航空發(fā)動(dòng)機(jī)到底有幾種？

姜浩峰

航空發(fā)動(dòng)機(jī)，作為“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”，在世界上只有工業(yè)能力頂尖的國(guó)家能夠研發(fā)。

特別是大飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，目前來(lái)說(shuō)，市場(chǎng)幾乎被世界三大航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商包攬——它們分別是美國(guó)通用電氣、英國(guó)羅爾斯·羅伊斯和美國(guó)普拉特·惠特尼。除此之外，諸如俄羅斯索洛維耶夫設(shè)計(jì)局的產(chǎn)品，則無(wú)法打入世界主流民航機(jī)市場(chǎng)。

8月28日，中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司成立大會(huì)在北京舉行。這意味著中國(guó)將加速航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)，未來(lái)，中國(guó)國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)，將擁有中國(guó)心。

回顧歷史，航空發(fā)動(dòng)機(jī)究竟有多少種？其原理大致有何異同？航空發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為國(guó)之重器，特別是上周中國(guó)空軍司令員馬曉天稱，中國(guó)空軍正在發(fā)展新一代遠(yuǎn)程轟炸機(jī)，相信未來(lái)我國(guó)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)越來(lái)越重視，整合力度也在不斷加大，會(huì)研發(fā)出新一代主流發(fā)動(dòng)機(jī)。

槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)

渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率通常高于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，但它也不是盡善盡美，原因之一是，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)上多了一個(gè)減速器，也就是變速齒輪。變速齒輪的存在一是增加了發(fā)動(dòng)機(jī)重量，二是多少會(huì)帶來(lái)一些功率上的損耗。為此，有的國(guó)家研制一種不需要變速齒輪的發(fā)動(dòng)機(jī)，它就是槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)。比如烏克蘭與俄羅斯共同研發(fā)的安-70運(yùn)輸機(jī)就采用槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)兩者之間的區(qū)別在于，渦噴只有一個(gè)空氣通道，專業(yè)上叫做“涵道”，而渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)卻有兩個(gè)空氣通道。也就是說(shuō)，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)是單涵道發(fā)動(dòng)機(jī)，而渦扇是雙涵道發(fā)動(dòng)機(jī)。

發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，外涵道與內(nèi)涵道空氣流量的比值叫做涵道比。有一個(gè)規(guī)律——涵道比越大越省油，經(jīng)濟(jì)性越好，高涵道比的發(fā)動(dòng)機(jī)在亞音速時(shí)有非常好的能效，所以它廣泛地運(yùn)用于客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等。

現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)也大多采用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，只是，為了追求高空的超音速性能，使用低涵道比的發(fā)動(dòng)機(jī)。美國(guó)F22猛禽戰(zhàn)斗機(jī)使用的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，涵道比很低，只有0.3：1。

星型發(fā)動(dòng)機(jī)

星型發(fā)動(dòng)機(jī)，某種程度上就是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)版。也就是將發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸環(huán)繞曲軸呈星型排列的一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。

在飛機(jī)發(fā)明之出，使用的是與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)類似的V型活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。但在1903年飛機(jī)發(fā)明之際，星型發(fā)動(dòng)機(jī)就用在了飛機(jī)上了。在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)之前，活塞式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)大多采用星型設(shè)計(jì)。

盡管星型發(fā)動(dòng)機(jī)顯出了某種優(yōu)勢(shì)，但在噴氣式飛機(jī)發(fā)明以前，星型發(fā)動(dòng)機(jī)一直與V型發(fā)動(dòng)機(jī)并存，誰(shuí)都沒(méi)有徹底將對(duì)方擠出市場(chǎng)。有很大一部分飛機(jī)仍采用V型設(shè)計(jì)。

由于工藝水平的進(jìn)步，當(dāng)代一些仍使用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的輕型飛機(jī)，大多采用更簡(jiǎn)潔的用直列或水平對(duì)置型發(fā)動(dòng)機(jī)。星型發(fā)動(dòng)機(jī)基本已經(jīng)退出了歷史舞臺(tái)。

渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)

渦輪螺旋槳噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的本質(zhì)類似于渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)接上一個(gè)減速器，并帶動(dòng)外部的螺旋槳。中國(guó)自行設(shè)計(jì)研制的水陸兩棲飛機(jī)蛟龍-600，采用國(guó)產(chǎn)WJ-6渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。目前，蛟龍-600是世界上最大的水陸兩用飛機(jī)，于2016年7月23日總裝下線。

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)

在一戰(zhàn)與二戰(zhàn)之間，飛機(jī)制造技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。1937年，世界上第一個(gè)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)就裝備在飛機(jī)上了。

從大的方面看，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)由5個(gè)結(jié)構(gòu)組成。空氣從進(jìn)氣道進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后，首先被高速運(yùn)轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)壓縮，產(chǎn)生高壓致密空氣以提供大量氧氣，燃燒室噴油燃燒，向后沖擊渦輪機(jī)，而渦輪機(jī)又帶動(dòng)前面的的壓氣機(jī)，燃?xì)饬鲝膰娍趪姵霎a(chǎn)生推力。

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)使用范圍很廣，從低空低速到高空超音速飛機(jī)都有廣泛應(yīng)用。當(dāng)年蘇聯(lián)的戰(zhàn)斗機(jī)米格-25高空超音速戰(zhàn)機(jī)采用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，曾經(jīng)創(chuàng)下3.3馬赫的飛行紀(jì)錄，也創(chuàng)下了37250米的升限紀(jì)錄。使用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的戰(zhàn)斗機(jī)很適合在高空進(jìn)行超音速飛行。