航空發動機的發展歷程及展望

左瑞 楊明熹 黃浩宇

摘 要 近代以來，航空發動機一直以來都是我國的一個短板，主要原因是我國起步晚，加上以美國為首的西方國家對我國進行技術封鎖，發動機經常需要向其他國家購買。本文對各類型發動機做了比較，如發動機結構，渦輪風扇或噴氣式，以及轉子數量與質量上進行了分析，并對發動機改進與創新方向做出了分析，指出我國所面臨的主要技術短板。

關鍵詞 航空 發動機 噪聲 動力 轉子 短板

中圖分類號：V23 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2020）04-0063-02

眾所周知，航空發動機是戰機的核心裝備，沒有發動機的飛機是沒有動力的，發動機是飛機的靈魂，是代表一個國家科技水平的主要標志，能否制造出性能優異，續航時間久的發動機，除了需要強大的學科水平，還需要經濟實力與軍事實力，畢竟航空發動機價格昂貴。航空發動機的好壞直接決定了一款飛機的性能，比如速度、載油量、航程等，被譽為“人類工業文明皇冠上的明珠”。但是，近代以來，航空發動機一直都是我國的一個短板，主要原因是我國起步晚，加上以美國為首的西方國家對我國進行技術封鎖，發動機經常需要向其他國家購買。為了解決航空發動機的問題，我國在航空發動機上下了很大的功夫，爭取早日打破這個限制，突破所謂的短板。

1 中國航空發動機發展史

我國航空發動機的研制開始于上個世紀六十年代，經歷了以下三個階段：第一階段大概是20世紀60年代至80年代，這一階段主要特征是購買國外發動機并仿制自主研發，其中代表型號是渦噴-6。渦噴-6是在蘇制Pд-9Б噴氣發動機基礎上仿制而形成的，在我國初期發動機中占很大比例。第二階段大概是20世紀80年代至90年代，這一階段主要是自主研發，型號有渦噴-14型發動機和渦扇-10系列發動機。渦噴14又稱“昆侖”發動機，是我國自行研制的具有全盤知識產權的中等推力級加力渦輪噴氣發動機。渦扇-10系列發動機簡稱WS-10，代號“太行”，也是國內大推力渦輪風扇發動機。第三階段是2000年初到現在，中國航空發動機經過近50年的發展，已經建立了相對完整的發動機研制生產體系，具備了渦槳、渦噴、渦扇、渦軸等各類發動機的系列研制生產能力，并向國內外先進水平邁進[1]。

2 航空發動機的分類與創新

航空發動機主要分為活塞式和噴氣式兩大類。活塞式航空發動機 一般都是往復活式塞發動機，但是也有旋轉活塞發動機和自由活塞發動機，主要用于老式或輕型直升機，老式或輕型螺旋槳固定翼飛機，特點是制造和維修技術簡單。現代飛機對活塞發動機的使用很少，因此這里不多做討論。渦輪噴氣發動機根據壓氣機類型的不同，分為離心式渦輪噴氣發動機、軸流式渦輪噴氣發動機。如果按發動機轉子結構不同，可分為單轉子和雙轉子渦輪噴氣發動機。由于渦輪噴氣發動機在現代飛機中的應用廣泛，因此下面著重介紹這些發動機的結構以及設計創新思路（如圖2所示）。

軸流式渦輪噴氣發動機是采用軸流式壓氣機的渦輪噴氣發動機。它具有效率高、流通能力強等優點，因此目前推力稍大一些的渦輪噴氣發動機都是軸流式的。但是，渦輪發動的噪聲很大，因此，可以在噪聲方面做改造。通過對發動機部件噪聲的研究，可以確定各部件噪聲的分布及特點，有利于未來的減噪和適航審定工作的開展。隨著涵道比的增加，風扇、噴流噪聲顯著減小而渦輪噪聲呈上升趨勢。渦輪噪聲已成為飛機進近階段的重要噪聲源。通過對國外發動機部件噪聲識別方法的研究，給出了兩種渦輪噪聲識別方法：使用聲場輻射信息的波束形成法/聲源成像反卷積法和基于相干性原理的七麥克風法。[2]通過識別噪聲，再對噪聲進行針對性降低或消除，是提高渦輪發動機性能的重要方法。

3 我國航空發動機主要技術瓶頸

在任何領域，一點都不能差。那為什么航空發動機會出現這樣的問題呢？那就是航空發動機的制造需要的是總體制造水平的一個躍升。以航空發動機里的葉片為例，因為其要忍受高轉速和高溫的考驗，所以航空發動機葉片需要能夠具有很高的強度，同時又能夠耐高溫，而單一的金屬是沒有這種特性的[3]，所以就必須用到合金，這就涉及到材料學。由于發動機葉片僅僅圍繞著一個方向旋轉，并且長期受到同一個方向的力，因此要延長它的壽命，就需要單晶葉片，通過特殊技術來控制金屬里進粒子的成型方向。到這里我們可以得出一個非常簡單的結論，在航空發動機領域并不存在落后一點點，只要其中一項關鍵技術沒有吃透，就造不出高品質的航空發動機，整體也會落后[4]。所以中國航空發動機發展了幾十年，中西方的差距依然很大。但值得注意的是，這幾十年的努力不是白費的，國家已經攻克了很多航空發動機制造的技術難關，正是不停地攻克這些關鍵技術，我國才能制造出現在的先進渦扇發動機。

參考文獻：

[1] 彭友梅.航空百年話動力[J].南京航空航天大學學報：社會科學版，2003（04）：4-8.

[2] 王浩然.航空發動機輪盤破裂分析方法研究與應用[D].南京航空航天大學，2017.

[3] 陳松霞.航空雙轉子發動機的振動響應分析[D].天津大學，2012.

[4] 軍事達人.中國航空發動機真實水平到底如何？[DB/OL].百度，2020.

（西華大學 航空航天學院，四川 成都 610065）