航空发动机 为何航空发动机被称为中国的痛，制造好的航空发动机究竟有多难

[军用军用飞机]:林峰火山

发动机是飞机的心脏。莱特兄弟之前，很多人做过很多飞行试验，但都没有得到满意的结果。其中一个重要原因就是发动机很重，效率很低。从螺旋桨到喷气，从亚音速到3马赫，航空空技术的每一次重大突破都与发动机息息相关。发动机技术被列为所有主要国家最需要保守的秘密之一。在削减军费的情况下，美国增加了航空空发动机的研发经费；有了先进的发动机技术，俄罗斯可以弥补电子技术与美国的差距，使战斗机的整体水平与美国竞争。所以可以说，没有优秀的发动机，就没有先进的战斗机。

▲苏-27的出色机动性与其配套的AL-31F发动机密不可分

今天，军用飞机最常用的发动机是涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。我们经常看到的所谓涡喷发动机和涡扇发动机就是它们的简称。一些军用运输机使用涡轮螺旋桨发动机，简称涡轮螺旋桨发动机。涡喷发动机主要由压缩机、燃烧室、涡轮和喷嘴组成。有的还有加力，也叫加力涡喷发动机。涡喷发动机的基本工作原理是:涡轮带动压缩机旋转，从而对进入发动机的空气体进行增压；空气体加压后进入燃烧室与燃料混合产生高温高压气体，带动涡轮旋转做功，通过排气喷嘴高速喷出产生反推力，从而推动飞机前进。

▲米格-15所用的RD-45离心式涡喷发动机是第一代涡喷发动机的代表，是从英国劳斯莱斯的Nien发动机上抄袭来的

▲F-100-PW-220涡扇发动机创造了F-15、F-16一代经典

加力涡喷发动机经过涡轮后，气体再次与燃料混合，在加力燃烧室中燃烧，增加了喷嘴排出气体的动量，显著增加了发动机的推力。但加力的使用会使发动机油耗过快，所以必须严格限制加力的使用时间。涡扇发动机是在涡喷发动机的基础上发展起来的。它利用原有的涡轮喷气发动机形成内通道，并在此基础上配有风扇和由涡轮驱动的外导管。所以这种发动机也叫内外涵发动机。与涡喷发动机相比，涡扇发动机具有更高的推力和更低的巡航油耗，因此在现代军用飞机上得到广泛应用。目前，几乎所有的先进战斗机、战斗轰炸机和轰炸机都使用涡轮风扇发动机。从技术分类上，涡扇发动机分为两类。一种是高涵道涡扇发动机，主要用于大型轰炸机和运输机。其突出特点是推力高、重量轻、油耗低、噪音低；但发动机直径大，耗气量大，不适合装在薄型战斗机上。现代战斗机大多采用低涵道比涡扇发动机，结构紧凑，推重比大。虽然其油耗高于高涵涵道比涡扇发动机，但远低于涡喷发动机，满足高性能战斗机的需求。

▲高涵多比涡扇发动机主要用于大型飞机。伊尔-76、云20、H 6K都使用俄罗斯D-30发动机

喷气发动机最常见的性能数据有:尺寸重量推力、油耗、推重比等。喷气发动机的尺寸一般用长度和最大直径表示，单位为mm；重量以千克为单位。尺寸和重量是发动机最基本的性能数据。在推力相同的情况下，尺寸和重量越小，发动机越好。通过仔细比较不同发动机的尺寸和重量，可以发现一些有趣的现象。与涡轮喷气发动机相比，相同推力的涡轮风扇一般重量更轻，长度更短，最大直径更大。这是因为涡扇是以涡喷机为基础的，所以直径比较大；涡扇的效率更高，所以重量轻，长度短。有的时候两个推力差不多的发动机尺寸略短，说明这个发动机结构紧凑，装在飞机上可以节省空。

▲低涵道比涡扇发动机主要用于小型战斗机，如中国歼10使用的ws-10发动机

推力是喷气发动机的重要性能指标，推力的单位往往是千牛顿，简称千牛顿；公斤或公斤也可以。它们之间的换算方法是:1000 kg =980 kN。通常在发动机的性能指标中，可以看到两种推力数据，一种是最大推力，在西方也叫军用推力，是发动机不使用加力时的最大推力；另一种是加力推力，在某些地方也表示为起飞推力，是加力时的最大推力。现代战斗机使用的喷气发动机按推力大致分为两个等级:推力在1000 kg以上的属于大推力发动机；推力高达8000 kg的发动机是中推力发动机。F-15、苏-27这样的重型战斗机使用两个大推力发动机，F-16这样的小型战斗机使用一个大推力发动机；中推力发动机多以双发动机形式用于中型战斗机，如美国的F-18、法国的阵风、欧洲多个国家联合研制的台风、俄罗斯的米格-29、中国的歼8 ⅱ等。也有单发动机用于轻型战斗机的情况，如瑞典的JAS-39和中国的FC-1。推力较小的小推力发动机多用于军用教练机和无人机。

▲米格-29使用的RD-33发动机以油耗高著称。目前FC-31用的就是这个发动机

机油消耗也叫油耗率，其计算单位是千克每小时每千克。一台发动机的燃油消耗率是0.7kg/kg/h，也就是说发动机在发出1kg推力的情况下，一小时会消耗0.7kg的燃油。同一台发动机在不同工况下的燃油消耗率是不同的，所以性能指标中给出的燃油消耗率只是一定特定条件下的燃油消耗率。通常包括巡航油耗和加力油耗。目前先进的战斗机发动机，如F-15和F-16用的F100PW-229涡扇发动机，巡航油耗率为0.647 kg/kg h，加力油耗率为1.94 kg/kg h，上述发动机加力推力为13199 kg。估计加力推力飞行1分钟要消耗427 kg燃油。相比较而言，涡扇发动机巡航油耗较低，涡喷发动机加力燃油消耗较低。但由于飞机通常处于巡航状态，涡扇发动机的油耗相对较低。

▲涡扇发动机的皇冠——F-22的F-119发动机，推重比高达10

推重比是喷气发动机最重要的指标，是指发动机能发射的最大推力与其重力之比。推重比越大，发动机整体性能越高。20世纪50年代，著名战斗机米格-21使用的P13-300涡喷发动机推重比只有5.8，当时已经很高了。中国在第四届珠海航展上研制的昆仑二号发动机推重比达到7，在涡喷上已经很高了。国外第三代战斗机使用的涡扇发动机一般推重比在8以上，这使得这一代战斗机具有突出的载荷机动性；美国最新的F-22战斗机，使用F119-PW-100涡扇发动机，推重比大于10，为超音速巡航提供充足的推力。发动机的基本性能集中在推重比上。高推重比意味着高推力、低重量和良好的飞机性能。发动机的推重比是发动机核心部件——压气机、燃烧室和涡轮“三高”(高压、高温、高速)的结果。如果发动机的核心部件要在高压、高温、高速的条件下工作，所用的材料、结构和工艺要求都是非常苛刻的。

▲F-35的F-135发动机最大推力18吨，是当今无可匹敌的

正是因为军用喷气发动机制造要求极高，所以测试才是一个国家最基本的工业积累。各种材料、数据、工艺流程都需要几十年的探索。任何一个想发展先进军用喷气发动机的国家都需要经历这个过程。所以要解决中国发动机一直被诟病的心脏病问题，需要有足够的时间积累，不断投入技术和资金。

更多有趣好玩的军旅文章、视频、图片、电影、游戏，关注“军旅分机”微信微信官方账号