航空发动机的发展历程及展望

左 瑞 杨明熹 黄浩宇

（西华大学 航空航天学院，四川 成都 610065）

众所周知，航空发动机是战机的核心装备，没有发动机的飞机是没有动力的，发动机是飞机的灵魂，是代表一个国家科技水平的主要标志，能否制造出性能优异，续航时间久的发动机，除了需要强大的学科水平，还需要经济实力与军事实力，毕竟航空发动机价格昂贵。航空发动机的好坏直接决定了一款飞机的性能，比如速度、载油量、航程等，被誉为“人类工业文明皇冠上的明珠”。但是，近代以来，航空发动机一直都是我国的一个短板，主要原因是我国起步晚，加上以美国为首的西方国家对我国进行技术封锁，发动机经常需要向其他国家购买。为了解决航空发动机的问题，我国在航空发动机上下了很大的功夫，争取早日打破这个限制，突破所谓的短板。

1 中国航空发动机发展史

我国航空发动机的研制开始于上个世纪六十年代，经历了以下三个阶段：第一阶段大概是20 世纪60 年代至80 年代，这一阶段主要特征是购买国外发动机并仿制自主研发，其中代表型号是涡喷-6。涡喷-6 是在苏制Pд-9Б 喷气发动机基础上仿制而形成的，在我国初期发动机中占很大比例。第二阶段大概是20 世纪80 年代至90 年代，这一阶段主要是自主研发，型号有涡喷-14 型发动机和涡扇-10系列发动机。涡喷14 又称“昆仑”发动机，是我国自行研制的具有全盘知识产权的中等推力级加力涡轮喷气发动机。涡扇-10 系列发动机简称WS-10，代号“太行”，也是国内大推力涡轮风扇发动机。第三阶段是2000 年初到现在，中国航空发动机经过近50 年的发展，已经建立了相对完整的发动机研制生产体系，具备了涡桨、涡喷、涡扇、涡轴等各类发动机的系列研制生产能力，并向国内外先进水平迈进[1]。

2 航空发动机的分类与创新

航空发动机主要分为活塞式和喷气式两大类。活塞式航空发动机 一般都是往复活式塞发动机,但是也有旋转活塞发动机和自由活塞发动机，主要用于老式或轻型直升机,老式或轻型螺旋桨固定翼飞机,特点是制造和维修技术简单。现代飞机对活塞发动机的使用很少，因此这里不多做讨论。涡轮喷气发动机根据压气机类型的不同，分为离 心式涡轮喷气发动机、轴流式涡轮喷气发动机。如果按发动机转子结构不同，可分为单转子和双转子涡轮喷气发动机。由于涡轮喷气发动机在现代飞机中的应用广泛，因此下面着重介绍这些发动机的结构以及设计创新思路（如图2 所示）。

轴流式涡轮喷气发动机是采用轴流式压气机的涡轮喷气发动机。它具有效率高、流通能力强等优点，因此目前推力稍大一些的涡轮喷气发动机都是轴流式的。但是，涡轮发动的噪声很大，因此，可以在噪声方面做改造。通过对发动机部件噪声的研究,可以确定各部件噪声的分布及特点,有利于未来的减噪和适航审定工作的开展。随着涵道比的增加,风扇、喷流噪声显著减小而涡轮噪声呈上升趋势。涡轮噪声已成为飞机进近阶段的重要噪声源。通过对国外发动机部件噪声识别方法的研究,给出了两种涡轮噪声识别方法:使用声场辐射信息的波束形成法/声源成像反卷积法和基于相干性原理的七麦克风法。[2]通过识别噪声，再对噪声进行针对性降低或消除，是提高涡轮发动机性能的重要方法。

3 我国航空发动机主要技术瓶颈

在任何领域，一点都不能差。那为什么航空发动机会出现这样的问题呢？那就是航空发动机的制造需要的是总体制造水平的一个跃升。以航空发动机里的叶片为例，因为其要忍受高转速和高温的考验，所以航空发动机叶片需要能够具有很高的强度，同时又能够耐高温，而单一的金属是没有这种特性的[3]，所以就必须用到合金，这就涉及到材料学。由于发动机叶片仅仅围绕着一个方向旋转，并且长期受到同一个方向的力，因此要延长它的寿命，就需要单晶叶片，通过特殊技术来控制金属里进粒子的成型方向。到这里我们可以得出一个非常简单的结论，在航空发动机领域并不存在落后一点点，只要其中一项关键技术没有吃透，就造不出高品质的航空发动机，整体也会落后[4]。所以中国航空发动机发展了几十年，中西方的差距依然很大。但值得注意的是，这几十年的努力不是白费的，国家已经攻克了很多航空发动机制造的技术难关，正是不停地攻克这些关键技术，我国才能制造出现在的先进涡扇发动机。

图1 鹞式飞机装备的“飞马”推力转向发动机结构图

图2 涡轮喷气发动机结构图