航空發(fā)動機前景分析

根據國家制造強國建設戰(zhàn)略咨詢委員會數據顯示，未來十年，全球渦扇、渦噴發(fā)動機累計需求總量將超7.36萬臺，總價值超4160億美元；渦軸發(fā)動機累計需求總量超3.4萬臺，總價值超190億美元；渦槳發(fā)動機累計需求總量超1.6萬臺，總價值超150億美元；活塞發(fā)動機累計需求總量超3.3萬臺，占60%以上通飛動力市場，總價值約30億美元。同時，國內干線客機對大型渦扇發(fā)動機的市場累計需求總量超6000臺，總價值超500億美元，而低空空域的開放也將進一步刺激通用飛機對渦軸、活塞等發(fā)動機的需求量。

飛機上發(fā)動機的安裝位置與發(fā)動機的數目及型式有關。

1．活塞發(fā)動機和渦輪螺槳發(fā)動機的安裝位置

活塞發(fā)動機和渦輪螺槳發(fā)動機在飛機上目前多安裝一臺、兩臺或四臺，一般多是拉進式（即螺旋在前）的，裝在機頭或機翼前緣，這樣可以使機翼上所受的載荷降低，因為發(fā)動機的重力和舉力的方向想反，減少了由這些外力所引起的彎矩。

另一種是推進式的，發(fā)動機裝于機翼后沿或機身后段。這種安排使機翼位于螺旋槳的滑流之外，阻力會降低，但主起落架較高，重量增大；而且發(fā)動機在地面工作時冷卻條件也較差，因而目前使用較少。

目前也有一種輕型飛機將發(fā)動機安裝在垂尾上，以降低機身離地面高度，可在起飛時充分利用地面效應。

2．渦輪噴氣發(fā)動機和渦輪風扇發(fā)動機的安裝位置和固定 。

這兩類發(fā)動機在飛機上的安裝位置相似，可用渦輪噴氣發(fā)動機作為代表。

一臺渦輪噴氣發(fā)動機多裝在機身后段或機身下部。這種方式有利于維護修理，只要將機身后段拆卸開就行了；同時還可讓出機身短艙或前段的空間，以便容納人員和武器裝備。

這種發(fā)動機安排方式主要用于戰(zhàn)斗機。

兩臺渦輪噴氣發(fā)動機有幾種安排方式。常見的一種是把兩臺發(fā)動機各裝在一只短艙內，這種方式的優(yōu)點是機身空間大，裝載的人員和設備多；對機翼能起減少載荷的作用。但其構造比較復雜，而且還會增大阻力和降低機翼的后掠作用。

第二種雙發(fā)的安排方式是把發(fā)動機裝在機翼下的吊艙內。這種方式的好處是減少短艙和機翼的干擾，對提高最大舉力系數有利；防火性能較好；可采用全翼展的襟翼。另外，由予短艙離地近，維護比較方便，但易于吸入塵土。

雙發(fā)的第三種安排方式是把兩臺發(fā)動機并列在后機身外部的兩側，這種叫尾吊式。其優(yōu)點是座艙內噪音小，機翼上沒有東西(如短艙)干擾，氣動性能較好；進氣和排氣通道較短，因而能量的損失較少。但這種安排的構造比較復雜；也比較重。

這幾種安排方式多用于運輸機或轟炸機。

雙發(fā)的第四種安排方式是，把發(fā)動機左右并列（或上下疊置）安裝在后機身的內部。某型后掠翼超音速殲擊機就是這樣，這種安排方式，在單發(fā)飛行時，由于兩邊推力不平衡而引起的使機頭偏向一邊的力矩比較小；但發(fā)動機所占機身的容積很大，不利于裝載其他的設備。

這種發(fā)動機安排方式主要用于戰(zhàn)斗機。

三臺噴氣發(fā)動機多用于運輸機。其安排方式有兩種。一種是兩臺發(fā)動機并列裝在機身后段，另一臺裝在垂直尾翼上。這種安裝方式的優(yōu)點是，如果發(fā)動機發(fā)生故障，渦輪損壞，被強大的離心力摔開的碎片不致破壞飛機的主要受力構件，比較安全。同時，并列的兩臺發(fā)動機也可固定于氣密座艙之外。

另一種三發(fā)的安排方式是，把兩臺渦輪風扇發(fā)動機安裝在機翼下的吊艙內，另一臺安裝在垂直尾翼內。其特點和安裝情況和裝有吊艙的及垂直尾翼中安裝一臺的情況相似。飛機的兩種布局（三發(fā)動機）

四臺噴氣發(fā)動機的安排方式比較常見的有四種。一種是四臺發(fā)動機都置于機翼下的吊艙內，這種方式多用于運輸機，但也有轟炸機采用這種形式的。

四發(fā)的第二種安排方式是，把四臺發(fā)動機都并列在機身后段外部的兩側(尾吊式)，其特點兩臺發(fā)動機尾吊式相近。

四發(fā)的第三種安排方式是，把發(fā)動機安裝在靠近機身的機翼內部，每邊放兩臺，這種方式的構造復雜。但一臺發(fā)動機停車時，卻可減小偏航力矩，而且還可消除或削弱短艙和機身的干擾作用。

最后一種是把四臺噴氣發(fā)動機每兩臺成為一組，安裝在機翼的底部，其特點是發(fā)動機短艙的剖面呈長方形的，上下表面形成飛機結構的一部分。

B-52亞音速戰(zhàn)略重型轟炸機裝有八臺噴氣發(fā)動機，每兩臺成一組，裝在機翼下面的4只吊艙中，其安裝位置和固定的特點與四個吊艙的飛機相似。

飛機上發(fā)動機的數目是由飛機的重量，種類，用途，以及發(fā)動機的類型所決定的。

一般來講，確定發(fā)動機個數的首要原則就是重量，輕型飛機或超輕型飛機由于起飛重量較小，多采用1～2臺發(fā)動機，而大型飛機則一般裝有2～4臺發(fā)動機，甚至更多。

在航空史的早期，由于當時的活塞式發(fā)動機單臺功率較小，為了驅動一架大型飛機（現在看來那只能算中型飛機）就需要4臺以上的發(fā)動機，經常會有飛機裝有6臺、8臺、甚至12臺之多，這么多的發(fā)動機使飛機的結構變得相當復雜，故障率也相當高，因此這些多發(fā)飛機大多是曇花一現。

隨著推進技術的進步，現代航空噴氣式發(fā)動機的功率越來越高，推力越來越大，不需要很多臺就可以為飛機提供足夠的動力，因而近些年來飛機發(fā)動機的數目呈減少的趨勢，大多數飛機只裝有1～2臺發(fā)動機。但是在一些特殊情況下，如某些適航條例規(guī)定作越洋飛行的客機必須有3臺以上的發(fā)動機，以確保在單發(fā)停車時具有足夠的續(xù)航能力（這些規(guī)定已因為雙發(fā)的波音-777飛機的出現而做了相應的調整），因此當今的遠程運輸機都采用4臺發(fā)動機。

至于作戰(zhàn)飛機，由于機體較輕，同時對飛機的結構的緊湊性要求較高，其發(fā)動機的數目為1～2臺，輕型戰(zhàn)斗機裝1臺，重型戰(zhàn)斗機裝2臺。

飛行器發(fā)動機常見的分類原則有兩種：按空氣是否參加發(fā)動機工作和發(fā)動機產生推進動力的原理。按發(fā)動機是否須空氣參加工作，飛行器發(fā)動機可分為兩類，大約如下所示：

吸空氣發(fā)動機簡稱吸氣式發(fā)動機，它必須吸進空氣作為燃料的氧化劑（助燃劑），所以不能到稠密大氣層之外的空間工作，只能作為航空器的發(fā)動機。一般所說的航空發(fā)動機即指這類發(fā)動機。如根據吸氣式發(fā)動機工作原理的不同，吸氣式發(fā)動機又分為活塞式發(fā)動機、燃氣渦輪發(fā)動機、沖壓噴氣式發(fā)動機和脈動噴氣式發(fā)動機等。

火箭噴氣式發(fā)動機是一種不依賴空氣工作的發(fā)動機，航天器由于需要飛到大氣層外，所以必須安裝這種發(fā)動機。它也可用作航空器的助推動力。按形成噴氣流動能的能源不同，火箭發(fā)動機又分為化學火箭發(fā)動機、電火箭發(fā)動機和核火箭發(fā)動機等。

按產生推進動力的原理不同，飛行器的發(fā)動機又可分為直接反作用力發(fā)動機、間接反作用力發(fā)動機兩類。直接反作用力發(fā)動機是利用向后噴射高速氣流，產生向前的反作用力來推進飛行器。直接反作用力發(fā)動機又叫噴氣式發(fā)動機，這類發(fā)動機有渦輪噴氣發(fā)動機、沖壓噴氣式發(fā)動機，脈動噴氣式發(fā)動機，火箭噴氣式發(fā)動機等。

間接反作用力發(fā)動機是由發(fā)動機帶動飛機的螺旋槳、直升機的旋翼旋轉對空氣作功，使空氣加速向后（向下）流動時，空氣對螺旋槳（旋翼）產生反作用力來推進飛行器。這類發(fā)動機有活塞式發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、渦輪軸發(fā)動機、渦輪螺旋槳風扇發(fā)動機等。而渦輪風扇發(fā)動機則既有直接反作用力，也有間接反作用力，但常將其劃歸直接反作用力發(fā)動機一類，所以也稱其為渦輪風扇噴氣發(fā)動機。

航空發(fā)動機為航空器提供飛行所需動力的發(fā)動機。發(fā)動機研究和發(fā)展工作的特點是技術難度大、耗資多、周期長，發(fā)動機對飛機的性能以及飛機研制的成敗和進度有著決定性的影響，而且發(fā)動機技術具有良好的軍民兩用特性，對國防和國民經濟有重要意義。

發(fā)動機研究和發(fā)展工作的特點是技術難度大、耗資多、周期長，發(fā)動機對飛機的性能以及飛機研制的成 敗和進度有著決定性的影響，而且發(fā)動機技術具有良好的軍民兩用特性，對國防和國民經濟有重要意義。因此，世界上幾個能獨立研制先進航空發(fā)動機的國家無不將優(yōu)先發(fā)展航空發(fā)動機作為國策，將發(fā)動機技術列為國家和國防關鍵技術，給予大量的投資，保證發(fā)動機相對獨立地領先發(fā)展，并嚴格禁止關鍵技術出口。一些航空發(fā)動機后起工業(yè)國家也已制訂了重大的技術發(fā)展計劃，試圖建立獨立研制或參與國際合作研制先進航空發(fā)動機的能力。

現代航空發(fā)動機主要有兩種類型：“活塞式發(fā)動機”和“噴氣式發(fā)動機”。低速、小型、短程飛機常用“活塞式發(fā)動機”；高速、大(中)型、遠(中)程飛機常用“噴氣式發(fā)動機”。無論哪種型式，當作為航空發(fā)動機時，其基本要求均可歸結如下：

一、功率重量比大

設計飛機的任何部件，都應在滿足使用要求的前提下，盡量減輕其重量。對發(fā)動機來說，就是要保證足夠大的功率而自重又很輕。衡量發(fā)動機功率大、重量輕的標準是“功率重量比”。即發(fā)動機所發(fā)出的功率與發(fā)動機重量之比值。“功率重量比”越大，表示在有相同功率的情況下，發(fā)動機越輕。

功率重量比的單位，對活塞發(fā)動機來說，是“馬力／公斤”；對噴氣式發(fā)動機來說，是推力（牛頓）/重量（牛頓），無單位。

二、燃油消耗量小

發(fā)動機是否省油，是飛機使用的重要經濟指標。評定發(fā)動機的經濟性，常用“燃油消耗率”作標準?！叭加拖穆省笔侵竼挝还β?一牛頓或一馬力)在一小時內所消耗油料的重量。燃油消耗率越小，說明發(fā)動機越省油。

三、迎風面積小

航空發(fā)動機應在保證功率不減小的前提下，力求體積較小。體積小，可以使發(fā)動機占據的空間小，有利于飛機裝載人員、貨物、設備。在體積尺寸中，應力求減小“迎風面積”，以減小空氣阻力。

四、工作安全可靠、壽命長

飛機在空中飛行的安全，是由各組成部分可靠工作來保證的。要維持飛行，發(fā)動機就必須始終處于可靠狀態(tài)。所以，發(fā)動機的可靠性是十分重要的。為了保證發(fā)動機工作安全可靠，必須精心設計、選用合適材料、嚴格工藝規(guī)程。并在發(fā)動機組裝完成后，進行"試車"一一在"試車臺"上模擬各種高度條件。在裝上飛機之后，還要進行試車。只有當確定各項規(guī)定指標都符合要求時，飛機才能飛行。為了保證飛機隨時處于可靠狀態(tài)，在整個使用過程中，還要定期對發(fā)動機進行檢查和維修。

在保證發(fā)動機可靠性的前提下，要求發(fā)動機的“壽命長”。這是發(fā)動機經濟性的另一項指標。壽命長，可以降低使用成本、節(jié)約原材料。

發(fā)動機的壽命分兩種：“翻修壽命”和“使用壽命”?！胺迚勖笔侵竷纱巍胺蕖敝g或新發(fā)動機開始使用至第一次翻修之間的使用(實際工作)時間，單位是“小時”?！笆褂脡勖笔侵溉掳l(fā)動機由開始使用到報廢的使用(實際工作)時間，單位也是“小時”。由于設計、材料、工藝、使用條件不同，各發(fā)動機的“壽命”都不相同。

五、維護、修理方便

維護、修理，統(tǒng)稱為維修。這是保證發(fā)動機可靠性的重要工作。發(fā)動機能否隨時處于可靠狀態(tài)，很大程度決定“維修”質量。維修的好壞，影響發(fā)動機的壽命。

維護的目的之一，是發(fā)現故障和排除故障，并對必要的部位進行檢測、清洗、更換潤滑油等。根據發(fā)動機工作的長短，維護工作一般都按不同的項目定期進行。而“修理”則是在零部件損壞的情況才進行。由于“維修”工作量很大，所以占飛機使用成本的很大比例。這就有必要在設計時考慮便于拆裝、檢查和維修的方便性，以減小維修工作量，降低維修成本。

隨著國家經濟不斷的發(fā)展，不論在民用還是軍工上航空工業(yè)都起著舉足輕重的作用。一架飛機要想遨游在藍天，其必須有足夠的動力才能飛行，而為飛機提供動力的裝置就是它的航空發(fā)動機，航空發(fā)動機是整架飛機的核心所在，沒有它飛機將無法飛行。因此從一臺航空發(fā)動機的性能上就能看出這架飛機的性能。航空發(fā)動機作為一種生活中必不可少的尖端產品，航空發(fā)動機的發(fā)展對國家的科技水平和國防領域起著重要性作用，它標志著一個國家科技、工業(yè)和國防的綜合實力。

隨著航空發(fā)動機不斷的發(fā)展，不僅要提高它的推力，同時可靠性、壽命、對周圍環(huán)境的適應性也同樣重要。當我們要采用一種新技術開發(fā)時或對現役發(fā)動機進行更新、換代時，都必須對航空發(fā)動機展開試驗。通過對發(fā)動機的測試能夠得出許多理論計算得不到的性能指標，還可以獲得外部環(huán)境對發(fā)動機主要技術參數的影響等。

隨著科技的發(fā)展，當我們要研發(fā)一種新型號的航空發(fā)動機時，研發(fā)出的發(fā)動機必須具有高可靠性和高性能，因此設計出的航空發(fā)動機結構都比較復雜，材料也比較特殊。按照一般的研制過程，從方案設計到研制成功再到交付使用，發(fā)動機至少需要試驗五年以上的時間，而且一臺發(fā)動機上主系統(tǒng)的試驗就需要數萬小時以上，外加發(fā)動機各個子系統(tǒng)和零部件的試驗時間，一臺發(fā)動在試驗臺上所試驗的時間就高達十萬小時以上。因此在研制航空發(fā)動機時擁有一臺先進的實驗試車臺是非常重要的。

航空發(fā)動機試車臺是在研發(fā)發(fā)動機時所需要的重要設備，該系統(tǒng)能夠對發(fā)動機進行定型、測量重要數據等試驗，它能綜合分析航空發(fā)動機的性能，是否達到其標準。而且到一臺航空發(fā)動機損壞或者需要維護的時候，往往都需要修理完畢后送到試車臺上進行測試，當測試合格后才能安裝回飛機內部。研制航空發(fā)動機的試車臺系統(tǒng)是一個相對復雜而且繁瑣的控制系統(tǒng)，在整個系統(tǒng)中根據其作用不同，各個部分實現的功能不同，其中航空發(fā)動機試車臺的燃油控制系統(tǒng)就隸屬于其中的一個子系統(tǒng)。它也是試車臺試驗設備中的一個非常重要組成部分。

《航空發(fā)動機典型零件機械加工》適合從事航空發(fā)動機零件機械加工的工程技術人員和技術管理人員閱讀，也可作為航空院校相關專業(yè)師生的參考資料。

航空航天發(fā)動機作為新時代科學技術極具特色的創(chuàng)造之一，以她為代表的先進生產力的出現改變了以往人民生活以及戰(zhàn)爭形態(tài)，極大的提高了人們的生活水平。航空航天發(fā)動機是典型的軍民兩用產品，可以廣泛的應用在運輸、巡邏、旅游、救護、通信、拍攝等多個領域。

世界三大航空發(fā)動機巨頭: 普惠、GE、羅羅。美俄歐把發(fā)動機產業(yè)作為戰(zhàn)略產業(yè)，國家大力支持，產品不斷更新，技術不斷提高。組建航發(fā)集團、發(fā)展航空發(fā)動機技術不僅是因為強烈的國家戰(zhàn)略需求，而且還因為航空發(fā)動機本身具有重要的戰(zhàn)略價值，能夠在航發(fā)領域實現富國強軍戰(zhàn)略目標的高度統(tǒng)一。

一方面，航空發(fā)動機技術的輻射帶動效應明顯。航空發(fā)動機研制生產涉及機械、材料、電子、信息等諸多行業(yè)，對科技進步、經濟發(fā)展具有巨大帶動作用和產業(yè)輻射效應。經濟專家表示:"美國的民用飛機銷售額每增加1%，美國的國民經濟生產總值增加0.744%。"雖然并非發(fā)動機直接拉動產生的經濟價值，但作為飛機的核心部件，上述數據具有參考價值。據統(tǒng)計，按照產品單位重量創(chuàng)造的價值計算，如果以船舶為基準數1，那么汽車為9、電視機為50、大型噴氣飛機為800，而航空發(fā)動機則高達1400，經濟價值十分突出。

另一方面，航空發(fā)動機技術的軍民通用性較強。航空發(fā)動機技術具有鮮明的軍民兩用特性，不僅表現在軍、民用航空發(fā)動機在大部分技術上互通互聯(lián)，而且預警機、加油機、反潛巡邏機等軍用特種戰(zhàn)機的最優(yōu)改裝平臺始終都是民航飛機而不是軍用大型運輸機，例如改裝自波音707客機的美國E-3預警機無論在航程、性能上都優(yōu)于改裝自伊爾-76的俄羅斯A-50預警機。可以預見的是，航發(fā)技術的突破將帶來國防安全指數的顯著提升。

另外，航空發(fā)動機的研制成功能夠顯著提升國際地位。由于研制難度太大，世界上真正具備獨立設計生產航發(fā)的國家只有英美俄，以售賣航空發(fā)動機的方式控制別國航空體系進而延伸本國政治影響力的手段已成為戰(zhàn)略力量投射的重要途徑。美國通過售賣武器使購買國在國防建設上對其產生依賴，進而在該國甚至該地區(qū)增強影響力就是最好的例子。對于我國來說，打破壟斷，重塑國際航空產業(yè)格局是當務之急。

顯然，航空發(fā)動機雖不輸出火力，但卻是具備戰(zhàn)略威懾和戰(zhàn)略投射能力的另類戰(zhàn)略武器。

航空發(fā)動機被稱為戰(zhàn)機的"心臟"。發(fā)展戰(zhàn)機，必須同步發(fā)展相應的發(fā)動機，因此航空發(fā)動機的劃代也基本與戰(zhàn)機劃代同步。目前美、俄等國在發(fā)展第六代戰(zhàn)機的同時已經著手研發(fā)第六代航空發(fā)動機。與國際上對戰(zhàn)機的代際劃分有著相對一致的標準不同，航空發(fā)動機的代際區(qū)分并沒有公認標準，那么航空發(fā)動機是如何劃代的?

燃氣渦輪航空發(fā)動機以渦輪噴氣發(fā)動機為起點，開啟了航空發(fā)動機的噴氣時代。隨著技術的發(fā)展和進步，渦輪噴氣發(fā)動機衍生出渦輪風扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、渦輪軸發(fā)動機和槳扇發(fā)動機等。其中渦輪風扇發(fā)動機(簡稱渦扇發(fā)動機)在軍用戰(zhàn)斗機配置的發(fā)動機領域內占主導地位。

渦扇發(fā)動機的特征參數有推力、耗油率、涵道比和推重比等，其中推重比為發(fā)動機推力和重量的比值，被作為軍用渦扇發(fā)動機技術劃代的標準。

關于戰(zhàn)斗機的劃代，目前有"四代"和"五代"兩種方法。"四代"法以世界上第一批實用的超聲速戰(zhàn)斗機(典型機型是美國的F-100和蘇聯(lián)的米格-19)為第一代，即"超聲速戰(zhàn)斗機"劃代法，也是除俄羅斯以外各國普遍采用的劃代法。俄羅斯把戰(zhàn)斗機劃為 "五代"，區(qū)別在于把"四代"法中的第二代分成了兩代，即把變后掠翼戰(zhàn)斗機米格-23單獨列為一代。

不過在2006年，美國洛克希德·馬丁公司又提出"新五代"的概念，后經美國軍事史專家、航空航天博物館前館長沃爾特·博伊恩的系統(tǒng)闡述(2008年發(fā)表于美國《空軍》雜志)，成為一種新劃代法。這種劃代法把最早出現的噴氣式戰(zhàn)斗機列為第一代，把高亞聲速后掠翼戰(zhàn)斗機列為第二代，把低超聲速戰(zhàn)斗機和Ma2一級的戰(zhàn)斗機都列入第三代。這種劃代法可以說是"噴氣式戰(zhàn)斗機"劃代法。

因此，從2008年以來，美、俄都采用了"五代說"。形式上，美國和西方向俄羅斯"五代說"趨同，實際上各自的劃代仍有較大差異。差異主要出現在對早期機型的"代"的認定上，而對現役先進機型的"代"的認定基本一致。

我國目前在正式場合和官方文件中，繼續(xù)使用"四代說"。但在科技界和媒體上，已經越來越多地使用"五代說"，特別是在描述當今先進機型和未來更新一代時，頻繁出現第五代，第六代的字眼。

下面先簡要介紹下歐美的"五代"劃分方法:

軍用渦扇發(fā)動機的涵道比較小，第一代航空發(fā)動機出現在20世紀50年代，以英國的康維發(fā)動機、美國的JT3D發(fā)動機為代表，推重比在2左右;

第二代航空發(fā)動機出現在20世紀60年代，以英國的斯貝MK202和美國的TF30發(fā)動機為代表，推重比在5左右。

第三代航空發(fā)動機出現在20世紀70~80年代，以美國的F100、F110、F404，歐洲的RBl99、M88-3，蘇聯(lián)的RD-33和AL-31F發(fā)動機為代表，推重比在8左右。其中美國的F100裝備了F-15戰(zhàn)斗機，F110裝備了F-16戰(zhàn)斗機，F404裝備了F-18戰(zhàn)斗機，RBl99裝備了"狂風"戰(zhàn)斗機，蘇聯(lián)的RD---33裝備了米格29戰(zhàn)斗機，AL-31F裝備了蘇-27戰(zhàn)斗機。

20世紀90年代出現的第四代航空發(fā)動機是以美國的F119和歐洲的EJ200發(fā)動機為代表，推重比在10以上，其中F119裝備了F-22戰(zhàn)斗機，EJ200裝備了"臺風"戰(zhàn)斗機。

到了21世紀初，第五代航空發(fā)動機出現，以美國的F135發(fā)動機和英、美聯(lián)合研制的F136發(fā)動機為代表，推重比為12~13，其中F135發(fā)動機裝備在F-35 戰(zhàn)斗機上。2010年以后，依靠其強大的技術研發(fā)能力，美國已經開展第六代航空發(fā)動機的研發(fā)，預計推重比將達到20以上，目前已取得了階段性成果 ，而第七代航空發(fā)動機也已經開始預研。中國發(fā)動機研制是生產一代、研制一代、預研一代、探索一代。中國發(fā)動機研制的技術目標時間表已經排到了2030年 。