[科普中國]-國之重器，航空發(fā)動機(jī)有多少種？

最近，我國領(lǐng)導(dǎo)人對“中國航空發(fā)動機(jī)集團(tuán)公司”成立作出重要指示，要加快我國航發(fā)的自助研發(fā)和生產(chǎn)。此消息一出，很多軍迷朋友們?yōu)橹吲d。今天，咱們借此聊一個有趣的話題，自從出現(xiàn)以來，歷史上到底有多少種航空發(fā)動機(jī)？基本原理又是怎樣的？
星型發(fā)動機(jī)

星型發(fā)動機(jī)示意圖，在其他更先進(jìn)的航空發(fā)動機(jī)出現(xiàn)之前
大型飛機(jī)的發(fā)動機(jī)常采用星型設(shè)計(jì)

星型發(fā)動機(jī)屬于活塞式發(fā)動機(jī)的一種
早在1903年，星型發(fā)動機(jī)就用在了飛機(jī)上

渦輪噴氣發(fā)動機(jī)

渦輪噴氣發(fā)動機(jī)簡稱渦噴發(fā)動機(jī)，其歷史也很悠久
1937年，世界上第一個渦輪噴氣發(fā)動機(jī)就開始運(yùn)行了

從大的方面看，渦噴發(fā)動機(jī)由5個結(jié)構(gòu)組成

空氣從進(jìn)氣道進(jìn)入發(fā)動機(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)又帶動前面的的壓氣機(jī)，燃?xì)饬鲝膰娍趪姵霎a(chǎn)生推力。

1970年，通用電氣的J85-GE-17A渦噴發(fā)動機(jī)

前蘇聯(lián)在1960年研制的高空高速截?fù)魴C(jī)米格-25。

渦噴發(fā)動機(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。前蘇聯(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)動機(jī)，曾經(jīng)創(chuàng)下3.3馬赫的飛行記錄，也創(chuàng)下了37250米的升限紀(jì)錄。使用渦噴發(fā)動機(jī)的戰(zhàn)斗機(jī)很適合在高空進(jìn)行超音速飛行。
渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)

渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)簡稱渦扇發(fā)動機(jī)

很容易就能發(fā)現(xiàn)，渦扇發(fā)動機(jī)和渦噴發(fā)動機(jī)兩者之間的區(qū)別。渦噴只有一個空氣通道，專業(yè)上叫做“涵道”，而渦扇發(fā)動機(jī)卻有兩個空氣通道。也就是說，渦噴發(fā)動機(jī)是單涵道發(fā)動機(jī)，而渦扇是雙涵道發(fā)動機(jī)。

發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時，外涵道與內(nèi)涵道空氣流量的比值叫做涵道比

規(guī)律是，涵道比越大越省油，經(jīng)濟(jì)性越好，高涵道比的發(fā)動機(jī)在亞音速時有非常好的能效，所以它廣泛地運(yùn)用于客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等。

高涵道比的發(fā)動機(jī)，主要推力不是來自于向后噴出的高溫燃?xì)?，而是來自于外涵道高速向后噴出的空?/p>

現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)也大多采用渦扇發(fā)動機(jī)，只是，為了追求高空的超音速性能，使用低涵道比的發(fā)動機(jī)。

美國F22猛禽戰(zhàn)斗機(jī)使用的渦扇發(fā)動機(jī)，涵道比很低，只有0.3：1

渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)

渦輪螺旋槳噴氣發(fā)動機(jī)，簡稱渦槳發(fā)動機(jī)

渦槳發(fā)動機(jī)的本質(zhì)類似于渦噴發(fā)動機(jī)接上一個減速器，并帶動外部的螺旋槳。

中國自行設(shè)計(jì)研制的水陸兩棲飛機(jī)蛟龍-600，采用國產(chǎn)WJ-6渦槳發(fā)動機(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。
渦槳發(fā)動機(jī)通常用在小型或低速的亞音速飛機(jī)上。但也有例外，俄羅斯的圖-95戰(zhàn)略轟炸蛟龍-600機(jī)使用的NK-12MV型渦槳發(fā)動機(jī)，讓其達(dá)到925公里每小時的高速，接近音速。

俄羅斯的圖-95戰(zhàn)略轟炸機(jī)

每一個NK-12MV型渦槳發(fā)動機(jī)上有8個葉片，前后葉片采取同軸反轉(zhuǎn)的模式

同軸反轉(zhuǎn)示意圖

槳扇發(fā)動機(jī)
渦槳發(fā)動機(jī)的燃油效率通常高于渦扇發(fā)動機(jī)，但它也不是盡善盡美，原因之一是，渦槳發(fā)動機(jī)上多了一個減速器，也就是變速齒輪。變速齒輪的存在一是增加了發(fā)動機(jī)重量，二是多少會帶來一些功率上的損耗。
為此，有的國家研制一種不需要變速齒輪的發(fā)動機(jī)，它就是槳扇發(fā)動機(jī)。

安-70運(yùn)輸機(jī)上的D-27漿扇發(fā)動機(jī)

由于和渦輪之間沒有減速器，槳扇的螺旋槳轉(zhuǎn)速非常高，帶來的優(yōu)點(diǎn)是燃料效率進(jìn)一步提高，而缺點(diǎn)是噪音大，難以運(yùn)用于追求舒適性的客機(jī)上。目前，只有安-70運(yùn)輸機(jī)使用漿扇發(fā)動機(jī)。

“安-70”運(yùn)輸機(jī)由烏克蘭與俄羅斯共同研制開發(fā)，于1994年12月6日首飛

“安-70”的發(fā)動機(jī)，其葉片為前置，還有另一種槳扇發(fā)動機(jī)，其葉片為后置，這就是通用電氣早些年進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的發(fā)動機(jī)GE36。

GE36槳扇發(fā)動機(jī)

GE36槳扇發(fā)動機(jī)示意圖

實(shí)驗(yàn)中的GE36，表現(xiàn)出了非常低的燃料消耗，但同樣還是因?yàn)樵胍舸蟮膯栴}，它沒有被使用在任何飛機(jī)上

渦輪軸發(fā)動機(jī)
渦輪軸發(fā)動機(jī)簡稱渦軸發(fā)動機(jī)，顧名思義，它是通過“軸”來傳輸動力。直升機(jī)、坦克、船舶上都有使用。

渦軸發(fā)動機(jī)并非如此簡單，但您可以借此理解其本質(zhì)

ch-47支奴干直升機(jī)上的渦軸發(fā)動機(jī)

沖壓發(fā)動機(jī)
無論是上文提到的渦噴還是渦扇發(fā)動機(jī)，它們的前部都有一個“壓氣機(jī)”，這可是個大塊頭，要是能把它去掉就太好了。問題是，沒有了壓氣機(jī)，怎么壓縮空氣？
飛行器飛得越快，迎面而來的空氣就越快，當(dāng)快到幾倍音速時，空氣自然就得到了壓縮。高壓空氣進(jìn)入燃燒室，混入燃油，劇烈燃燒并向后高速噴出以得到動力。這就是沖壓發(fā)動機(jī)的原理。

圖中的（a）代表傳統(tǒng)的渦噴發(fā)動機(jī)，其結(jié)構(gòu)很復(fù)雜
而（b）代表沖壓發(fā)動機(jī)；（c）表示超燃沖壓發(fā)動機(jī)

沖壓發(fā)動機(jī)一般用在導(dǎo)彈和目前還在試驗(yàn)階段的高超音速飛行器上。
航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展已有100多年的歷程，相比歐美國家，我國的起步較晚，不過，即使是這樣，我國也取得了很大的成就。迄今為止，全世界能夠研發(fā)航空發(fā)動機(jī)的也只有美國、俄羅斯、英國、法國和中國等少數(shù)幾個國家。
航空發(fā)動機(jī)被譽(yù)為國之重器，正如所見，我國對航空發(fā)動機(jī)越來越重視，整合力度也在不斷加大。未來，我國的航空發(fā)動機(jī)必將走入世界第一流的行列。