航空發(fā)動機的發(fā)展歷程及展望

左瑞 楊明熹 黃浩宇

摘 要 近代以來，航空發(fā)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(fā)動機經(jīng)常需要向其他國家購買。本文對各類型發(fā)動機做了比較，如發(fā)動機結構，渦輪風扇或噴氣式，以及轉子數(shù)量與質量上進行了分析，并對發(fā)動機改進與創(chuàng)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(fā)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(fā)動機是戰(zhàn)機的核心裝備，沒有發(fā)動機的飛機是沒有動力的，發(fā)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(yōu)異，續(xù)航時間久的發(fā)動機，除了需要強大的學科水平，還需要經(jīng)濟實力與軍事實力，畢竟航空發(fā)動機價格昂貴。航空發(fā)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(yè)文明皇冠上的明珠”。但是，近代以來，航空發(fā)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(fā)動機經(jīng)常需要向其他國家購買。為了解決航空發(fā)動機的問題，我國在航空發(fā)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(fā)動機發(fā)展史

我國航空發(fā)動機的研制開始于上個世紀六十年代，經(jīng)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(fā)動機并仿制自主研發(fā)，其中代表型號是渦噴-6。渦噴-6是在蘇制Pд-9Б噴氣發(fā)動機基礎上仿制而形成的，在我國初期發(fā)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(fā)，型號有渦噴-14型發(fā)動機和渦扇-10系列發(fā)動機。渦噴14又稱“昆侖”發(fā)動機，是我國自行研制的具有全盤知識產(chǎn)權的中等推力級加力渦輪噴氣發(fā)動機。渦扇-10系列發(fā)動機簡稱WS-10，代號“太行”，也是國內大推力渦輪風扇發(fā)動機。第三階段是2000年初到現(xiàn)在，中國航空發(fā)動機經(jīng)過近50年的發(fā)展，已經(jīng)建立了相對完整的發(fā)動機研制生產(chǎn)體系，具備了渦槳、渦噴、渦扇、渦軸等各類發(fā)動機的系列研制生產(chǎn)能力，并向國內外先進水平邁進[1]。

2 航空發(fā)動機的分類與創(chuàng)新

航空發(fā)動機主要分為活塞式和噴氣式兩大類?；钊胶娇瞻l(fā)動機 一般都是往復活式塞發(fā)動機，但是也有旋轉活塞發(fā)動機和自由活塞發(fā)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?，F(xiàn)代飛機對活塞發(fā)動機的使用很少，因此這里不多做討論。渦輪噴氣發(fā)動機根據(jù)壓氣機類型的不同，分為離心式渦輪噴氣發(fā)動機、軸流式渦輪噴氣發(fā)動機。如果按發(fā)動機轉子結構不同，可分為單轉子和雙轉子渦輪噴氣發(fā)動機。由于渦輪噴氣發(fā)動機在現(xiàn)代飛機中的應用廣泛，因此下面著重介紹這些發(fā)動機的結構以及設計創(chuàng)新思路（如圖2所示）。

軸流式渦輪噴氣發(fā)動機是采用軸流式壓氣機的渦輪噴氣發(fā)動機。它具有效率高、流通能力強等優(yōu)點，因此目前推力稍大一些的渦輪噴氣發(fā)動機都是軸流式的。但是，渦輪發(fā)動的噪聲很大，因此，可以在噪聲方面做改造。通過對發(fā)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(fā)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(fā)動機性能的重要方法。

3 我國航空發(fā)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(fā)動機會出現(xiàn)這樣的問題呢？那就是航空發(fā)動機的制造需要的是總體制造水平的一個躍升。以航空發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)動機，整體也會落后[4]。所以中國航空發(fā)動機發(fā)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(jīng)攻克了很多航空發(fā)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(xiàn)在的先進渦扇發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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）