冰与火之歌航空发动机家族简介

冰与火之歌：

航空发动机家族简介

编者按：航空发动机是高空飞行器的“心脏”，是其动力之源。在空气稀薄的寒冷高空，航空发动机内的熊熊火焰产生的动力推动着飞行器高速飞行，上演了一曲“冰与火之歌”。航空发动机就像北境守护者史塔克家族一样，在高空中守护着飞行器的安全。那么，航空发动机的类型有哪几种，各自的原理是怎样的呢？本文将带着你揭开航空发动机家族的神秘面纱。

史塔克家族

20世纪初，莱特兄弟发明了世界上第一架飞机，实现了人类长久以来的飞行梦想。自此，人类对天空的探索再没停止过。

飞天的梦想

航空发动机作为飞机的“心脏”，主要为飞机提供飞行时所需的动力，被称为“工业皇冠上最耀眼的明珠”。针对不同类型的飞机，航空发动机的安装位置也呈现多样化，其可以被安装于机翼下（如上图），也可以被安装于机尾或者机头内部等地方。那么航空发动机究竟有多少种？其家族成员主要应用在哪些飞机上了？今天将向大家介绍航空发动机家族的主要成员：活塞式航空发动机、燃气涡轮发动机、冲压发动机。

活塞式发动机：

揭开航空时代的序幕

活塞式航空发动机作为家族里的“大哥大”，是最早应用在飞机上的航空发动机。其工作原理是依靠燃气在气缸里爆燃，推动活塞做功，通过螺旋桨产生推进力。目前小功率的活塞式航空发动机仍被广泛应用于轻型飞机。其中，作为党和国家领导人的第一代专机——伊尔-14运输机就装备了2台AⅢ-82T活塞式发动机。

活塞发动机工作原理示意图

伊尔14运输机

燃气涡轮发动机：

喷气时代的霸主

人类逐渐认识到使用活塞推动螺旋桨不足以产生更大的推力，于是将目光投向了新的航空动力形式，比如燃气涡轮发动机。其主要包括涡轮喷气发动机（大哥）、涡轮风扇发动机（二哥）、涡轮螺旋桨发动机（三哥）和涡轮轴发动机（四哥）。

大哥涡喷发动机是历史最悠久的喷气式发动机。当发动机工作时，空气通过进气道被吸入压气机，经压气机压缩增压，进入燃烧室中喷油燃烧成为高温高压的燃气，随后再进入涡轮中膨胀做功，最后从尾喷管中排出。该膨胀功一部分通过传动轴带动压气机，用来压缩吸入发动机的空气；另一部分则对外输出，产生反作用推力，从而为发动机提供动力。作为世界上首次实现最大飞行速度超过3马赫的米格25战斗机装备了两台R-15-加力涡喷发动机。

中国科学院工程热物理研究所轻型动力实验室自主研发的公斤推力等级涡喷发动机，主要用作高机动靶机和模飞无人机动力。

涡喷发动机工作原理示意图

米格25战斗机

二哥涡扇发动机和大哥涡喷发动机相比，工作原理大不一样。涡扇发动机分为内涵道（燃气经由核心机，下图红色部分）和外涵道（空气经由风扇直接排出，下图浅蓝色部分），外涵道与内涵道的空气流量比值称为涵道比。定性规律是，涵道比越大，发动机越省油，故民航客机多采用大涵道比发动机，但军用飞机为追求高机动性能多采用小涵道比发动机。涡扇发动机中的高压压气机、燃烧室和高压涡轮三部分统称为核心机。流经核心机的燃气的可用能，一部分用于带动低压涡轮以驱动风扇，另一部分在喷管中用以加速喷出的燃气。

涡扇发动机工作原理示意图

二哥涡扇发动机作为航空动力领域的主流，其应用范围最广，在行业内有“两重身份”——混合排气涡扇发动机、分开排气涡扇发动机。

常见的民航客机所采用的发动机，多半是分开排气涡扇发动机，比如著名的GE90、PW0G、TrentTWB等。当今涡扇喷气引擎的代表GE90-B发动机是世界上推力最高的民航发动机，试验推力可达,磅，被装备在波音民航客机上使用。

GE90-B发动机

波音民航客机

军用的涡扇发动机则主要采用混合排气涡扇发动机。典型的装备为我国歼击机10的WS10发动机（又名太行）。

中国科学院工程热物理研究所轻型动力实验室自主研制的小型涡扇发动机采用中等涵道比和混合排气方式，具有推重比高、耗油率低和高空性能好等优势，未来主要应用于小型公务机和高空长航时无人机。

歼10战斗机

三哥涡桨发动机主要用于小型、低速的亚声速飞机。其本质类似于大哥涡喷发动机加上一个减速器，带动外部的螺旋桨。刚刚完成水上首飞的我国大飞机三剑客之一——大型水陆两栖飞机AG就选装了4台涡桨6发动机。

涡桨发动机工作原理示意图

大型水陆两栖飞机AG

四哥涡轴发动机主要用作直升机的动力；其工作原理为通过传动轴将发动机的功率经过减速器传输给主旋翼，再由主旋翼转动提供升力，其功率输出方式与活塞式发动机类似，但比起一般的柴油机和汽油机，涡轴发动机体积更小、重量更轻，却具有更大的功率。其中，阿帕奇直升机作为美国陆军主力武装直升机，装备了两台T--GE-涡轴发动机。

中国科学院工程热物理研究所轻型动力实验室研制的千瓦级涡轴发动机具有功重比高和耗油率低等优势，未来主要用于中小型无人直升机。

涡轴发动机工作原理示意图

阿帕奇直升机

冲压发动机：

高超音速时代的主力军

当飞机以超声速飞行时，无需压气机和涡轮转动部件，只需进气道、燃烧室和喷管三个部件即可产生所需要的推力，于是诞生了家族里最年轻的五弟——冲压发动机。五弟在家族里最年轻，但高空飞行性能最为优秀。气流利用高速飞行时的冲压作用增压，进入燃烧室与燃油混合燃烧，高温燃气随后经喷管膨胀加速，由喷口高速排出从而产生推力。然而，不能自行起动和低速性能欠佳使其应用范围受到了限制。目前，使用该型发动机的飞机有美国的SR-71高空高速侦察机（又名黑鸟）。

冲压发动机工作原理示意图

SR-71侦察机

关于航空发动机家族的介绍到此结束了。最后，请大家一起欣赏震撼的罗罗公司EJ航空发动机总装和试车的全过程!

编辑：孔夫子

责编：祥子、小小毛