飞机心脏

发动机为各种飞行器提供动力，所以人们常说：“发动机是飞机的心脏”。早期的飞机使用活塞式发动机，但由于活塞式发动机功率和螺旋桨效率

满足不了继续增速、突破音障和提高升限的需要，人们开始加紧研制喷气式发动机。

其实，早在 1791 年已出现燃气轮机设计方案，20 世纪产生了喷气推进理论，但是很长时间内叶轮的效率太低，不可能造出实用的涡轮喷气发动机。英国人弗兰克·惠特尔于 1930 年 1 月取得了涡轮发动机专利。而德国帕布尔

斯特·冯·奥海因却后来居上，在 1937 年 3 月研制成功推力为 5 千牛的 HeS

—3B 轴流式喷气发动机。1939 年 8 月 27 日，装此发动机的 He—178 飞机试飞成功，最大速度为 700 公里/小时，成为世界上第一架成功飞行的喷气飞

机。惠特尔的离心式涡喷气发动机于 1937 年 4 月 12 日试制成功。1941 年 5 月 15 日装有 W—1 发动机的 E28/39 喷气机试飞成功。

现代飞机大多数使用喷气发动机，那么喷气发动机是怎么回事呢？

喷气发动机可以分为火箭发动机和空气喷气发动机两大类。前者主要用于火箭、人造卫星和宇宙飞船，后者用于飞机。空气喷气发动机是利用空气中的氧和燃料进行燃烧所得的燃气作为工作介质的动力装置。这种发动机在工作时，空气进入燃烧室之前先行压缩，然后进入燃烧室与雾化了的燃料混合燃烧，成为具有很大能量的高温燃气，以高速从喷口向外喷出，使发动机产生推力。

空气喷气发动机又按空气压缩方法的不同分为无压缩器式和有压缩器式两种。无压缩器式包括冲压喷气发动机和脉冲喷气发动机。有压缩器的包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机，它们广泛用于各种飞机和直升机。

涡轮喷气发动机主要由压气机、燃料混合燃烧室、涡轮及喷管等组成。在这种发动机中，涡轮带动压气机旋转，使进入发动机的空气增压后与燃料混合燃烧，燃气经尾喷管高速排出获得反作用推力。目前使用的有离心式（靠离心力压气）和轴流式（气流方向基本上与前后轴线相平行）涡轮喷气发动机。为了在短时间内增加发动机的最大推力，有的发动机在涡轮后面装有加力燃烧管，进行喷油复燃，通常可增加最大推力 30％～70％。涡轮喷气发动机广泛用作军用飞机的动力装置。

涡轮风扇发动机又称内外涵发动机，它在普通的涡轮喷气发动机的基础上加装了由涡轮带动的风扇和一个外涵道。这种发动工作的特点是：空气分两路进入发动机，一路通过内涵道（核心发动机），另一路进入外涵道，两路气流通过各自的喷管或在混合室内掺混后通过共同喷管排出，产生推力。与涡轮喷气发动机相比，涡轮风扇发动机具有更大的空气流量和较低的喷管喷射速度，因而推进效率及经济性等都显著提高。外涵道与内涵道空气质量流量的比值叫涵道比。通常小涵道比涡扇发动机主要用于战斗机、战斗轰炸

机和攻击机；大涵道比涡扇发动机用于客机和运输机。

涡轮螺旋桨发动机简称涡桨发动机，是用燃气涡轮带动螺旋桨的涡轮喷气发动机，也是一种混合推进的动力装置。总推力由螺桨产生的拉力（或推力）和喷气产生的反作用推力组合而成，其中喷气产生的推力仅占总推力的一小部分。涡轮螺桨发动机的性能主要由螺旋桨的特性来确定，而螺桨的效率随着飞行速度的增加而降低。因而涡桨发动机最适合中等飞行速度

（400～800 公里/小时）的飞机使用。涡桨发动机耗油率低、功率大、构造简单、重量轻、阻力小。涡桨发动机还有一个优点，即起飞的拉力性能好，着陆时螺桨可以反桨，产生反向拉力，缩短着陆滑跑距离。

涡轮轴发动机是燃气通过涡轮驱动转轴输出轴功率的涡轮喷气发动机，是直升机采用的主要动力装置形式。工作原理和结构与涡轮螺旋桨发动机基本相同，只是核心机出口燃气所含的可用能量几乎全部供给动力涡轮，通过传动轴带动直升机螺旋桨旋转或带动其他负荷。涡轮轴发动机经涡轮螺桨发动机操纵灵活、启动容易、加速性好，但结构比较复杂。

未来各类飞机的性能进一步提高，有赖于发动机技术的继续创新，主要表现在：

提高推重比。目前先进发动机的推重比大约在 10～12 之间。进一步提高推重比，需要改进设计，研究先进的气动技术和采用新的材料。如：采用三元后掠激波压气机叶片、短环形高温分段陶瓷燃烧室，提高转子的转速，增大风扇和压气机各级的负载，在发动机热端部件、结构件和轴上应用复合材料等。在上述高技术的基础上，可望设计出推重比高达 20～24 的先进航空发动机。
降低涵道比，提高总增压比。为适应经济性的要求，民航机使用的发动机的涵道比越来越大。为持续进行超音速飞行，战斗机的发动机则采用降低函道比、提高总增压比的措施，来加大喷气速度。其关键技术是在压气机设计中采用高性能的气动叶片和结构。
提高涡轮进口温度。为了使发动机的推重比达到或超过 20，发动机的结构将从以全金属为主向着以非金属为主转换。除了要提高冷却技术外，还要进一步减少热端部件的封严间隙，采用主动间隙控制技术，并把单晶叶片加上隔热涂层，来提高涡轮叶片的高温性能。
采用矩形截面的二元推力转向喷管。在先进发动机上，都设计有二元推力转向喷管，着陆时用于推力反向，缩短飞机着陆时的滑跑距离，还可以提高飞机的飞行机动和隐身能力。
采用数字式电子控制系统。数字式电子控制技术取代了传统的液压机械式控制技术，使发动机的结构简化、可靠性提高，并减轻驾驶员的工作负担。

所有飞机都靠发动机提供动力，而发动机的动力又是靠燃料与空气混合燃烧产生的。因此，飞机离开燃料就寸步难行。飞行发动机用的各种燃料总称航空燃料，通常是可喷射雾化的液体燃料。

目前的航空燃料主要由石油加工制成，按用途分为活塞式发动机用的航空汽油和喷气式发动用的喷气燃料（亦称航空煤油），此外还有起辅助作用的启动燃料。三种燃料中，喷气燃料消费量最大。

飞机上贮存燃料的容器叫油箱。油箱一般安装在机身、机翼内部，还有机外（悬挂）油箱。在飞机上配置燃油时，除考虑耗油量外，还应考虑飞机

重心。飞机上各个燃油箱，加上供油、输油、加油、放油、油箱通气、油箱增压及油箱油量指示与控制等分系统，构成完整的燃油系统。

除上述常规燃料外，人类正在探索用甲烷、液氢、太阳能、核能及微波作为动力源，这将为飞行器带来新的飞跃。例如正在试验中的以微波为能源的飞行器，就是以磁控管或微波发生器从地面聚束微波作为飞机能源的。这种飞机的机翼下面铺了一层很薄的硅整流二极管阵列，用它接收能量，并把能量转换为直流电源，供给电动机，驱动螺旋桨。