航空發動機由于研制難度高、技術含量高、產業回報高的特點，被譽為是現代工業“皇冠上的明珠”。新成立組建的中國航空發動機研究院，與國內多家高校和科研機構簽訂了科技創新合作協議，攜手開展航空發動機基礎與應用技術研究。

　　12月28日，中國航空發動機研究院在京成立。研究院由剛剛成立4個月的中國航空發動機集團組建，旨在促進我國航空發動機自主創新能力的提升，并為航空發動機及燃氣輪機國家科技重大專項基礎研究管理提供重要支撐。

　　8月28日，中國航空發動機集團公司成立之時，中共中央***、國家主席、中央***習近平和國務院總理李克強均作出重要批示。

　　一家航空發動機企業成立何以引起國家如此高規格重視？近日，科技日報記者就此問題采訪了《航空知識》雜志社主編王亞男。

　　“這是航空發動機的地位決定的。航空發動機是經典力學在工程應用上逼近極限的一門技術，是衡量一個國家綜合科技水平、科技工業基礎實力和綜合國力的重要標志。”王亞男說。

　　王亞男認為，中國航空發動機集團公司的成立，透射出一個重要信號，就是中國希望從頂層架構上，為發展先進航空動力系統準備科學充分的條件。

　　經典力學在工程應用上逼近極限

　　長期以來，一直有人不理解，為什么中國造的出神舟飛船、造的出殲-20戰機，偏偏造不出先進的航空發動機？先了解一下航空發動機的原理，以及這是一門什么樣的技術。

　　現代航空噴氣發動機和四沖程內燃機相同。四沖程內燃機有進氣、壓縮、燃燒、排氣四個工作階段，通過活塞往復運動實現。

　　“對于航空噴氣發動機，這四個工作階段仍然存在，只不過往復運動的活塞和氣缸，被換成了一組同軸葉片構成的轉子系統，往復運動徹底被看似更簡單的旋轉運動取代。”王亞男簡析了發動機工作原理。

　　原來，發動機產生動力的原因是這樣的：即通過進氣道實現進氣、再用壓氣機高速旋轉對空氣進行加壓；將增壓后的空氣送進環形燃燒室，與燃油混合點火，以此來推動渦輪高速轉動；最后把能量傳遞給壓氣機，同時向后經噴管排出，產生強大的向前推力。

　　簡言之，航空發動機是為飛行器提供動力的熱力機械，需要在高溫、高壓、高速旋轉的條件下工作，對研制的要求很高。

　　溫度有多高？目前先進的航空發動機工作溫度在1850K，大大超過發動機渦輪葉片鎳基合金的熔點。

　　壓力有多大？發動機壓氣機增壓后的壓力高達數十個大氣壓，相當于四五個蓄滿水后的三峽大壩底部壓力。

　　旋轉有多快？轉子每分鐘旋轉幾萬轉，葉尖承受的離心力相當于40噸重卡車的拉力。

　　高溫、高壓和高速，單獨看的確可以通過一些技術手段解決。比如宇宙飛船、火箭，可以在高溫處覆蓋隔熱瓦，解決高溫問題；地面和水面動力，可以把發動機做得大一點，解決壓力、強度問題；一次性產品，如導彈動力、火箭動力，不需要考慮長壽命，一些難題也就迎刃而解，最后燒掉或者不再使用就行了。

　　但是，航空發動機不一樣，其研制還有“體積要小、重量要輕、壽命要長、可以重復使用”的要求，這意味著難度成倍增加。設計航空發動機，就是要讓它在這些苛刻的約束條件下使性能得到最大發揮。

　　“可以說，航空發動機是經典力學在工程應用上逼近極限的一門技術。”王亞男說。

　　材料在1850K下不熔化不變形不斷裂

　　制造一臺發動機，涉及技術領域無數。

　　“整體設計、先進金屬/非金屬材料、先進加工制造、高溫高壓條件下的空氣動力學、綜合試驗檢測、先進技術項目管理……”王亞男隨口列出這么多技術領域。

　　這些技術領域，不僅復雜，而且都不能急于求成，都需要有長期的積累。

　　僅一個材料技術，就令人目眩。

　　看發動機先進與否，最為重要的技術指標之一，就是看其推重比，即發動機的推力除以其重量的比值。

　　以蘇27的AL-31渦扇發動機為例。其最大推力為12.5噸，2臺AL-31可推動蘇27以超過2倍音速飛行。AL-31的風扇直徑不到900毫米，渦輪直徑不到300毫米。按照基本物理學原理，力是相互作用的，也就是說這么小尺寸的風扇、渦輪反過來要時刻承受著12.5噸的力。

　　發動機要推動飛機以2倍音速飛行，各部件必須承受住異常嚴酷的高溫高壓考驗。

　　越是先進的航空發動機，推力越大重量越輕。要實現這個目標，就得設法提高渦輪前溫度——這是衡量熱效率的一個重要指標。

　　現代最先進的航空發動機渦輪前溫度為1850K，大大超過鋼鐵熔點。制造渦輪葉片的材料必須經得起超過熔點溫度的高溫考驗，同時還要在數倍蓄滿水后的三峽大壩底部壓力下，以每分鐘數萬轉的速度，承受強大離心力的持續作用。在如此嚴苛的環境下，發動機所用材料必須做到：不能熔化，不能變形，不能斷裂。

　　“一句話，如果材料工業拿不出最好的高溫材料，發動機的性能就上不去。”王亞男說。

　　提高了推力，還要竭力降低體重。要想做到這一點，只能減少零部件總數，或把零部件做得足夠小，足夠薄，同時性能還不能降低，這就要求總體設計技術和材料都要相當過硬。

　　第七代航空發動機國際上已開始預研

　　噴氣航空發動機發展到今天，已經經歷了4代。

　　第一代噴氣發動機出現在上世紀40年代。主要是渦噴發動機，以美國的J57和前蘇聯的RD-9B為代表，其推重比為3—4，渦輪前溫度1200—1300K。

　　第二代噴氣發動機出現在上世紀60年代，主要是加力渦噴發動機和渦扇發動機，以英國的斯貝MK202和美國的TF30發動機為代表，推重比5—6，渦輪前溫度1400—1500K；

　　70年代出現的第三代航空噴氣發動機是加力渦扇發動機，以美國的F100、F110、F404，歐洲的RBl99、M88-3，蘇聯的RD-33和AL-31F發動機為代表。推重比達到8，渦輪前溫度1600—1700K；

　　目前廣泛應用的是第四代噴氣發動機，其特征是高推重比加力渦扇發動機，以美國的F119和歐洲的EJ200發動機為代表，其推重比9.5—10，渦輪前溫度1850—2000K。

　　王亞男認為，下一代噴氣發動機將采用變循環渦扇發動機概念，廣泛使用先進材料，渦輪前溫度有望超過2200K，推重比可望達到12—15。

　　資料顯示，2010年以后，依靠其強大的技術研發能力，美國已經開展第六代航空發動機的研發，預計推重比將達到16—18，甚至更高。目前已取得了階段性成果，而第七代航空發動機也已經開始預研。

　　“新一代航空發動機在制造成本、可維護性、運行經濟性和全壽命周期使用成本等方面都提出了更高的要求，挑戰著人類渦輪發動機技術的最高水平，代表著一國工業研發和制造能力的制高點。”王亞男說。

　　“與美國、英國、法國、俄羅斯等航空發動機傳統大國相比，中國的基礎和經驗尚有欠缺，但我們正在取得快速進步。”王亞男認為。

　　國產太行發動機，也叫渦扇10系列發動機，是國產第三代大型軍用航空渦輪風扇發動機。1978年預研，1987年立項，2005年12月28日完成設計定型審查考核，歷時27年。

　　“太行渦扇發動機的研制成功，讓中國首次走完了先進軍用噴氣發動機自主研發到生產制造以及完善改進的全過程，為發動機產業后續發展積累了經驗，準備了條件。”王亞男說。

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　　飛機上天與伯努利定理

　　在地球重力環境中，自重輕于空氣的物品可自由升空，反之則不行。而如果有風，這風力卻可將重于空氣的物品吹跑。

　　這風，便是流動的空氣，亦稱氣流。

　　飛機是重于空氣的飛行器，自然需要一種力來克服自身重力，實現將其推送至空中的目的。而當飛機在空中飛行時，又會產生作用于飛機的空氣動力，飛機就是靠這種空氣動力升空飛行的。

　　發動機，便是制造氣流來推送飛機升空飛行。

　　1738年，“流體力學之父”丹尼爾·伯努利發現，在一個流體系統，比如氣流、水流中，流速越快，流體產生的壓力就越小。這一闡述流體在流動中流速和壓力之間關系的原理，被稱為“伯努利定理”。

　　伯努利定理基本內容：流體在一個管道中流動時，流速大的地方壓力小，流速小的地方壓力大。

　　飛機的升力靠氣流。氣流被機翼分為上下兩部分，由于機翼橫截面的形狀上下不對稱，在相同時間內，機翼上方氣流路過的路程較長，速度大；而下方路程較短，速度小。由于在氣體和液體中，流速越大的位置壓強越小，因而機翼上下表面存在壓強差，這就產生了向上的升力。

　　這一強大的氣流的產生，靠的便是發動機賦予飛機的相對速度。