航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展史~~~~~急?。?！

【專(zhuān)家解說(shuō)】：　　回顧 　　1、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)期 　　●早期液冷發(fā)動(dòng)機(jī)居主導(dǎo)地位 很早以前，我們的祖先就幻想像鳥(niǎo)一樣在天空中自由飛翔，也曾作過(guò)各種嘗試，但是多半因?yàn)閯?dòng)力源問(wèn)題未獲得解決而歸于失敗。最初曾有人把專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的蒸汽機(jī)裝到飛機(jī)上去試，但因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)太重，都沒(méi)有成功。到19世紀(jì)末，在內(nèi)燃機(jī)開(kāi)始用于汽車(chē)的同時(shí)，人們即聯(lián)想到把內(nèi)燃機(jī)用到飛機(jī)上去作為飛機(jī)飛行的動(dòng)力源，并著手這方面的試驗(yàn)。 　　1903年，萊特兄弟把一臺(tái)4缸、水平直列式水冷發(fā)動(dòng)機(jī)改裝之后，成功地用到他們的"飛行者一號(hào)"飛機(jī)上進(jìn)行飛行試驗(yàn)。這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)只發(fā)出8.95 kW的功率，重量卻有81 kg，功重比為0.11kW/daN。發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)兩根自行車(chē)上那樣的鏈條，帶動(dòng)兩個(gè)直徑為2.6m的木制螺旋槳。首次飛行的留空時(shí)間只有12s,飛行距離為36.6m。但它是人類(lèi)歷史上第一次有動(dòng)力、載人、持續(xù)、穩(wěn)定、可操作的重于空氣飛行器的成功飛行。 　　以后，在飛機(jī)用于戰(zhàn)爭(zhēng)目的的推動(dòng)下，航空特別是在歐洲開(kāi)始蓬勃發(fā)展，法國(guó)在當(dāng)時(shí)處于領(lǐng)先地位。美國(guó)雖然發(fā)明了動(dòng)力飛機(jī)并且制造了第一架軍用飛機(jī)，但在參戰(zhàn)時(shí)連一架可用的新式飛機(jī)都沒(méi)有。在前線(xiàn)的美國(guó)航空中隊(duì)的6287架飛機(jī)中有4791架時(shí)法國(guó)飛機(jī)，如裝備伊斯潘諾-西扎V型液冷發(fā)動(dòng)機(jī)的"斯佩德"戰(zhàn)斗機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的功率已達(dá)130~220kW, 功重比為0.7kW/daN左右。飛機(jī)速度超過(guò)200km/h，升限6650m。 　　當(dāng)時(shí)，飛機(jī)的飛行速度還比較小，氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻困難。為了冷卻，發(fā)動(dòng)機(jī)裸露在外，阻力又較大。因此，大多數(shù)飛機(jī)特別是戰(zhàn)斗機(jī)采用的是液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)。期間，1908年由法國(guó)塞甘兄弟發(fā)明旋轉(zhuǎn)汽缸氣冷星型發(fā)動(dòng)機(jī)曾風(fēng)行一時(shí)。這種曲軸固定而汽缸旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)終因功率的增大受到限制，在固定汽缸的氣冷星型發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻問(wèn)題解決之后退出了歷史舞臺(tái)。 　　●兩次世界大戰(zhàn)之間的重要技術(shù)發(fā)明 在兩次世界大戰(zhàn)之間，在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域出現(xiàn)幾項(xiàng)重要的發(fā)明：發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩既減小了飛機(jī)阻力，又解決了氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻困難問(wèn)題，甚至可以的設(shè)計(jì)兩排或四排汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)，為增加功率創(chuàng)造了條件；廢氣渦輪增壓器提高了高空條件下的進(jìn)氣壓力，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的高空性能；變距螺旋槳可增加螺旋槳的效率和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出；內(nèi)充金屬鈉的冷卻排氣門(mén)解決了排氣門(mén)的過(guò)熱問(wèn)題；向汽缸內(nèi)噴水和甲醇的混合液可在短時(shí)內(nèi)增加功率三分之一；高辛烷值燃料提高了燃油的抗爆性，使汽缸內(nèi)燃燒前壓力由2~3逐步增加到5~6，甚至8~9，既提高了升功率，又降低了耗油率。 　　●從20世紀(jì)20年代中期開(kāi)始，氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展迅速，但液冷發(fā)動(dòng)機(jī)仍有一席之地在此期間，在整流罩解決了阻力和冷卻問(wèn)題后，氣冷星型發(fā)動(dòng)機(jī)由于有剛性大，重量輕，可靠性、維修性和生存性好，功率增長(zhǎng)潛力大等優(yōu)點(diǎn)而得到迅速發(fā)展,并開(kāi)始在大型轟炸機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和對(duì)地攻擊機(jī)上取代液冷發(fā)動(dòng)機(jī)。在20世紀(jì)20年代中期，美國(guó)萊特公司和普·惠公司先后發(fā)展出單排的"旋風(fēng)"和"颶風(fēng)"以及"黃蜂"和"大黃蜂"發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率超過(guò)400kW，功重比超過(guò)1kW/daN。到第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)時(shí)，由于雙排氣冷星型發(fā)動(dòng)機(jī)的研制成功，發(fā)動(dòng)機(jī)功率已提高到600~820kW。此時(shí)，螺旋槳戰(zhàn)斗機(jī)的飛行速度已超過(guò)500km/h，飛行高度達(dá)10000m。 　　在第二次世紀(jì)大戰(zhàn)期間，氣冷星型發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)向大功率方向發(fā)展。其中比較著名的有普·惠公司的雙排"雙黃蜂"（(R-2800)和四排"巨黃蜂"(R-4360)。前者在1839年7月1日定型，開(kāi)始時(shí)功率為1230kW, 共發(fā)展出5個(gè)系列幾十個(gè)改型，最后功率達(dá)到2088kW，用于大量的軍民用飛機(jī)和直升機(jī)。單單為P-47戰(zhàn)斗機(jī)就生產(chǎn)了24000臺(tái)R-2800發(fā)動(dòng)機(jī)，其中P-47 J的最大速度達(dá)805km/h。雖然有爭(zhēng)議，但據(jù)說(shuō)這是第二次世界大戰(zhàn)中飛得最快的戰(zhàn)斗機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)在航空史上占有特殊的地位。在航空博物館或航空展覽會(huì)上，R-2800總是放置在中央位置。甚至有的航空史書(shū)上說(shuō)，如果沒(méi)有R-2800發(fā)動(dòng)機(jī)，在第二次世界大戰(zhàn)中盟國(guó)的取勝要困難得多。后者有四排28個(gè)汽缸，排量為71.5L，功率為2200~3000kW, 是世界上功率最大的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，用于一些大型轟炸機(jī)和運(yùn)輸機(jī)。1941年，圍繞六臺(tái)R-4360發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的B-36轟炸機(jī)是少數(shù)推進(jìn)是飛機(jī)之一，但未投入使用。萊特公司的R-2600和R-3350發(fā)動(dòng)機(jī)也是很有名的雙排氣冷星型發(fā)動(dòng)機(jī)。前者在1939推出，功率為1120kW，用于第一架載買(mǎi)票旅客飛越大西洋的波音公司"快帆"314型四發(fā)水上飛機(jī)以及一些較小的魚(yú)雷機(jī)、轟炸機(jī)和攻擊機(jī)。后者在1941年投入使用，開(kāi)始時(shí)功率為2088kW，主要用于著名的B-29"空中堡壘"戰(zhàn)略轟炸機(jī)。R-3350在戰(zhàn)后發(fā)展出一種重要改型--渦輪組合發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣驅(qū)動(dòng)三個(gè)沿周向均布的廢氣渦輪，每個(gè)渦輪在最大狀態(tài)下可發(fā)出150kW的功率。這樣，R-3350的功率提高到2535kW，耗油率低達(dá)0.23kg/(kW·h)。1946年9月，裝兩臺(tái)R-3350渦輪組合發(fā)動(dòng)機(jī)的P2V1"海王星"飛機(jī)創(chuàng)造了18090km的空中不加油的飛行距離世界紀(jì)錄。液冷發(fā)動(dòng)機(jī)與氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)之間的競(jìng)爭(zhēng)在第二次世界大戰(zhàn)中仍在繼續(xù)。液冷發(fā)動(dòng)機(jī)雖然有許多缺點(diǎn)，但它的迎風(fēng)面積小，對(duì)高速戰(zhàn)斗機(jī)特別有利。而且，戰(zhàn)斗機(jī)的飛行高度高，受地面火力的威脅小，液冷發(fā)動(dòng)機(jī)易損的弱點(diǎn)不突出。所以，它在許多戰(zhàn)斗機(jī)上得到應(yīng)用。例如，美國(guó)在這次大戰(zhàn)中生產(chǎn)量最大的5種戰(zhàn)斗機(jī)中有4種采用液冷發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，值得一提的是英國(guó)羅-羅公司的梅林發(fā)動(dòng)機(jī)。它在1935年11月在"颶風(fēng)"戰(zhàn)斗機(jī)上首次飛行時(shí)，功率達(dá)到708kW；1936年在"噴火"戰(zhàn)斗機(jī)上飛行時(shí)，功率提高到783kW。這兩種飛機(jī)都是第二次世界大戰(zhàn)期間有名的戰(zhàn)斗機(jī)，速度分別達(dá)到624km/h和750km/h。梅林發(fā)動(dòng)機(jī)的功率在戰(zhàn)爭(zhēng)末期達(dá)到1238kW，甚至創(chuàng)造過(guò)1491kW的紀(jì)錄。美國(guó)派克公司按專(zhuān)利生產(chǎn)了梅林發(fā)動(dòng)機(jī)，用于改裝P-51"野馬"戰(zhàn)斗機(jī)，使一種平常的飛機(jī)變成戰(zhàn)時(shí)最優(yōu)秀的戰(zhàn)斗機(jī)。"野馬"戰(zhàn)斗機(jī)采用一種不常見(jiàn)的五葉螺旋槳，安裝梅林發(fā)動(dòng)機(jī)后，最大速度達(dá)到760km/h，飛行高度為15000m。除具有當(dāng)時(shí)最快的速度外，"野馬"戰(zhàn)斗機(jī)的另一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是有驚人的遠(yuǎn)航能力，它可以把盟軍的轟炸機(jī)一直護(hù)送到柏林。到戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束時(shí)，"野馬"戰(zhàn)斗機(jī)在空戰(zhàn)中共擊落敵機(jī)4950架，居歐洲戰(zhàn)場(chǎng)的首位。在遠(yuǎn)東和太平洋戰(zhàn)場(chǎng)上，由于"野馬"戰(zhàn)斗機(jī)的參戰(zhàn)，才結(jié)束了日本"零"式戰(zhàn)斗機(jī)的霸主地位。航空史學(xué)界把"野馬"飛機(jī)看作螺旋槳戰(zhàn)斗機(jī)的頂峰之作。 　　在第二次世界大戰(zhàn)開(kāi)始之后和戰(zhàn)后的最主要的技術(shù)進(jìn)展有直接注油、渦輪組合發(fā)動(dòng)機(jī)和低壓點(diǎn)火。 　　在兩次世界大戰(zhàn)的推動(dòng)下，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提高很快，單機(jī)功率從不到10 kW增加到2500 kW左右，功率重量比從0.11 kW/daN 提高到1.5 kW/daN左右，升功率從每升排量幾千瓦增加到四五十千瓦，耗油率從約0.50 kg/(kW·h)降低到0.23~0.27 kg/(kW·h)。翻修壽命從幾十小時(shí)延長(zhǎng)到2000~3000h。到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，以它為動(dòng)力的螺旋槳飛機(jī)的飛行速度從16km/h提高到近800 km/h，飛行高度達(dá)到15000 m?？梢哉f(shuō)，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)達(dá)到其發(fā)展的頂峰。 　　● 噴氣時(shí)代的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，由于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明而開(kāi)創(chuàng)了噴氣時(shí)代，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)逐步退出主要航空領(lǐng)域，但功率小于370 kW的水平對(duì)缸活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)仍廣泛應(yīng)用在輕型低速飛機(jī)和直升機(jī)上，如行政機(jī)、農(nóng)林機(jī)、勘探機(jī)、體育運(yùn)動(dòng)機(jī)、私人飛機(jī)和各種無(wú)人機(jī)，旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在無(wú)人機(jī)上嶄露頭角，而且美國(guó)NASA還正在發(fā)展用航空煤油的新型二沖程柴油機(jī)供下一代小型通用飛機(jī)使用。 　　美國(guó)NASA已經(jīng)實(shí)施了一項(xiàng)通用航空推進(jìn)計(jì)劃，為未來(lái)安全舒適、操作簡(jiǎn)便和價(jià)格低廉的通用輕型飛機(jī)提供動(dòng)力技術(shù)。這種輕型飛機(jī)大致是4~6座的，飛行速度在365 km/h左右。一個(gè)方案是用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，用它的飛機(jī)稍大，有6個(gè)座位，速度偏高。另一個(gè)方案是用狄塞爾循環(huán)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，用它的飛機(jī)有4個(gè)座位，速度偏低。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求為： 功率為150 kW； 耗油率0.22 kg/(kW·h)； 滿(mǎn)足未來(lái)的排放要求； 制造和維修成本降低一半。到2000年，該計(jì)劃已經(jīng)進(jìn)行了500h以上的發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)，功率達(dá)到130 kW，耗油率0.23 kg/(kW·h)。 　　2、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)期 　　第二個(gè)時(shí)期從第二次設(shè)計(jì)大戰(zhàn)結(jié)束至今。60年來(lái)，航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)取代了活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，開(kāi)創(chuàng)了噴氣時(shí)代，居航空動(dòng)力的主導(dǎo)地位。在技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下（見(jiàn)表1），渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)在不同時(shí)期在不同的飛行領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著各自的作用，使航空器性能跨上一個(gè)又一個(gè)新的臺(tái)階。 　　●渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) 英國(guó)的惠特爾和德國(guó)的奧海因分別在1937年7月14日和1937年9月研制成功離心式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)WU和HeS3B。前者推力為530daN，但1941年5月15日首次試飛的格羅斯特公司E28/39飛機(jī)裝的是其改進(jìn)型W1B，推力為540daN，推重比2.20。后者推力為490daN，推重比1.38，于1939年8月27日率先裝在亨克爾公司的He-178飛機(jī)上試飛成功。這是世界上第一架試飛成功的噴氣式飛機(jī)，開(kāi)創(chuàng)了噴氣推進(jìn)新時(shí)代和航空事業(yè)的新紀(jì)元。 　　世界上第一臺(tái)實(shí)用的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是德國(guó)的尤莫-004，1940年10月開(kāi)始臺(tái)架試車(chē)，1941年12月推力達(dá)到980daN，1942年7月18日裝在梅塞施米特Me-262飛機(jī)上試飛成功。自1944年9月至1945年5月，Me-262共擊落盟軍飛機(jī)613架，自己損失200架（包括非戰(zhàn)斗損失）。英國(guó)的第一種實(shí)用渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是1943年4月羅·羅公司推出的威蘭德，推力為755daN，推重比2.0。該發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)年投入生產(chǎn)后即裝備"流星"戰(zhàn)斗機(jī)，于1944年5月交給英國(guó)空軍使用。該機(jī)曾在英吉利海峽上空成功地?cái)r截了德國(guó)的V-1導(dǎo)彈。 　　戰(zhàn)后，美、蘇、法通過(guò)買(mǎi)專(zhuān)利，或借助從德國(guó)取得的資料和人員，陸續(xù)發(fā)展了本國(guó)第一代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，美國(guó)通用電氣公司的J47軸流式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和蘇聯(lián)克里莫夫設(shè)計(jì)局的RD-45離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的推力都在2650daN左右，推重比為2~3，它們分別在1949年和1948年裝在F-86和米格-15戰(zhàn)斗機(jī)上服役。這兩種飛機(jī)在朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)期間展開(kāi)了你死我活的空戰(zhàn)。 20世紀(jì)50年代初，加力燃燒室的采用使發(fā)動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)能夠大幅度提高推力，為飛機(jī)突破聲障提供足夠的推力。典型的發(fā)動(dòng)機(jī)有美國(guó)的J57和蘇聯(lián)的RD-9B，它們的加力推力分別為7000daN和3250daN，推重比各為3.5和4.5。它們分別裝在超聲速的單發(fā)F-100和雙發(fā)米格-19戰(zhàn)斗機(jī)上。 　　在50年代末和60年代初，各國(guó)研制了適合M2以上飛機(jī)的一批渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，如J79、J75、埃汶、奧林帕斯、阿塔9C、R-11和R-13，推重比已達(dá)5~6。在60年代中期還發(fā)展出用于M3一級(jí)飛機(jī)的J58和R-31渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。到70年代初，用于"協(xié)和"超聲速客機(jī)的奧林帕斯593渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)定型，最大推力達(dá)到17000daN。從此再?zèng)]有重要的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世。 　　渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展是從民用發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始的。世界上第一臺(tái)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是1959年定型的英國(guó)康維，推力為5730daN，用于VC-10、DC-8和波音707客機(jī)。涵道比有0.3和0.6兩種，耗油率比同時(shí)期的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)低10%~20%。1960年，美國(guó)在JT3C渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上改型研制成功JT3D渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，推力超過(guò)7700daN，涵道比1.4，用于波音707和DC-8客機(jī)以及軍用運(yùn)輸機(jī)。 　　以后，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)向低涵道比的軍用加力發(fā)動(dòng)機(jī)和高涵道比的民用發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)方向發(fā)展。在低涵道比軍用加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)方面，20世紀(jì)60年代，英、美在民用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上研制出斯貝-MK202和TF30，分別用于英國(guó)購(gòu)買(mǎi)的"鬼怪"F-4M/K戰(zhàn)斗機(jī)和美國(guó)的F111（后又用于F-14戰(zhàn)斗機(jī)）。它們的推重比與同時(shí)期的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)差不多，但中間耗油率低，使飛機(jī)航程大大增加。在70~80年代，各國(guó)研制出推重比8一級(jí)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，如美國(guó)的F!00、F404、F110，西歐三國(guó)的RB199，前蘇聯(lián)的RD-33和AL-31F。它們裝備目前在一線(xiàn)的第三戰(zhàn)斗機(jī)，如F-15、F-16、F-18、"狂風(fēng)"、米格-29和蘇-27。目前，推重比10一級(jí)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)已研制成功，即將投入服役。它們包括美國(guó)的F-22/F119、西歐的EFA2000/EJ200和法國(guó)的"陣風(fēng)"/M88。其中，F(xiàn)-22/F119具有第四代戰(zhàn)斗機(jī)代表性特征--超聲速巡航、短距起落、超機(jī)動(dòng)性和隱身能力。超聲速垂直起飛短距著陸的JSF動(dòng)力裝置F136正在研制之中，預(yù)計(jì)將于2010~2012年投入服役。 　　自20世紀(jì)70年代第一代推力在20000daN以上的高涵道比（4~6）渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)投入使用以來(lái)，開(kāi)創(chuàng)了大型寬體客機(jī)的新時(shí)代。后來(lái)，又發(fā)展出推力小于20000daN的不同推力級(jí)的高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，廣泛用于各種干線(xiàn)和支線(xiàn)客機(jī)。10000~15000daN推力級(jí)的CFM56系列已生產(chǎn)13000多臺(tái)，并創(chuàng)造了機(jī)上壽命超過(guò)30000h的記錄。民用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)依然投入使用以來(lái)，已使巡航耗油率降低一半，噪聲下降20dB, CO、UHC、NOX分別減少70%、90%、45%。90年代中期裝備波音777投入使用的第二代高涵道比（6~9）渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推力超過(guò)35000daN。其中，通用電氣公司GE90-115B在2003年2月創(chuàng)造了56900daN的發(fā)動(dòng)機(jī)推力世界紀(jì)錄。目前，普·惠公司正在研制新一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)PW8000，這種齒輪傳動(dòng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，推力為11 000~16 000daN，涵道比11，耗油率下降9%。 　　●渦槳/渦軸發(fā)動(dòng)機(jī) 1942年，英國(guó)開(kāi)始研制世界上第一臺(tái)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)曼巴。該機(jī)裝在海軍"塘鵝"艦載反潛飛機(jī)上。以后，英國(guó)、美國(guó)和前蘇聯(lián)陸續(xù)研制出多種渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，如達(dá)特、T56、AI-20和AI-24。這些渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率低，起飛推力大，裝備了一些重要的運(yùn)輸機(jī)和轟炸機(jī)。美國(guó)在1956年服役的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)T56/501，裝于C-130運(yùn)輸機(jī)、P3-C偵察機(jī)和E-2C預(yù)警機(jī)。它的功率范圍為2580～4414 kW ，有多個(gè)軍民用系列，已生產(chǎn)了17000多臺(tái)，出口到50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，是世界上生產(chǎn)數(shù)量最多的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)之一，至今還在生產(chǎn)。前蘇聯(lián)的HK-12M的最達(dá)功率達(dá)11000kW,用于圖-20"熊"式轟炸機(jī)、安-22軍用運(yùn)輸機(jī)和圖-114民用運(yùn)輸機(jī)。終因螺旋槳在吸收功率、尺寸和飛行速度方面的限制，在大型飛機(jī)上渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)逐步被渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)所取代，但在中小型運(yùn)輸機(jī)和通用飛機(jī)上仍有一席之地。其中加拿大普·惠公司的PT6A發(fā)動(dòng)機(jī)是典型代表，40年來(lái)，這個(gè)功率范圍為350~1100kW的發(fā)動(dòng)機(jī)系列已發(fā)展出30多個(gè)改型，用于144個(gè)國(guó)家的近百種飛機(jī)，共生產(chǎn)了30000多臺(tái)。美國(guó)在90年代在T56和T406的基礎(chǔ)上研制出新一代高速支線(xiàn)飛機(jī)用的AE2100是當(dāng)前最先進(jìn)的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，功率范圍為2983～5966 kW，其起飛耗油率特低，為0.249 kg/（kW·h）。 　　最近西歐四國(guó)決定為歐洲中型軍用運(yùn)輸機(jī)A400M研制TP400渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)以法國(guó)的M88的核心機(jī)為基礎(chǔ)，功率為7460kW,計(jì)劃于2008年定型。 　　在20世紀(jì)80年代后期，掀起了一陣性能上介于渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)之間的槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)熱。一些著名的發(fā)動(dòng)機(jī)公司都在不同程度上進(jìn)行了預(yù)計(jì)和試驗(yàn)，其中通用電氣公司的無(wú)涵道風(fēng)扇（UDF）GE36曾進(jìn)行了飛行試驗(yàn)。由于種種原因，只有俄羅斯和烏克蘭的安-70/D-27進(jìn)入工程研制并計(jì)劃批生產(chǎn)裝備部隊(duì)。但因飛機(jī)技術(shù)老化、發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲不符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)中發(fā)生的問(wèn)題較多，最近俄烏雙方作出放棄裝備該機(jī)的決定。 　　從1950年法國(guó)透博梅卡公司研制出206 kW的阿都斯特Ⅰ型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)并裝備美國(guó)的S52-5直升機(jī)上首飛成功以后，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)在直升機(jī)領(lǐng)域逐步取代活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)而成為最主要的動(dòng)力形式。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)已成功低發(fā)展出四代，功重比已從2kW/daN提高到6.8~7.1 kW/daN。第三代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)是20世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)，80年代投產(chǎn)的產(chǎn)品。主要代表機(jī)型有馬基拉、T700-GE-701A和TV3-117VM，裝備AS322"超美洲豹"、UH-60A、AH-64A、米-24和卡-52。第四代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)是20世紀(jì)80年代末90年代初開(kāi)始研制的新一代發(fā)動(dòng)機(jī),代表機(jī)型有英、法聯(lián)合研制的RTM322、美國(guó)的T800-LHT-800、德法英聯(lián)合研制的MTR390和俄羅斯的TVD1500，用于NH-90、EH-101、WAH-64、RAH-66"科曼奇"、PAH-2/HAP/HAC"虎"和卡-52。世界上最大的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)是烏克蘭的D-136，起飛功率為7500 kW,裝兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的米-26直升機(jī)可運(yùn)載20 t的貨物。以T406渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)V-22突破常規(guī)旋翼機(jī)400 km/h的飛行速度上限，一下子提高到638 km/h。 　　目前，美國(guó)正準(zhǔn)備利陸軍計(jì)劃利用高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)（IHPTET）計(jì)劃第一階段和第二階段的成果發(fā)展用于UH-60A"黑鷹"/AH-64A"阿帕奇"改進(jìn)型的動(dòng)力--共用發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目(CEP)。CEP的目標(biāo)是耗油率減少25~30%，功重比提高60%，采購(gòu)成本和維護(hù)成本最小減少20%，使直升機(jī)的航程增加60%或載荷增加70%，同時(shí)減少后勤服務(wù)和維護(hù)的負(fù)擔(dān)。CEP項(xiàng)目的生產(chǎn)型發(fā)動(dòng)機(jī)的功率限制在2240kW 。 　　為滿(mǎn)足未來(lái)運(yùn)輸旋翼機(jī)（FTR）的動(dòng)力需求，2004財(cái)年將開(kāi)始一個(gè)利用IHPTET第二階段和第三階段技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證計(jì)劃。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為7460kW，其工程和制造研制（EMD）將于2008到2010財(cái)年進(jìn)行。預(yù)計(jì)FTR與現(xiàn)在的重型運(yùn)輸直升機(jī)相比,可使航程增加三倍，或載荷增加一倍。 　　航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世以后的60年來(lái)在技術(shù)上取得的重大進(jìn)步可用下列數(shù)字表明： 　　服役的戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)推重比從2提高到7~9，已經(jīng)定型并即將投入使用的達(dá)9~10。民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的最大推力已超過(guò)50000 daN，巡航耗油率從50年代渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)1.0 kg/(daN·h)下降到0.55 kg/(daN·h), 噪聲已下降20dB，CO、UHC和NOx分別下降70%、90%和45%。 　　服役的直升機(jī)用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的功重比從2kW/daN提高到4.6~6.1 kW/daN，已經(jīng)定型并即將投入使用的達(dá)6.8~7.1 kW/daN。 　　發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和耐久性倍增，軍用發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車(chē)率一般為0.2~0.4/1 000發(fā)動(dòng)機(jī)飛行小時(shí)，民用發(fā)動(dòng)機(jī)為0.002~0.02/1 000發(fā)動(dòng)機(jī)飛行小時(shí)。戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)定型要求通過(guò)4300~6000TAC循環(huán)試驗(yàn)，相當(dāng)于平時(shí)使用10多年，熱端零件壽命達(dá)到2 000h；民用發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件壽命，為7000~10000 h，整機(jī)的機(jī)上壽命達(dá)到15000~20 000 h，也相當(dāng)使用10年左右。 　　總之，60年來(lái)航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，為各種航空器的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)，其中包M3一級(jí)的戰(zhàn)斗/偵察機(jī)，具有超聲速巡航、隱身、短距起落和超機(jī)動(dòng)能力的戰(zhàn)斗機(jī)、亞聲速垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)、滿(mǎn)足180min 雙發(fā)干線(xiàn)客機(jī)延長(zhǎng)航程（ETOPS）要求的寬體客機(jī)、有效載重大20t的巨型直升機(jī)和速度超過(guò)600km/h的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。同時(shí)，還為各種航空改型輕型地面燃?xì)廨啓C(jī)打下基礎(chǔ)。 　　三、展望未來(lái) 　　發(fā)動(dòng)機(jī)研究和發(fā)展工作的特點(diǎn)是技術(shù)難度大、耗資多、周期長(zhǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)飛機(jī)的性能以及飛機(jī)研制的成敗和進(jìn)度有著決定性的影響，而且發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)具有良好的軍民兩用特性，對(duì)國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重要意義。因此，世界上幾個(gè)能獨(dú)立研制先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)家無(wú)不將優(yōu)先發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為國(guó)策，將發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)列為國(guó)家和國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)，給予大量的投資，保證發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)獨(dú)立地領(lǐng)先發(fā)展，并嚴(yán)格禁止關(guān)鍵技術(shù)出口。一些航空發(fā)動(dòng)機(jī)后起工業(yè)國(guó)家也已制訂了重大的技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，試圖建立獨(dú)立研制或參與國(guó)際合作研制先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的能力。為滿(mǎn)足21世紀(jì)各種航空器發(fā)展的要求，航空發(fā)達(dá)國(guó)家從上世紀(jì)80年代末開(kāi)始實(shí)施新的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，其目標(biāo)是到2005～2008年掌握使發(fā)動(dòng)機(jī)能力翻番的技術(shù)。所取得的階段成果已經(jīng)成功地用于一些在役發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)改型和新型號(hào)研制，目前正處于最終目標(biāo)的驗(yàn)證階段。鑒于計(jì)劃的成功實(shí)施和發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)航空發(fā)展產(chǎn)生的重要作用，有的國(guó)家已經(jīng)擬訂了進(jìn)一步的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃。新計(jì)劃在繼續(xù)提高能力的同時(shí)更強(qiáng)調(diào)降低成本，其目標(biāo)是從2006年到2015年使以發(fā)動(dòng)機(jī)能力（推重比/耗油率）與全壽命期成本之比來(lái)度量的經(jīng)濟(jì)承受性提高到10倍。在高超聲速推進(jìn)方面，重點(diǎn)發(fā)展超聲速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和脈沖爆震波發(fā)動(dòng)機(jī)，近期目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)M 4～8的導(dǎo)彈推進(jìn)系統(tǒng)，遠(yuǎn)期目標(biāo)是發(fā)展供高超聲速有人駕駛飛機(jī)、跨大氣層飛行器和低成本可重復(fù)使用的天地間往返運(yùn)輸系統(tǒng)的組合動(dòng)力系統(tǒng)。其他一些新概念發(fā)動(dòng)機(jī)和新能源發(fā)動(dòng)機(jī)也在探索之中,如以微機(jī)電技術(shù)為基礎(chǔ)的微型無(wú)人機(jī)用超微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和多電發(fā)動(dòng)機(jī),以及液氫燃料、燃料電池、太陽(yáng)能和微波能等新能源動(dòng)力。 　　1、綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)計(jì)劃 　　1988年，美國(guó)空軍首先發(fā)起制訂并實(shí)施高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)（IHPTET）計(jì)劃，空軍、海軍、陸軍、國(guó)防部預(yù)研局、NASA和七家主要發(fā)動(dòng)機(jī)制造商都參與了這項(xiàng)計(jì)劃。計(jì)劃總的目標(biāo)是到2005年使航空推進(jìn)系統(tǒng)能力翻一番，即推重比或功率重量比增加100%~120%，耗油率下降15%~30%。也就是說(shuō)，要用15~20年時(shí)間取得過(guò)去30~40年取得的成就，生產(chǎn)和維修成本降低35%~60%。可以說(shuō)，航空推進(jìn)技術(shù)正呈現(xiàn)出一種加速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。 　　在歐洲，以英國(guó)為主，意大利和德國(guó)參與共同實(shí)施了先進(jìn)核心軍用發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃的第二階段（ACME-Ⅱ），英國(guó)和法國(guó)又聯(lián)合實(shí)施了先進(jìn)軍用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)（AMET）計(jì)劃。ACME-Ⅱ的目標(biāo)是在2005~2008年驗(yàn)證推重比18~20、耗油率降低15%~30%、制造成本低30%和壽命期費(fèi)用低25%的技術(shù)。俄羅斯也有類(lèi)似的計(jì)劃，其目標(biāo)是在2010~2015年驗(yàn)證的技術(shù)，與俄羅斯的第五代發(fā)動(dòng)機(jī)相比，重量減輕30~50%，耗油率減少15~30%，可靠性提高60%~80%，維修工作量減少50%~65%。 　　這里著重介紹美國(guó)的IHPTET計(jì)劃，它采取變革性的技術(shù)途徑，綜合運(yùn)用發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)熱力學(xué)、材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制方面突破性的成就，大大提高渦輪前溫度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減輕重量，實(shí)現(xiàn)最佳性能控制，最終達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。計(jì)劃總投資50億美元，以1995、2000和2005財(cái)年分為三個(gè)階段，分別達(dá)到總目標(biāo)的30%、60%和100%。目前，第二階段的任務(wù)已經(jīng)完成，第三階段計(jì)劃正在實(shí)施，并已進(jìn)入核心機(jī)的驗(yàn)證機(jī)試驗(yàn)階段。下面將以渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)為例說(shuō)明其進(jìn)展。 　　●第一階段? 軍方選普拉特·惠特尼公司為主承包商，通用電氣公司為備選承包商。以普拉特·惠特尼公司的XTE65/2驗(yàn)證機(jī)為代表，在1994年9月的試驗(yàn)中已經(jīng)達(dá)到并超過(guò)了第一階段的目標(biāo)--推重比增加30%，渦輪進(jìn)口溫度比現(xiàn)有先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)高222℃，超過(guò)目標(biāo)55℃。在它上面驗(yàn)證的主要新技術(shù)有：小展弦比后掠風(fēng)扇、Alloy C阻燃鈦合金壓氣機(jī)材料、雙合金壓氣機(jī)盤(pán)、刷子封嚴(yán)、陶瓷復(fù)合材料火焰筒浮壁、"超冷"渦輪葉片和球形收斂調(diào)節(jié)片矢量噴管（SCFN，原定的第二階段目標(biāo)）。 　　●第二階段? 軍方選通用電氣公司/艾利遜預(yù)研公司聯(lián)合組為主承包商，普拉特·惠特尼公司為備選承包商，以確保一家承包商失敗時(shí)，技術(shù)仍能得到發(fā)展。艾利遜預(yù)研公司于1991年底和1994年6月分別試驗(yàn)了針對(duì)IHPTET計(jì)劃第二階段目標(biāo)的XTC16/1A 和XTC16/1B核心機(jī)，提前4年達(dá)到第二階段核心機(jī)目標(biāo)。在這兩臺(tái)核心機(jī)上驗(yàn)證的新技術(shù)主要有：壓氣機(jī)整體葉環(huán)結(jié)構(gòu)、Lamilloy"鑄冷"渦輪葉片、渦輪整體葉盤(pán)、耐溫700~800°C的γ鈦鋁合金、周向分級(jí)燃燒室和陶瓷軸承。 　　通用電氣公司/艾利遜預(yù)研公司聯(lián)合組在1995～1996年試驗(yàn)了一種合作的變循環(huán)核心機(jī)XTC76/2。該核心機(jī)有5級(jí)壓氣機(jī)和1級(jí)渦輪。于1998年開(kāi)始試驗(yàn)在XTC76/2核心機(jī)的基礎(chǔ)上組成的變循環(huán)驗(yàn)證機(jī)，該驗(yàn)證機(jī)上采用的新技術(shù)還有：先進(jìn)的2級(jí)彎掠風(fēng)扇、無(wú)級(jí)間導(dǎo)向器對(duì)轉(zhuǎn)渦輪、金屬基復(fù)合材料低壓渦輪軸和鎳鋁合金渦輪部件。 　　普·惠公司在1999年也試驗(yàn)了下一代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)PW7000的初始原型，XTE-66，屬于第二階段技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，其推重比將比F119提高50%，達(dá)15~16。IHPTET計(jì)劃第二階段的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)可以在不帶加力的條件下達(dá)到F100-229和F110-129的帶加力單位推力，它與F100-229相比有以下改進(jìn)：轉(zhuǎn)子級(jí)數(shù)減少5~6級(jí)；長(zhǎng)度縮短40%；推重比從8提高到16； 　　典型任務(wù)油耗下降1/3；成本降低20%~30%；改進(jìn)隱身能力。 　　●第三階段 第三階段已經(jīng)通過(guò)了應(yīng)用基礎(chǔ)研究和部件研究階段，在氣動(dòng)熱力、結(jié)構(gòu)和材料方面已經(jīng)取得了階段性成果，在2001年和2002年分別進(jìn)入核心機(jī)和驗(yàn)證機(jī)驗(yàn)證。待驗(yàn)證的技術(shù)有：帶核心驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇級(jí)的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、壓比相當(dāng)于F100-200發(fā)動(dòng)機(jī)3級(jí)風(fēng)扇的單級(jí)分隔式葉片風(fēng)扇、高級(jí)壓比的金屬基復(fù)合材料整體葉環(huán)結(jié)構(gòu)的高壓壓氣機(jī)（4級(jí)達(dá)到F100發(fā)動(dòng)機(jī)10級(jí)的壓比）、鈦鋁壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子葉片、駐渦穩(wěn)定燃燒室、燃燒室主動(dòng)溫度場(chǎng)控制、陶瓷基復(fù)合材料火焰筒、陶瓷基復(fù)合材料渦輪導(dǎo)向葉片、無(wú)導(dǎo)向器葉片的對(duì)轉(zhuǎn)低壓渦輪、雙輻板渦輪盤(pán)、旋流加力燃燒室、流體控制矢量噴管（可分別降低重量和成本60%和25%）、磁性軸承、氣膜軸承、內(nèi)裝式整體起動(dòng)/發(fā)電機(jī)和模型基分布式主動(dòng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)。 　　IHPTET計(jì)劃實(shí)施以來(lái)，其成果已應(yīng)用到許多軍民用發(fā)動(dòng)機(jī)的新型號(hào)研制和現(xiàn)有型號(hào)的改進(jìn)改型上。在民用發(fā)動(dòng)機(jī)方面有GE90、PW4084、CFM56-7、AE3007和FJ44, 在軍用發(fā)動(dòng)機(jī)方面有F117、F118、F119、F135、F136、F404、F414、F100和F110。 　　2、通用、經(jīng)濟(jì)可承受的先進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃 　　由于IHPTET計(jì)劃在取得空中優(yōu)勢(shì)和商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)中的重要作用和已經(jīng)取得的巨大成功，美國(guó)準(zhǔn)備從2006年開(kāi)始實(shí)施IHPTET計(jì)劃的后繼計(jì)劃--VAATE計(jì)劃，其指導(dǎo)思想是在提高性能的同時(shí)，更加強(qiáng)調(diào)降低成本。VAATE的總目標(biāo)是，在2017年達(dá)到的技術(shù)水平使經(jīng)濟(jì)可承受性提高到F119發(fā)動(dòng)機(jī)的10倍。技術(shù)驗(yàn)證將分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段到2010年，使經(jīng)濟(jì)可承受性提高到6倍；第二階段到2017年使經(jīng)濟(jì)可承受性提高到10倍。 　　推進(jìn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可承受性的定義為能力與壽命期成本之比，其中能力為推重比與中間狀態(tài)耗油率的函數(shù)。 　　VAATE計(jì)劃的服務(wù)對(duì)象不僅包括有人駕駛航空器的發(fā)動(dòng)機(jī)，而且還涉及無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)以及船用和地面燃?xì)廨啓C(jī)。與IHPTET計(jì)劃一樣，VAATE計(jì)劃仍由國(guó)防部主持，NASA、能源部和六家發(fā)動(dòng)機(jī)制造商參與。其投資水平也與IHPTET計(jì)劃相當(dāng)，每