文/尹俊杰

（銀河執(zhí)法者 圖自網絡）

（“米蘭號”圖自網絡）

在各類有著燃燃戰(zhàn)爭場面的科幻電影里，除了巨型宇宙飛船，外形酷炫、戰(zhàn)斗力爆表的小型戰(zhàn)機或者飛行器也是幻迷關注的搶眼亮點。《黑衣人：全球追緝》中，黑衣人只需要按動一下按鈕，一輛跑車就可以變身為銀河執(zhí)法者噴氣式飛機。《X戰(zhàn)警》的“黑鳥”，《銀河護衛(wèi)隊》的“米蘭號”也能瞬間引發(fā)幻迷們的尖叫。現(xiàn)實中，我國研發(fā)的殲-20、殲-11B也是天空中速度與激情的代表。其實，無論幻想與現(xiàn)實，對于一臺能打耐造的戰(zhàn)機來說，好的動力裝置是不可或缺的——那就是飛機的心臟，航空發(fā)動機。

僅僅只是牛頓第三定律？

要讓一架飛機升起來，需要對飛機提供自下而上的浮升力以抵抗重力。不過浮升力是機翼要干的活，與航空發(fā)動機無關。航空發(fā)動機用于提供推力，以驅使飛機向前進。航空發(fā)動機的原理其實顯而易見：對于活塞式發(fā)動機，通過內燃機四沖程的運行，螺旋槳的葉片被帶動旋轉，使空氣加速向后流動，而空氣的流動又反過來給飛機一個作用力，因此飛機被“推”著往前走；對于渦輪噴氣式發(fā)動機，空氣經過加壓后與燃油混合燃燒，并以燃氣的形式噴射出來，它也同樣對飛機產生一個向前的推力。所以，氣體的反作用力就是飛機能夠向前飛的原因，換個說法，就是牛頓第三定律。

你沒聽錯，就是這么簡單。

當然，話還沒有說完。我們的目標并不僅僅是讓一架飛機飛起來，而是能讓它飛得更快、更高，讓它載重量更大。

從萊特兄弟到F-35——航空發(fā)動機的演變

自1903年12月17日萊特兄弟把那臺四缸直列式水冷發(fā)動機裝在他們的飛機上并完成了世界上第一場飛行后，人類正是開啟了對航空發(fā)動機探索的大門。

（萊特兄弟 圖自網絡）

第二次世界大戰(zhàn)期間，活塞式發(fā)動機得到廣泛的發(fā)展和應用。戰(zhàn)爭的雙方都竭盡全力地改進自己的發(fā)動機——對于一架優(yōu)良的戰(zhàn)斗機來講，提升空中格斗能力最重要的部分當然是提升發(fā)動機性能。當時最具代表性的發(fā)動機無異于普惠公司的“雙黃蜂”R-1830以及英國的“梅林”V-12，前者是美軍近兩萬架B-24轟炸機的動力裝置，后者則廣泛用于“颶風”、“噴火”“野馬”等大名鼎鼎的戰(zhàn)斗機。

（P-51“野馬”戰(zhàn)斗機 圖自網絡）

隨后，燃氣渦輪發(fā)動機的誕生宣布了活塞式發(fā)動機的死刑。早在上世紀30年代，英國的懷特少校就已經成功研制出了渦輪噴氣式發(fā)動機，而同時期的德國甚至已經成功完成了世界上第一架噴氣式飛機的首飛。從上世紀40年代開始，燃氣渦輪發(fā)動機開始了迅猛的發(fā)展歷程。在70余年的發(fā)展中，戰(zhàn)斗機發(fā)動機的推重比已經從2提升至7～9，對于更加先進的第四代航空發(fā)動機，推重比甚至達到了10甚至更高。

說到航空發(fā)動機，我們就不得不提起航空發(fā)動機發(fā)展史的傳奇：CFM-56發(fā)動機。它幾乎占據(jù)了民用航發(fā)能有的所有優(yōu)點：造價低、耗油率低、工作運行可靠、維修性強。正因如此，世界上許多的飛機都裝備著CFM-56系列發(fā)動機。

（CFM56-7發(fā)動機剖面圖 圖自網絡）

（波音737客機，該型號飛機裝備了CFM56-3發(fā)動機 圖自網絡）

航空發(fā)動機的未來——用什么來終結F-22？

在這個瞬息萬變的時代，空軍已經成為戰(zhàn)場的決定性因素之一。航空發(fā)動機作為飛機的心臟，可謂當仁不讓。從某些角度來講，航發(fā)是決定戰(zhàn)斗機作戰(zhàn)能力的要素之一。研發(fā)先進的航空發(fā)動機，對一個國家保持軍事、技術、商業(yè)優(yōu)勢發(fā)揮了重要作用。

F-22是世界上最先進的戰(zhàn)斗機，同樣，F(xiàn)-119也是世界上最先進的軍用發(fā)動機。目前世界上還有許多大國也當仁不讓，爭先研制第四代航空發(fā)動機，包括普惠公司的F-135發(fā)動機（它是F-35戰(zhàn)斗機的動力裝置），俄羅斯Su-57戰(zhàn)斗機的AL-41F發(fā)動機，以及我國J-20B戰(zhàn)斗機擬定裝配的WS-15“峨眉”發(fā)動機。

（Su-57戰(zhàn)斗機 圖自網絡）

在如今渦輪風扇式噴氣發(fā)動機制霸的時代，傳統(tǒng)改良發(fā)動機性能，只是簡單地“換湯”，能否真正實現(xiàn)突破，需要的是研發(fā)工作原理截然不同的“換藥”形式的發(fā)動機。

現(xiàn)在新概念發(fā)動機主要以空氣噴氣式發(fā)動機為主。

最有可能成為我們下一代航空發(fā)動機的，是變循環(huán)發(fā)動機（就是我們所說的VCE和ACE）。一架飛機在飛行過程中會面臨許多不同類型的工作狀況，比如起飛、亞音速巡航、戰(zhàn)斗機的空中格斗、開啟加力燃燒狀態(tài)追擊敵機，以及海洋、高原、沙漠等等不同地域，加之雨雪等等天氣影響，變循環(huán)發(fā)動機是指在一臺發(fā)動機上，通過改變發(fā)動機的一些部件的幾何形狀、尺寸或者位置，來達到不同工況下的工作循環(huán)。

（YF22、YF23戰(zhàn)斗機與YF120變循環(huán)發(fā)動機，它是世界上第一種經飛行驗證的戰(zhàn)斗機用變循環(huán)發(fā)動機 圖自網絡）

另外，脈沖爆震和超燃沖壓發(fā)動機也是一種全新概念的發(fā)動機。前者以脈沖式、周期性爆震波所產生的高溫高壓燃氣來產生推力。后者在科幻小說《盲視》中也有過它的登場——“貝茨從感控中心中抓出一幅圖，在前端將某些部分高亮顯示，后端隨即得出了結論：‘超音速沖壓噴射裝置?！痹谒娜紵覂?，空氣與燃料的混合燃燒是在超聲速氣流中進行的。在未來，它不僅可以用于高馬赫數(shù)的飛行器，也許還將成為導彈的動力裝置。

（看起來好奇怪的脈沖爆震發(fā)動機 圖自網絡）

（NASA所研發(fā)的X-43A飛行器，裝備了超燃沖壓發(fā)動機，是人類所建造出來的速度最快的飛行器 圖自網絡）

此外，盡管我們不認為在未來幾十年不會出現(xiàn)某種發(fā)動機直接KO掉燃氣渦輪發(fā)動機，但是我們依然在開展對其他動力來源的航空發(fā)動機研究，代表就是電推進技術。

顧名思義，這種技術說的就是通過飛機上安裝的電池提供能量，帶動機翼上的螺旋槳旋轉或者使用高電壓產生離子風，利用離子風驅動飛機飛行。但目前這項技術還存在很多瓶頸有待突破。比如：電池容量、電動機的使用、安裝位置，電動機的功率要求、效率要求，電動機的散熱等。

（NASA分布式電推進飛機X-57概念圖 圖自網絡）

結語

人類是大地的孩子，但人類終將走出大地，飛向藍天。航空發(fā)動機不僅僅是一個體現(xiàn)牛頓第三定律本質的機械裝置，它更代表了人類渴望天空的心。雖然，對抗的本能使航空發(fā)動機依然作為一項重要的軍事武器而得以發(fā)展，但它依然是集成人類各領域科學技術的結晶。

未來的人們也許會懷念我們這個使用渦輪發(fā)動機的時代，就像我們懷念當年只有火車的時代一樣。時代是在進步的，科學是在進步的，但永遠不變的是我們的好奇心。為了更高、更快、更重的目標，我們從不會停下探知的步伐。

當然，終有一天，人類終將像如今研發(fā)航空發(fā)動機一樣為太空探索注入資金，因為——

我們的征途是星辰大海。

（我們的征途是星辰大海 圖自網絡）