在现代航空领域，航空发动机无疑占据着举足轻重的地位，它宛如航空器的“心脏”，为飞机的飞行提供着核心动力。其重要性不仅体现在对飞机性能、可靠性及经济性的直接影响上，更是一个国家科技、工业和国防实力的重要象征。目前，我国已经构建起了完整的航空发动机产业链，这标志着我国在航空发动机领域取得了重大的突破和进展。 当下，我国在航空发动机领域成绩斐然，已拥有一套完整的产业链。要知道，航空发动机作为飞机的核心部件，其重要性不言而喻，约占飞机整机价值量的 20% - 30%。它的设计研发水平以及制造工艺，都对飞机的性能和可靠性起着决定性的作用。当前市面上的航空发动机主要有涡喷、涡扇、涡桨、涡轴发动机这几种类型。其中，涡扇发动机凭借着高效率、低油耗的显著优势，成为了当前大多数客机以及军机的主要动力来源。航空发动机的全生命周期主要涵盖研发、制造、维护这三个关键阶段。由于它是飞机动力的直接提供者，所以在设计、研发、制造以及工艺等各个方面，都需要顶尖的科学技术作为支撑。它不仅直接影响着飞机的性能、可靠性和经济性，其发展水平更是衡量一个国家科技、工业和国防实力的重要指标。 按照工作原理的差异，航空发动机可以划分为活塞式和喷气式。在早期，飞机几乎都采用活塞式发动机，但由于其功率存在限制，仅适用于低速飞行。从 20 世纪 40 年代开始，喷气式发动机逐渐成为了飞机的主要动力选择。喷气式发动机依据有无压气机，又主要分为涡轮发动机和冲压发动机，而涡轮发动机目前是航空发动机领域的核心类型。 涡扇发动机凭借其高效率、低油耗的特点，成为了目前主流的应用类型。航空用燃气涡轮发动机主要包括涡喷、涡扇、涡桨、涡轴发动机这几种。不同的设计速度和油耗特性，决定了它们各自不同的应用场景。涡喷发动机虽然速度较高，但油耗也高，经济性较差，因此逐渐被涡扇发动机所取代，目前主要应用于部分尚未退役的军用二代战机。涡扇发动机则以其高速度、中等油耗的优势，成为了现在大多数客机和军机的主要动力。涡桨发动机具有油耗低、推力较大的优点，但飞行速度受到一定限制，多用于低速运输机、轻型飞机以及加油机等。涡轴发动机功率大、易于起动，主要作为直升机的动力来源。

一、航空发动机是航空器的“心脏”

航空发动机作为为航空器提供飞行所需动力的关键装置，被誉为航空器的“心脏”。它是飞机动力的直接源头，其设计、研发、制造以及工艺等各个环节，都需要顶尖的科学技术水平。它直接影响着飞机的性能、可靠性以及经济性，在现代工业领域中占据着至关重要的地位，被赞誉为现代工业“皇冠上的明珠”。其发展水平更是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。目前，在世界范围内，能够独立研制高性能军用航空发动机的国家仅有美、俄、英、中等少数几个国家。在民用领域，更是由美、英两国形成了垄断局面，这充分说明了该领域技术工艺门槛之高。 航空发动机在飞机整机价值量中占据着相当高的比例，约为 20% - 30%。作为飞机最为核心的部件，其性能直接关乎飞机的服役表现和可靠性。而且，航空发动机的工作环境极为严苛，内部结构十分复杂，这就对其设计制造提出了极高的要求。诸多因素共同导致了航空发动机的制造成本高昂、价值量巨大。一般来说，航空发动机制造成本约占整机制造价值的 20 - 30%，仅次于飞机机体结构。并且，机型越小，发动机价值占比越高；机型越大，发动机价值占比相对越低。

二、航空发动机分类

航空发动机通常由压气机、燃烧室、涡轮、排气装置等多个系统构成。压气机位于航空发动机进气道的后方，其主要功能是吸收并压缩空气，从而提升气体压力。燃烧室处于压气机的后端、涡轮的前端，是发动机中提高燃气温度的关键装置。从燃烧室流出的高温、高压燃气会流入涡轮进行膨胀做功。涡轮是航空发动机的重要动力来源，它处于航空发动机中工作温度最高、转速最快的部位。从涡轮中喷出的高温高压燃气，会在尾喷管中继续膨胀，然后以高速从喷口向后排出，从而使航空发动机获得推力。此外，由压气机、燃烧室以及驱动压气机的高压涡轮组成的装置，用于提供高温高压燃气，被称为燃气发生器，它是发动机的核心部分，决定了发动机的整体性能，因此也被称作核心机。 航空发动机从结构上可以分为活塞式和喷气式两种类型。喷气式发动机按是否有压气机，主要分为燃气涡轮发动机和冲压式发动机。早期的飞机和直升机几乎都采用活塞式发动机，但由于其功率有限，仅适用于低速飞行。自 20 世纪 40 年代以来，涡轮发动机逐渐成为现代飞机和直升机的主要动力。冲压式发动机构造简单、重量轻、推重比大、成本低，具有较好的经济性。然而，它不能在静止的条件下自行起动，需要借助其他发动机作为助推器，只有当飞机达到一定飞行速度后才能有效工作。这种不能自行起动的特性限制了它在航空器上的应用，目前仅应用于导弹和在空中发射的靶弹上。本文主要聚焦于航空燃气涡轮发动机进行讨论。

三、涡扇发动机高效率低油耗，是当前主流应用类型

航空燃气涡轮发动机主要包括涡喷、涡扇、涡桨、涡轴发动机这几种。发动机对飞机性能的影响十分显著，不同的设计速度和油耗特性决定了它们各自不同的应用场景。涡喷发动机虽然速度较高，但油耗也高，经济性较差，已经逐渐被涡扇发动机所取代，目前主要用于部分尚未退役的军用二代战机。涡扇发动机以其高速度、中等油耗的特点，成为了现在大多数客机和军机的主要动力类型。涡桨发动机的最大速度相对较小、油耗偏低，主要适用于时速小于 800 千米的飞机，多用于低速运输机、轻型飞机以及加油机等。涡轴发动机则主要作为直升机的动力来源。 涡喷发动机由于油耗较高，已经逐渐被涡扇发动机所替代。涡喷发动机的动力来源于尾喷管喷出的高温高压气体。它由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室、尾喷管、附件传动装置与附属系统等多个部分组成。其工作原理是：空气由进气道流入，经过压力机升压后，为燃烧室提供高压空气。燃烧室将高压空气与燃料混合并进行燃烧，将其转化为热能，用于涡轮进行膨胀做功。最后，由尾喷管直接喷出，为飞机提供所需的推力。 双转子轴流式是涡喷发动机最为常见的类型。涡喷发动机按照压气机的不同，可以分为离心式和轴流式。其中，离心式为侧向进气，轴流式为轴向进气。由于轴流式发动机效率较高、增压比较大，所以当前推力较大的涡喷发动机均采用轴流式。根据转子的不同，轴流式又可分为单转子（单轴）和双转子（双轴）两种类型。单转子结构内部构成较为简单，造价成本较低，但压缩效率有限，且耗油率高，目前只有法国“幻影”战斗机所用的 M53 发动机采用这种结构。而双转子结构具有增压比高、效率高、加速性好等优势，除早期外，当前绝大多数涡轮喷气发动机都是双转子发动机。 涡喷发动机油耗高、经济性较差，目前已逐步被涡扇发动机替代，主要应用于部分尚未退役的军用二代战机。涡喷发动机的适航范围非常广泛，无论是低空亚音速飞行，还是高空超音速飞行，它都能够胜任。而且，在高速飞行时，由于喷气速度高，所以其高空高速性能良好，适合长时间高速飞行的飞行器。然而，由于涡喷发动机在产生推力的同时，会有大量高温燃气高速排出发动机，导致大量能量损失，因此其耗油相对较高，经济性较差。目前，它已逐渐被涡扇发动机所取代，仅在部分尚未退役的二代战斗机、中高空无人机、靶机等领域有所应用，在民用领域已基本被淘汰。

四、涡扇发动机推进效率较高，是当前主流发展方向

涡扇发动机的动力主要来源于风扇推力以及高温高压气体向外喷出，其推进效率较高。从结构上来看，涡喷发动机主要由压气机、燃烧室和涡轮组成，而涡扇发动机则由风扇、外涵道、压气机、燃烧室和涡轮组成。可以说，涡扇发动机相当于在涡喷发动机的基础上，增加了风扇及其外涵道的部分。根据推进效率的计算公式，当出口速度无限趋近进口速度时，推进效率无限趋近于 100%。涡扇发动机所具有的风扇和外涵道结构，可以降低发动机的出口速度，并利用这部分动能使外涵空气加速，因此涡扇发动机具有更高的推进效率，其耗油率一般为涡喷发动机的 67%。 涵道比（Bypass ratio ，简称 BPR ）指的是外涵道与内涵道空气流量之比，也被称为流量比，它是影响涡扇发动机性能的一个重要参数。涵道比小于 2 - 3 的被称为低涵道比涡轮风扇发动机，高于 4 - 5 的则称为高涵道比涡轮风扇发动机。高涵道比涡轮风扇发动机具有排气速度低、推进效率高、经济性好等优点，适用于大型远程旅客机和运输机。同时，由于其迎风面积大，不宜于作超声速飞行，所以一般战斗机用的加力涡轮风扇发动机的涵道比通常小于 1.0。 小涵道比涡扇发动机具有低油耗、高速度的特点，主要应用于军用战斗机。小涵道比的发动机引擎，大部分动力来自驱动核心机的内进气道尾气，通常采用混合喷嘴，该喷嘴可以变形以调整推力的大小甚至方向。而且，高温的尾气经低温的外进气道气流降温后，有利于降低引擎的红外特征。小涵道比涡扇发动机可用于超音速飞行，起飞推力大，巡航油耗低，加力比可达 1.6 - 2.0，能够显著提升飞机性能，主要应用于中高速飞机。当前，发达国家装备的主战斗机均以小涵道比涡扇发动机为主。 大涵道比涡扇发动机具有低油耗、长续航的优势，主要应用于军用运输机和民航客机。涵道比高的引擎，大部分动力来自由风扇加速的外进气道空气，外进气道往往较短，内进气道的尾气不与外进气道气流混合，而是由喷嘴单独排出。高涵道比引擎在次音速时具有非常好的能效，可以有效延长飞行续航，满足军民用运输机与宽体客机长途飞行的需求。在民机领域，由于其噪声低、续航强的特点，自 20 世纪 60 年代后，大涵道比涡扇发动机广泛应用于新型旅客机，形成了民航客机“风扇化”的浪潮，像波音 747 等飞机都采用了这种发动机。在军机领域，它可以满足军用运输机远程运输的需求，例如 C - 5 银河运输机等。

五、涡桨发动机推力大但速度受限，现多用于中小型飞机

涡桨发动机具有重量轻、耗油率低、起飞推力较大的优点，但飞行速度受到一定限制。涡轮螺旋桨发动机的主要特点是，将燃气发生器产生的大部分可用能量由动力涡轮吸收并从动力轴上输出，用于带动飞机的螺旋桨旋转。螺旋桨旋转时把空气排向后面，从而产生向前的拉力，使飞机向前飞行。与活塞式发动机相比，涡桨发动机具有重量轻、振动小等优势；与涡