眾所周知，航空器飛行的動力來自發動機。作為航空器的核心部件，發動機的水平直接決定著航空器的性能。大家經常見到的直升機和飛機的發動機是一樣的嗎？由于二者飛行方式完全不同，所以發動機是不一樣的。

飛機之所以能夠實現飛行，簡單講就是應用了牛頓第三定律作用力與反作用力的原理，通常采取渦噴、渦扇或渦槳發動機。渦噴發動機的結構由進氣口、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管等部分組成。從飛機前端吸入空氣，通過燃燒增壓向后快速噴出，產生前進的動力。

圖1 渦噴發動機工作示意圖（圖片來源：網易）

渦扇發動機實際上是在渦輪噴氣發動機的后方增加了低壓渦輪，一方面可以降低燃氣排出速度，二方面可以驅動低壓風扇增加壓氣機進氣量。前端進氣扇吸入的氣流一部分送進壓氣機（術語稱“內涵道”），另一部分則直接從發動機殼外圍向外排出（“外涵道”）。渦扇發動機在熱效率和推進效率上取得了平衡，提高了發動機的效率。

圖2 渦扇發動機工作示意圖（圖片來源：網易）

二者相比，渦噴發動機燃油經濟性要差一些，但是高速性能要優于渦扇。渦扇發動機推進效率高、燃油消耗率低，但進氣扇迎風面積大，阻力也大，發動機結構復雜。

渦槳發動機是在渦噴發動機的基礎上增加了一副螺旋槳和一套減速齒輪。減速齒輪就是把渦輪軸的轉速降到螺旋槳可以承受的轉速，每分鐘1000轉左右。螺旋槳把空氣向后扇動，產生前進的動力。

圖3 渦槳發動機工作示意圖（圖片來源：網易）

渦槳發動機工作效率比較高，但不能用于高速飛行，主要是用于中低速飛機上。

直升機的動力源自渦軸發動機，其與渦槳發動機結構類似，主要包括進氣口、壓氣機、燃燒室、動力渦輪、渦輪軸及排氣裝置等部件。

圖4 渦軸發動機結構示意圖（圖片來源：網易）

空氣進入壓氣機經過多級壓縮后，進入燃燒室與燃油混合燃燒，形成高溫、高壓的燃氣，燃氣從燃燒室噴出沖擊渦輪旋轉，帶動渦輪軸輸出鈾功率。與渦槳發動機使用減速齒輪箱一樣，直升機也需要使用減速器，將渦軸轉速由每分鐘上萬轉降到每分鐘上百轉后加載到旋翼，讓旋翼保持穩定轉速。如俄羅斯生產的米-8直升機，渦軸轉速約為每分鐘1.5萬轉，旋翼轉速約為每分鐘190轉。直升機主減速器是和發動機相連的重要傳動裝置，一般采用齒輪傳動方式，輸入端是發動機渦軸，輸出端連接旋翼、尾槳傳動軸。主減速器不僅起到減速作用，還將渦軸動力由機身水平方向轉到垂直方向。

圖5 直升機主減速器及位置圖（圖片來源：網易）

經過以上介紹，可以發現，無論是直升機使用的渦軸發動機，還是飛機使用的渦噴、渦扇或渦槳發動機，結構上非常相似，但動力輸出方式不同。

航空發動機工作條件非常惡劣，氣體流速可以達到50－100m/s，燃燒室溫度也能超過1000℃，典型的高溫高壓高速環境。因此制造航空發動機對材料和工藝要求都非常高，使用的主要材料包括鋁合金、高強度鋼、鈦合金、高溫合金、復合材料等。部件制造涉及結晶鑄造、單晶鑄造、精鍛、環鍛、車銑、超塑成形、噴射成型等多種工藝。

圖6 航空發動機葉片（圖片來源：網易）

以航空發動機的核心部件葉片為例，別看其個頭小，但小小葉片直接決定著發動機性能、安全與壽命。制造葉片甚至要占到發動機整體制造工作量的三分之一。葉片分為風扇葉片、壓氣機葉片和渦輪葉片，由于工作環境的不同，各種葉片對材料和工藝要求也不同。比如壓氣機葉片，隨著壓氣機級數增加，工作溫度不斷提高，就需要選用變形高溫合金取代鈦合金，在末級則需要選用輕質耐高溫的鈦鋁合金。

飛機使用的渦扇/渦噴發動機通常用推力來衡量其性能，美國通用生產的GE90-115B渦扇發動機，是目前世界上推力最大的民用航空發動機，曾在試驗測試中達到127900磅（約58噸）的推力，創造了吉尼斯世界紀錄。而渦軸發動機是通過渦軸旋轉向外輸出能量，因此用軸功率衡量其性能，單位用軸馬力“shp”（shaft horsepower縮寫）表示。如美軍AH-64“阿帕奇”攻擊直升機，使用的T700渦軸發動機，每臺發動機功率可以達到1900shp。

圖7 T700渦軸發動機和“阿帕奇”攻擊直升機（圖片來源：專家資料）

據有關報道，美國通用公司正在T700基礎上研發T901渦軸發動機，使用了陶瓷復合材料，應用了3D打印技術。功率增加50%，燃油效率提高25%，進一步降低了生產成本和使用成本，延長了發動機壽命。

出品：科普中國軍事科技

監制：光明網科普事業部

作者：陸鷹（軍事專家）

審核專家：梁春暉（軍事專家、軍事科普作者）

策劃：金 赫

來源: 597.9高地科創團