航空发动机

航空发动机（aero-engine）作为飞机的心脏，它不仅是飞机飞行的动力，也是推动航空发展的重要动力人类航空史上的每一次重要变革，都离不开航空发动机的技术进步。

经过一百多年的发展，航空发动机已经发展成为可靠性高的成熟产品，正在使用的航空发动机包括涡喷发动机/涡轮风扇发动机、涡轮轴/涡轮螺旋桨发动机、冲压发动机和活塞发动机不仅仅作为军用和民用飞机用于各种用途、无人机和巡航导弹，航空发动机衍生的燃气轮机也广泛用于地面发电、船用动力、移动电站、天然气和石油管道泵站等领域。

21世纪，航空发动机的发展进一步加快，将给人类航空领域带来新的更大的变革。目前，传统的航空发动机正在向齿轮传动发动机转变、变循环发动机、多电发动机、间接冷却回热发动机和开转子发动机的发展不是传统的脉冲爆震发动机、超然冲压发动机、基于涡轮的组合发动机太阳能发电和燃料电池发电也正在走向成熟，这些发动机的发展将使未来的飞机速度更快、更高、更远、更经济、更可靠，能满足更严格的环保要求，将是高超音速飞行器、跨大气层飞行器和天地之间可重复使用的运输已经成为现实。

活塞发动机

对于航空发动机来说，首先使用的是活塞发动机它的工作原理是活塞携带气体压力，在气缸内反复运动，这种运动根据连杆转化为曲轴的转动。在20世纪初，莱特兄弟推出了4缸发动机、卧式直列水冷发动机改造后成功使用“飞行者一号”在飞机上，完成了飞行测试。这也是人类历史上第一次有了动力、可以载人、平稳运行、作战飞机成功飞行。然后在第二次世界大战中，对活塞发动机进行了技术革新，优化了发动机的性能和工作效率，从不到10kW到2500kW左右，油耗为0.5kg/kW·h）减少到0.25kg/kW·h）左右。同时，整改后的运行时间从传统意义上的十几个小时增加到2000小时-3000个小时。直到二战结束，活塞发动机的技术已经非常熟练。

活塞式发动机主要由气缸组成、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。气缸是混合气（汽油和空气）进行燃烧的地方。活塞容纳在气缸中，用于往复运动。气缸盖装有火花塞，用于点燃混合气（俗称电嘴），以及进、排气门。发动机工作时，气缸的温度很高，所以气缸外壁上有很多翅片，以扩大散热面积。气缸位于发动机壳体内（机匣）桌子上的排列多为星形或V形。常见的星形发动机有五种、7个、9个、14个、18缸或24缸不一样。在单缸容积相同的情况下，气缸越多，发动机功率越大。活塞在气体的压力下在气缸内往复运动，这种运动通过连杆转化为曲轴的旋转运动。连杆用于连接活塞和曲轴。曲轴是发动机输出动力的部件。曲轴转动时，由减速器带动螺旋桨转动，产生拉力。此外，曲轴还带动一些附件（如各种油泵、发电机等）气门机构用于控制进气门、排气阀有规律地打开和关闭。

二战结束后，由于涡轮喷气发动机的发明而开启了喷气式时代，活塞发动机逐渐退出了主要的航空领域但功率小于370kW的水平对置活塞发动机仍广泛应用于轻型低速飞机和直升机，如行政机、农林机、勘探机、体育运动机、私人飞机和各种无人机，无人机上出现了旋转活塞发动机，NASA也在为下一代小型通用飞机开发一种使用航空煤油的新型二冲程柴油发动机。

涡喷涡扇发动机

从20世纪30年代末到40年代初，英国和德国喷气发动机的诞生开启了喷气推进和航空的新时代。

现代涡轮喷气发动机的结构包括进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管，战斗机的涡轮和尾喷管之间还有一个加力燃烧室。涡喷发动机还是热机的一种，必须遵循热机做功的原理：高压输入能量，低压释放能量。所以从产生输出能量的原理来说，喷气发动机和活塞式发动机是一样的，都需要进气、加压、燃烧和排气四个阶段的区别在于，在活塞式发动机中，这四个阶段是分时顺序进行的，而在喷气发动机中，它们是连续的气体依次流经喷气发动机的各个部分，对应活塞发动机的四个工作位置。

空气首先进入发动机的进气口飞机飞行时，可以看作是以飞行速度流向发动机的气流因为飞机的飞行速度是变化的，压气机适应的进气速度有一定的范围，进气道的作用就是通过可调管道将未来的流量调节到合适的速度。超音速飞行时，进气道前方和内部的气流速度降低到亚音速，此时气流的停滞可以使压力增加十倍甚至几十倍，大大超过压气机内的增压倍数，从而产生了一种只依靠速度冲压而没有压气机的冲压发动机。进气口后面的压缩机专门用来提高气流的压力当空气流过压缩机时，压缩机的工作叶片对空气流做功，这增加了空气流的压力和温度。亚音速时，压气机是气流增压的主要部件。5]从燃烧室流出的高温高压气体流经与压缩机安装在同一轴上的涡轮。气体的一部分能量可以在涡轮中膨胀，转化为机械能，驱动压缩机旋转在涡喷发动机中，涡轮中气流膨胀所做的功，正好等于压气机压缩空气所消耗的功和传动附件克服摩擦所需要的功。燃烧后，涡轮前气体的能量大大增加，所以涡轮中的膨胀比远小于压缩机中的压缩比涡轮出口的压力和温度远高于压气机进口的压力和温度，发动机的推力就来源于这部分气体能量。从涡轮流出的高温高压气体在尾喷管中继续膨胀，沿发动机轴向高速从喷管向后排出。这个速度远大于气流进入发动机的速度，使发动机获得反作用推力。

随着喷气技术的发展，涡喷发动机的缺点越来越突出，即在低速时，油耗大，效率低，使得飞机航程很短。虽然这对于执行防空任务的高速战斗机来说并不是很严重，但如果用在对经济性要求严格的亚音速民用运输机上，则是不可接受的。为了提高喷气发动机的热效率和推进效率，出现了涡扇发动机。这种发动机是在涡喷发动机的基础上增加几级涡轮，由这些涡轮带动一排或几排风扇风扇后面的气流分为两部分，一部分进入压缩机（内涵道）另一部分直接排放到空气中，没有燃烧（外涵道）由于涡扇发动机的部分气体能量用于驱动前风扇，降低了排气速度，提高了推进效率而且如果提高涡轮前的温度来提高热效率，通过调整涡轮的结构参数和增大风扇的直径，可以将更多的燃气能量通过风扇转移到外涵道，排气速度不会增加。这样，对于涡扇发动机来说，热效率和推进效率就不再矛盾了只要结构和材料允许，提高涡轮前的温度总是有益的。目前航空涡扇发动机主要分为两大类，即加力涡扇发动机和加力涡扇发动机。前者主要用于高亚音速运输机，后者主要用于战斗机由于用途不同，这两种发动机的结构参数也有很大不同。

涡桨涡轴发动机

涡桨/涡轮轴发动机诞生于涡轮喷气发动机、当它成熟时，活塞发动机将采用涡轮增压，并开发一种新型动力。固定翼飞机用发动机代替活塞螺旋桨发动机，旋翼直升机用涡轴发动机代替活塞轴发动机。涡桨、涡轴发动机的主机结构基本相同，但中间减速传动系统和螺旋桨不同，因此具有很大的通用性，易于相互修改和衍生。

涡轮螺旋桨发动机，简称涡桨发动机，由螺旋桨和燃气发生器组成，螺旋桨由涡轮驱动。由于螺旋桨直径较大，转速远低于涡轮，只有1000转左右/为了使涡轮和螺旋桨在正常范围内工作，它们之间需要安装一个减速器，涡轮转速降低到十分之一左右才能驱动螺旋桨。这种减速器载荷大，结构复杂，制造成本高其重量一般相当于压缩机和涡轮的总重量作为发动机的一个组成部分，减速器正在设计中、它在制造和测试中起着重要的作用。涡桨发动机螺旋桨后的气流相当于涡扇发动机的外涵道由于螺旋桨直径远大于发动机直径，空气流量远大于内涵道，这种发动机实际上相当于超涵道比的涡扇发动机。由于涵道比大，涡桨发动机在低速时效率高于涡扇发动机，但由于螺旋桨效率的影响，其适用速度不宜过高，一般小于900km/h。目前，中低速飞机或巡逻机对低速性能有严格要求、反潜或灭火飞机被广泛使用。

涡轮轴发动机于1951年12月安装在直升机上，进行了首次飞行。当时是涡桨发动机，没有自己的系统。以后，随着直升机在军事和国民经济中的应用越来越多，涡轴发动机获得了独立的地位。在工作和结构上，涡轴发动机类似于涡桨发动机。都是从涡扇发动机的原理演变而来，只是后者把风扇变成了螺旋桨，而前者把风扇变成了直升机旋翼。此外，涡轴发动机也有自己的特点：它通常配备有一个自由涡轮(即设计用于输出功率而不驱动压缩机的涡轮机)，主要用于直升机和垂直/短距起落飞机上。按照涡扇发动机的理论，理论上来说，转子的直径越大越好。同样的核心发动机产生同样的循环功率，旋翼直径越大，旋翼上产生的升力越大。实际上，由于能量转换过程中的损耗，转子不可能做成无限大。因此，转子的直径是有限的。一般来说，通过转子的空气流量是通过涡轴发动机的空气流量的500-1000倍。

新型航空发动机

非传统新型航空动力是指传统的涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、活塞、冲压、除火箭发动机以外的新型先进航空发动机。非传统新型航空发动机一般包括以下三类：一个是新概念发动机。在结构、与传统发动机如脉冲爆震发动机在原理或循环特性上有很大的区别和创新、超燃冲压发动机、波转子发动机、等离子体发动机、分布式矢量推进发动机等。二是重大创新引擎。在传统的发动机原理中、在结构基础上进行了重大创新。如多电发动机、自适应循环发动机、智能发动机、间冷回热发动机、桨扇发动机、超微型涡轮发动机、冲压转子发动机、骨架发动机和各种组合发动机等。三是新能源发动机。面对石油资源的枯竭和环境保护的要求，我们将开发和使用除航空煤油以外的新燃料和新能源。如氢燃料/合成燃料/生物燃料/天然气燃料发动机太阳能、核能、燃料电池、激光和微波能量引擎等。

1.超燃冲压发动机

超燃冲压发动机是指燃料在超音速气流中燃烧的冲压发动机。超越冲压发动机技术是高超声速飞行器推进技术乃至整个高超声速飞行器技术的核心技术。超燃冲压发动机的适用速度范围是马赫数5-16主要用于高超音速巡航导弹、高超音速飞机和可重复使用的航天器。

超燃冲压发动机由进气道组成、超声速燃烧室（一些方案还包括用于亚音速燃烧的预燃室）和喷管组成。燃料分阶段喷入进气道和燃烧室，与超音速气流混合燃烧，高温气体从喷嘴喷出，产生推力。由于超音速燃烧时燃料在燃烧室中停留时间短，需要高热值才能保证完全燃烧、热稳定性好、能够自燃点火延迟时间短反应速度快的燃料（例如液态氢或特殊的碳氢燃料）

有两种主要类型的超燃冲压发动机：一种是直接将燃料喷入超音速气流中，通过控制燃料喷射的位置，燃烧可以从亚音速燃烧模式过渡到超音速燃烧模式，因此被称为双模超燃冲压发动机。另一种是将一部分气流引入亚音速燃烧室进行预燃，然后与大部分超音速气流混合进行后燃，再从尾喷管喷出，所以称为双燃超燃冲压发动机。

2.涡轮冲压组合发动机

涡轮冲压组合发动机是将涡轮发动机和冲压发动机结合在一起的吸气式发动机。按涡轮发动机和冲压发动机的组合方式可分为分体式和整体式组合发动机，整体式组合发动机按涡轮发动机和冲压发动机主要部件的关系和过程可分为串联布局和并联布局。在涡轮冲压组合发动机中，冲压发动机按工作方式分为亚燃、超燃冲压发动机和双燃烧冲压发动机。

在冲压发动机工作模式下，涡轮发动机主燃烧室停止工作，加力燃烧室作为冲压发动机的燃烧室。由于涡轮发动机在中低马赫数时的比冲、油耗低，适合中低速、远程飞机，而冲压发动机适合高速、近程飞机将涡轮发动机和冲压发动机有机地结合在一起，使其兼有涡轮发动机和冲压发动机的优点、高速、快速到达/攻击上优势明显，可用于高空高速侦察机、运输机、轰炸机攻击机和高速远程巡航导弹等。

涡轮冲压组合发动机高速飞行器在起飞阶段使用涡轮喷气发动机，爬升到一定高度后再加速到冲压发动机的工作状态冲压发动机投入运行后，逐渐关闭涡轮喷气发动机，用冲压发动机爬升、加速至高马赫数；返回时，关闭冲压发动机，重新启动涡轮发动机，使飞机安全返回。所以高空高速飞机具有水平起降的功能，同时航程也很远、重复使用的特点。

3.脉冲爆震发动机

脉冲爆震发动机(Pulse   Detonates   Engine, PDE)它是一种利用脉冲爆震波产生推力的新概念发动机。这种发动机结构简单，运动部件少或没有，热循环效率高于常规活塞、涡轮发动机和冲压发动机具有较高的推重比和较低的燃料消耗，被认为是21世纪最具潜力的航天动力因此，它们在现代航空发动机领域具有广阔的应用前景，可以作为无人飞机的动力装置、靶机、引诱飞机、靶弹动力装置、远程导弹、战略飞机动力装置和高超音速飞机动力装置是航空航天领域的革命性驱动力之一。根据用途的不同，吸气式脉冲爆震发动机大致可以分为三类：纯脉冲爆震发动机、混合脉冲爆震发动机和组合脉冲爆震发动机。

4.间接冷却再生循环技术

间接冷却回热循环的概念于20世纪50年代首次提出，随后许多国家开始进行大量的理论和实验研究。中冷回热涡扇发动机是一种新型节能环保的航空发动机通过在传统涡扇发动机的热循环中增加中冷和回热过程，发动机可以具有更低的燃油消耗。回热器是中冷回热式涡扇发动机的主要特征部件，工作在900K以上的高温核心流，其性能将直接影响发动机的性能其设计技术是中冷回热式涡扇发动机的一项关键技术。

5.桨扇发动机

桨扇发动机是介于涡桨发动机和涡扇发动机之间的一种结构，看似螺旋桨，实际上与风扇和螺旋桨是不同的。新螺旋桨由两个旋转方向相反的螺旋桨组成螺旋桨有更多的叶片，每个叶片弯曲后向后扫时形状像一把军刀但是随着飞行速度的增加，当螺旋桨转速进一步爆发时，就会遇到很多问题不仅叶尖速度会达到音速，影响阻力和声学特性，效率也会变低，油耗增加。涡扇发动机的发展弥补了涡扇发动机油耗的不足。3]涡扇发动机的螺旋桨直径小于涡扇发动机，大于涡扇发动机。涡扇发动机的弯曲叶片有助于大大降低叶尖速度、气动阻力和声干扰。螺旋桨风扇发动机有单排和双排螺旋桨风扇，螺旋桨风扇可以提供90%～92%的推力。本发明具有在高巡航速度下飞行效率高的优点。与单排螺旋桨式风机相比，双排螺旋桨式风机效率提高10%双排螺旋桨风扇还可以大大降低出口气流的扭曲，在保证机翼周围气流的同时可以进一步提高效率，增加机翼的升力。

有两种类型的螺旋桨风扇发动机无导管螺旋桨风扇和导管螺旋桨风扇。虽然无导管螺旋桨风扇可以减少燃料消耗，它可以 因为它的直径很大，所以不能安装在飞机的翼下客舱。与无涵道螺桨风扇相比，涵道螺桨风扇对飞机机体的适应性更好，因此在更宽的转速范围内拥有涵道螺桨风扇发动机更具优势。涵道螺旋桨风扇的叶片角度可以调节，这样飞机就可以不沉重的着陆、复杂而昂贵的反推力装置可以快速停止，而不会破坏前推力特性。

通用电气航空集团

通用电气General Electric，简称GE，像世界上单机推力最强的民航发动机GE90一样，是世界上最大的综合性动力和设备制造商、最优秀的民用发动机CF6-80C/E、最强大的涡轮轴发动机CT7-8系是GE的代表作，广泛使用的波音737使用的CFM56发动机也是GE主导的。

英国罗伊斯公司

罗尔斯·罗伊斯公司是欧洲最大的航空发动机企业，最著名的产品是军用和民用航空发动机。它是世界上第二大军用发动机和民用发动机制造商。同时，作为大型豪华公务机制造商湾流公司的主要发动机供应商，罗尔斯·在全球1300架湾流公务机中，劳斯莱斯占据了大部分发动机市场。遄达是罗尔斯·罗伊斯开发了迄今为止最大的推力、性能最好的大涵道比民用涡扇发动机。波音787、空客A380、空客A330等使用遄达系列发动机。罗尔斯·罗伊斯已经远远超越了通用电气(GE)航空的趋势。

美国惠特尼公司

普拉特·惠特尼是联合技术公司的子公司，联合技术公司是一家为航空航天和建筑行业提供高科技产品和服务的全球供应商，是著名的军用发动机、直升机发动机和民用发动机的制造商，其发动机主要是军用的，在军用领域一直保持着很强的竞争力。

普拉特·惠特尼是美国主要的战斗机f-22和F-35 唯一的电源供应商。其中，用于F-22先进战斗机的F119发动机是世界上第一台采用二维推力矢量喷管的战斗机发动机。在民用航空领域，普拉特·惠特尼也一样。其中，PW4000系列从1984年开始投入使用，一直延续至今不同衍生发动机推力越来越大，也是著名发动机“常青树”中国支线飞机新舟60飞机使用普拉特·惠特尼公司生产的涡轮螺旋桨发动机。

法国斯奈克玛公司

法国赛峰集团旗下的斯奈克玛公司主要从事航空动力和空间推进业务，产品包括一系列高效产品、安全、经济型低排放民用发动机。20世纪70年代，美国斯奈克玛公司和通用电气公司合资成立了CFM国际公司。CFM国际公司制造的发动机一共制造了5多台.8亿飞行小时的世界纪录。每天有300多万乘客乘坐由CFM提供动力的飞机。

俄罗斯土星公司

留里卡-土星”科研生产合资企业是俄罗斯最有实力的航空发动机设计制造企业。留里卡-土星”凭借优秀的科研制造能力，正在积极推进第五代战斗机发动机的研制。作为一种机动性能突出的重型多用途战斗机，苏-27系列飞机使用完全相同的“留里卡-土星”的AL-31F发动机。当前，“留里卡-土星”公司还负责AL-31F发动机的生产与维修。由于AL-31F发动机存在推重比低起动高度低的问题“留里卡-土星”该公司还投入了相当大的精力来改进发动机。

2022年11月6日，该航空发动机亮相第五届中国国际进口博览会CIIE。