文/尹俊杰

（銀河執(zhí)法者 圖自網(wǎng)絡(luò)）

（“米蘭號”圖自網(wǎng)絡(luò)）

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(jī)或者飛行器也是幻迷關(guān)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(jī)?！禭戰(zhàn)警》的“黑鳥”，《銀河護(hù)衛(wèi)隊》的“米蘭號”也能瞬間引發(fā)幻迷們的尖叫?，F(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(jī)來說，好的動力裝置是不可或缺的——那就是飛機(jī)的心臟，航空發(fā)動機(jī)。

僅僅只是牛頓第三定律？

要讓一架飛機(jī)升起來，需要對飛機(jī)提供自下而上的浮升力以抵抗重力。不過浮升力是機(jī)翼要干的活，與航空發(fā)動機(jī)無關(guān)。航空發(fā)動機(jī)用于提供推力，以驅(qū)使飛機(jī)向前進(jìn)。航空發(fā)動機(jī)的原理其實顯而易見：對于活塞式發(fā)動機(jī)，通過內(nèi)燃機(jī)四沖程的運(yùn)行，螺旋槳的葉片被帶動旋轉(zhuǎn)，使空氣加速向后流動，而空氣的流動又反過來給飛機(jī)一個作用力，因此飛機(jī)被“推”著往前走；對于渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)，空氣經(jīng)過加壓后與燃油混合燃燒，并以燃?xì)獾男问絿娚涑鰜?，它也同樣對飛機(jī)產(chǎn)生一個向前的推力。所以，氣體的反作用力就是飛機(jī)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(dāng)然，話還沒有說完。我們的目標(biāo)并不僅僅是讓一架飛機(jī)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(jī)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(jī)裝在他們的飛機(jī)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(jī)探索的大門。

（萊特兄弟 圖自網(wǎng)絡(luò)）

第二次世界大戰(zhàn)期間，活塞式發(fā)動機(jī)得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。戰(zhàn)爭的雙方都竭盡全力地改進(jìn)自己的發(fā)動機(jī)——對于一架優(yōu)良的戰(zhàn)斗機(jī)來講，提升空中格斗能力最重要的部分當(dāng)然是提升發(fā)動機(jī)性能。當(dāng)時最具代表性的發(fā)動機(jī)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(jī)的動力裝置，后者則廣泛用于“颶風(fēng)”、“噴火”“野馬”等大名鼎鼎的戰(zhàn)斗機(jī)。

（P-51“野馬”戰(zhàn)斗機(jī) 圖自網(wǎng)絡(luò)）

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

說到航空發(fā)動機(jī)，我們就不得不提起航空發(fā)動機(jī)發(fā)展史的傳奇：CFM-56發(fā)動機(jī)。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(yùn)行可靠、維修性強(qiáng)。正因如此，世界上許多的飛機(jī)都裝備著CFM-56系列發(fā)動機(jī)。

（CFM56-7發(fā)動機(jī)剖面圖 圖自網(wǎng)絡(luò)）

（波音737客機(jī)，該型號飛機(jī)裝備了CFM56-3發(fā)動機(jī) 圖自網(wǎng)絡(luò)）

航空發(fā)動機(jī)的未來——用什么來終結(jié)F-22？

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

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

（Su-57戰(zhàn)斗機(jī) 圖自網(wǎng)絡(luò)）

在如今渦輪風(fēng)扇式噴氣發(fā)動機(jī)制霸的時代，傳統(tǒng)改良發(fā)動機(jī)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(jī)。

現(xiàn)在新概念發(fā)動機(jī)主要以空氣噴氣式發(fā)動機(jī)為主。

最有可能成為我們下一代航空發(fā)動機(jī)的，是變循環(huán)發(fā)動機(jī)（就是我們所說的VCE和ACE）。一架飛機(jī)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(jī)的空中格斗、開啟加力燃燒狀態(tài)追擊敵機(jī)，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(jī)是指在一臺發(fā)動機(jī)上，通過改變發(fā)動機(jī)的一些部件的幾何形狀、尺寸或者位置，來達(dá)到不同工況下的工作循環(huán)。

（YF22、YF23戰(zhàn)斗機(jī)與YF120變循環(huán)發(fā)動機(jī)，它是世界上第一種經(jīng)飛行驗證的戰(zhàn)斗機(jī)用變循環(huán)發(fā)動機(jī) 圖自網(wǎng)絡(luò)）

另外，脈沖爆震和超燃沖壓發(fā)動機(jī)也是一種全新概念的發(fā)動機(jī)。前者以脈沖式、周期性爆震波所產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈦懋a(chǎn)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(jié)論：‘超音速沖壓噴射裝置?！痹谒娜紵覂?nèi)，空氣與燃料的混合燃燒是在超聲速氣流中進(jìn)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(dǎo)彈的動力裝置。

（看起來好奇怪的脈沖爆震發(fā)動機(jī) 圖自網(wǎng)絡(luò)）

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

此外，盡管我們不認(rèn)為在未來幾十年不會出現(xiàn)某種發(fā)動機(jī)直接KO掉燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，但是我們依然在開展對其他動力來源的航空發(fā)動機(jī)研究，代表就是電推進(jìn)技術(shù)。

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

（NASA分布式電推進(jìn)飛機(jī)X-57概念圖 圖自網(wǎng)絡(luò)）

結(jié)語

人類是大地的孩子，但人類終將走出大地，飛向藍(lán)天。航空發(fā)動機(jī)不僅僅是一個體現(xiàn)牛頓第三定律本質(zhì)的機(jī)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(jī)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(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的結(jié)晶。

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

當(dāng)然，終有一天，人類終將像如今研發(fā)航空發(fā)動機(jī)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(wǎng)絡(luò)）