文/尹俊傑

（銀河執法者 圖自網絡）

（“米蘭(lan) 號”圖自網絡）

在各類有著燃燃戰爭(zheng) 場麵的科幻電影裏，除了巨型宇宙飛船，外形酷炫、戰鬥力爆表的小型戰機或者飛行器也是幻迷關(guan) 注的搶眼亮點。《黑衣人：全球追緝》中，黑衣人隻需要按動一下按鈕，一輛跑車就可以變身為(wei) 銀河執法者噴氣式飛機。《X戰警》的“黑鳥”，《銀河護衛隊》的“米蘭(lan) 號”也能瞬間引發幻迷們(men) 的尖叫。現實中，我國研發的殲-20、殲-11B也是天空中速度與(yu) 激情的代表。其實，無論幻想與(yu) 現實，對於(yu) 一台能打耐造的戰機來說，好的動力裝置是不可或缺的——那就是飛機的心髒，航空發動機。

僅(jin) 僅(jin) 隻是牛頓第三定律？

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幹的活，與(yu) 航空發動機無關(guan) 。航空發動機用於(yu) 提供推力，以驅使飛機向前進。航空發動機的原理其實顯而易見：對於(yu) 活塞式發動機，通過內(nei) 燃機四衝(chong) 程的運行，螺旋槳的葉片被帶動旋轉，使空氣加速向後流動，而空氣的流動又反過來給飛機一個(ge) 作用力，因此飛機被“推”著往前走；對於(yu) 渦輪噴氣式發動機，空氣經過加壓後與(yu) 燃油混合燃燒，並以燃氣的形式噴射出來，它也同樣對飛機產(chan) 生一個(ge) 向前的推力。所以，氣體(ti) 的反作用力就是飛機能夠向前飛的原因，換個(ge) 說法，就是牛頓第三定律。

你沒聽錯，就是這麽(me) 簡單。

當然，話還沒有說完。我們(men) 的目標並不僅(jin) 僅(jin) 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(cong) 萊特兄弟到F-35——航空發動機的演變

自1903年12月17日萊特兄弟把那台四缸直列式水冷發動機裝在他們(men) 的飛機上並完成了世界上第一場飛行後，人類正是開啟了對航空發動機探索的大門。

（萊特兄弟 圖自網絡）

第二次世界大戰期間，活塞式發動機得到廣泛的發展和應用。戰爭(zheng) 的雙方都竭盡全力地改進自己的發動機——對於(yu) 一架優(you) 良的戰鬥機來講，提升空中格鬥能力最重要的部分當然是提升發動機性能。當時最具代表性的發動機無異於(yu) 普惠公司的“雙黃蜂”R-1830以及英國的“梅林”V-12，前者是美軍(jun) 近兩(liang) 萬(wan) 架B-24轟炸機的動力裝置，後者則廣泛用於(yu) “颶風”、“噴火”“野馬”等大名鼎鼎的戰鬥機。

（P-51“野馬”戰鬥機 圖自網絡）

隨後，燃氣渦輪發動機的誕生宣布了活塞式發動機的死刑。早在上世紀30年代，英國的懷特少校就已經成功研製出了渦輪噴氣式發動機，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(cong) 上世紀40年代開始，燃氣渦輪發動機開始了迅猛的發展曆程。在70餘(yu) 年的發展中，戰鬥機發動機的推重比已經從(cong) 2提升至7～9，對於(yu) 更加先進的第四代航空發動機，推重比甚至達到了10甚至更高。

說到航空發動機，我們(men) 就不得不提起航空發動機發展史的傳(chuan) 奇：CFM-56發動機。它幾乎占據了民用航發能有的所有優(you) 點：造價(jia) 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係列發動機。

（CFM56-7發動機剖麵圖 圖自網絡）

（波音737客機，該型號飛機裝備了CFM56-3發動機 圖自網絡）

航空發動機的未來——用什麽(me) 來終結F-22？

在這個(ge) 瞬息萬(wan) 變的時代，空軍(jun) 已經成為(wei) 戰場的決(jue) 定性因素之一。航空發動機作為(wei) 飛機的心髒，可謂當仁不讓。從(cong) 某些角度來講，航發是決(jue) 定戰鬥機作戰能力的要素之一。研發先進的航空發動機，對一個(ge) 國家保持軍(jun) 事、技術、商業(ye) 優(you) 勢發揮了重要作用。

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

（Su-57戰鬥機 圖自網絡）

在如今渦輪風扇式噴氣發動機製霸的時代，傳(chuan) 統改良發動機性能，隻是簡單地“換湯”，能否真正實現突破，需要的是研發工作原理截然不同的“換藥”形式的發動機。

現在新概念發動機主要以空氣噴氣式發動機為(wei) 主。

最有可能成為(wei) 我們(men) 下一代航空發動機的，是變循環發動機（就是我們(men) 所說的VCE和ACE）。一架飛機在飛行過程中會(hui) 麵臨(lin) 許多不同類型的工作狀況，比如起飛、亞(ya) 音速巡航、戰鬥機的空中格鬥、開啟加力燃燒狀態追擊敵機，以及海洋、高原、沙漠等等不同地域，加之雨雪等等天氣影響，變循環發動機是指在一台發動機上，通過改變發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。

（YF22、YF23戰鬥機與(yu) YF120變循環發動機，它是世界上第一種經飛行驗證的戰鬥機用變循環發動機 圖自網絡）

另外，脈衝(chong) 爆震和超燃衝(chong) 壓發動機也是一種全新概念的發動機。前者以脈衝(chong) 式、周期性爆震波所產(chan) 生的高溫高壓燃氣來產(chan) 生推力。後者在科幻小說《盲視》中也有過它的登場——“貝茨從(cong) 感控中心中抓出一幅圖，在前端將某些部分高亮顯示，後端隨即得出了結論：‘超音速衝(chong) 壓噴射裝置。’”在它的燃燒室內(nei) ，空氣與(yu) 燃料的混合燃燒是在超聲速氣流中進行的。在未來，它不僅(jin) 可以用於(yu) 高馬赫數的飛行器，也許還將成為(wei) 導彈的動力裝置。

（看起來好奇怪的脈衝(chong) 爆震發動機 圖自網絡）

（NASA所研發的X-43A飛行器，裝備了超燃衝(chong) 壓發動機，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(men) 不認為(wei) 在未來幾十年不會(hui) 出現某種發動機直接KO掉燃氣渦輪發動機，但是我們(men) 依然在開展對其他動力來源的航空發動機研究，代表就是電推進技術。

顧名思義(yi) ，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(chan) 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。航空發動機不僅(jin) 僅(jin) 是一個(ge) 體(ti) 現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動機依然作為(wei) 一項重要的軍(jun) 事武器而得以發展，但它依然是集成人類各領域科學技術的結晶。

未來的人們(men) 也許會(hui) 懷念我們(men) 這個(ge) 使用渦輪發動機的時代，就像我們(men) 懷念當年隻有火車的時代一樣。時代是在進步的，科學是在進步的，但永遠不變的是我們(men) 的好奇心。為(wei) 了更高、更快、更重的目標，我們(men) 從(cong) 不會(hui) 停下探知的步伐。

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

我們(men) 的征途是星辰大海。

（我們(men) 的征途是星辰大海 圖自網絡）