80多年來(lái)，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一路坎坷，一路創(chuàng)新。如果羅列一下，創(chuàng)新點(diǎn)其實(shí)數(shù)不清，但是如果想要短平快地瀏覽一下。那么以下這10次創(chuàng)新行動(dòng)可以作為典型案例加以考慮。
1 德國(guó)容克尤莫004B
尤莫004B素來(lái)被稱(chēng)作“渦噴王子”。它是世界上第一款量產(chǎn)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，1944年開(kāi)始批量生產(chǎn)，二戰(zhàn)中產(chǎn)量超過(guò)5000臺(tái)。主要裝備Me 262和Arado Ar 234。德國(guó)人在004B上使用了不少創(chuàng)新技術(shù)，比如空心渦輪葉片和輔助燃油噴射，德國(guó)人甚至準(zhǔn)備采用加力燃燒系統(tǒng)。004B自重約1600磅，推力1980磅。換算一下推重比，大約是1.2左右。這就是噴氣時(shí)代的發(fā)端。
2 通用電氣I-40/J-33
P-80“流星”戰(zhàn)斗機(jī)使用的離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，是I-16/J-31的改進(jìn)型。I-40/J-33開(kāi)始大量使用特種合金材料。燃燒室使用鉻鎳鐵合金（Inconel）、渦輪噴口使用鉻鈷鎢硬質(zhì)合金（Stellite），渦輪盤(pán)采用鎳基高溫合金（Hastelloy B）。自重1850磅，推力4000磅，通過(guò)噴水和酒精可以進(jìn)一步提升到5400磅，推重比接近3。I-40是第一種利用噴射水和酒精提升動(dòng)力的量產(chǎn)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
3 1946 羅羅“達(dá)特”渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)
如果渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪動(dòng)力更多地被用于驅(qū)動(dòng)加速器進(jìn)而帶動(dòng)螺旋槳，而不是用于產(chǎn)生強(qiáng)大的反沖動(dòng)力，那么這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)就是渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)。1946年出現(xiàn)的羅羅RB.53“達(dá)特”（Dart）是渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的早期杰作。它是維克斯“子爵”——世界上首款投入運(yùn)營(yíng)的商用客機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)?！斑_(dá)特”從上世紀(jì)40年代末一直生產(chǎn)到1987年，算是相當(dāng)高壽的渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)
4 普惠J-57
1953年在JT-3（JT-3是波音707和道格拉斯DC-8的動(dòng)力）基礎(chǔ)上發(fā)展的J-57是世界上第一種采用雙轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)的軸流式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，具有相當(dāng)好的加速性能。J-57也是世界第一款推力超過(guò)10000磅的發(fā)動(dòng)機(jī)。JT-3的壓氣機(jī)和渦輪都分為低壓段和高壓段，彼此通過(guò)兩根相互嵌套的長(zhǎng)軸連接，實(shí)現(xiàn)低壓段和高壓段的兩種轉(zhuǎn)速。這一創(chuàng)新顯著改善了發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
5 通用電氣J79
發(fā)動(dòng)機(jī)要適應(yīng)各種工作環(huán)境，其內(nèi)部流場(chǎng)環(huán)境如能做到調(diào)整最為理想。1955年推出的通用電氣J79率先采用了可調(diào)定子設(shè)計(jì)，通過(guò)調(diào)整進(jìn)氣導(dǎo)流片的角度，讓發(fā)動(dòng)機(jī)在更寬的環(huán)境中保持良好工作狀況。J79為單軸設(shè)計(jì)，采用17級(jí)壓氣機(jī)和3級(jí)渦輪。重3850磅，推力11905磅，加力推力17835磅，推重比4.6。
6 1960s 羅羅 “康威”渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)
在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)研究中，人們發(fā)現(xiàn)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)如果在壓氣機(jī)前端開(kāi)環(huán)縫，讓一部分空氣從熱端外側(cè)流過(guò)，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性反而提升。這就是最初的渦輪風(fēng)扇概念的萌發(fā)。20世紀(jì)60年代投入使用的羅羅“康威”發(fā)動(dòng)機(jī)成為世界上第一種量產(chǎn)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。它采用雙轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，配備16級(jí)壓氣機(jī)和3級(jí)渦輪，重量4544磅，推力17500磅，成為一款經(jīng)濟(jì)性非常優(yōu)越的動(dòng)力系統(tǒng)。
7 1969 羅羅RB211三轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)
在雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)盛行的時(shí)代，英國(guó)人試圖繼續(xù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的速度多樣性。在兩級(jí)套軸的基礎(chǔ)上試圖再增加一根套軸，實(shí)現(xiàn)三轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。這就是RB211發(fā)動(dòng)機(jī)的獨(dú)門(mén)秘笈。但是挑戰(zhàn)這項(xiàng)絕活當(dāng)時(shí)燒掉了1.7億英鎊，幾乎讓羅羅破產(chǎn)。英國(guó)政府在關(guān)鍵時(shí)刻接盤(pán)羅羅，實(shí)行國(guó)有化，最終讓羅羅完成了RB211。RB211以59000磅的推力，成為大型商用飛機(jī)動(dòng)力典范。RB211及其三轉(zhuǎn)子技術(shù)衍生出的“遄達(dá)”系列航空發(fā)動(dòng)機(jī)，奠定了羅羅此后半世紀(jì)的江山。
8 1970s 普惠F100
20世紀(jì)70年代研制完成的普惠F100雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是首次把推重比提升到接近8的軍用發(fā)動(dòng)機(jī)。它采用13級(jí)壓氣機(jī)和4級(jí)渦輪，雙轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)。F100不僅體現(xiàn)在推重比的階躍上，更體現(xiàn)在漫長(zhǎng)艱辛的研制完善過(guò)程。從研制到成熟，幾乎用去了30年時(shí)間。充分體現(xiàn)了現(xiàn)代先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的高難挑戰(zhàn)。
9 1990s 普惠F119渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)
首款推重比實(shí)現(xiàn)9一級(jí)的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。F119是美國(guó)長(zhǎng)期航空動(dòng)力預(yù)研投入的結(jié)晶。采用雙軸設(shè)計(jì)，9級(jí)壓氣機(jī)和兩級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)渦輪。重量3900磅，推力35000磅。F-22的超音速巡航能力，幾乎全要依賴(lài)它。
10 2000s 普惠PW1000G齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)
轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的多速度系是提升發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的好辦法。通過(guò)研究，人們發(fā)現(xiàn)迫切需要調(diào)整速度的是商用發(fā)動(dòng)機(jī)的大風(fēng)扇——目前它的轉(zhuǎn)速偏大，實(shí)際上需要更低。傳統(tǒng)的用中央縱軸直連驅(qū)動(dòng)的辦法沒(méi)法減速，因?yàn)楹竺娴膲簹鈾C(jī)不能減速。普惠提出了用行星齒輪系驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的新辦法，由此產(chǎn)生PW1000G系列齒輪傳動(dòng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣就實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇、低壓壓氣機(jī)/低壓渦輪、高壓壓氣機(jī)/高壓渦輪三種轉(zhuǎn)速，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。
未來(lái)，未來(lái)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)可能更怪異
但是幾個(gè)基本發(fā)展方向還是有譜的
A 更多的可調(diào)部件。定子可調(diào)，轉(zhuǎn)子是否也可以調(diào)整？目前做不到，以后可能實(shí)現(xiàn)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子都可以調(diào)整，那發(fā)動(dòng)機(jī)的性能會(huì)提升一大截。
B 涵道可以變化。目前發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比是不可變的。但是如果讓涵道像變形金剛那樣可以改變型腔形狀或者在內(nèi)外涵道之間設(shè)置可以調(diào)整的活門(mén)通道，那么就能實(shí)現(xiàn)涵道比的變化。一旦那樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的“戲路”一下子就拓寬了。但是這種變化，仰仗新材料和新工藝，更仰仗新的總體設(shè)計(jì)理論。
C 電子智能控制。目前發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)擁有全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)（FADEC），未來(lái)這一系統(tǒng)可能會(huì)實(shí)現(xiàn)智能化。比如雙發(fā)飛機(jī)單發(fā)故障時(shí)，倘若飛行員發(fā)懵錯(cuò)誤關(guān)閉完好發(fā)動(dòng)機(jī)，這一系統(tǒng)會(huì)果斷拒絕執(zhí)行指令，確保這唯一發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。當(dāng)然，這需要人工智能變得足夠靠譜。
D 最具有挑戰(zhàn)性的方向，就是顛覆傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作機(jī)理。不過(guò)這一點(diǎn)我實(shí)在說(shuō)不清楚，理論不少，仍然需要實(shí)踐檢驗(yàn)。往往這看不見(jiàn)說(shuō)不清的迷霧中，隱藏著革命的力量。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)需要一個(gè)相當(dāng)完整的工業(yè)教育生態(tài)系統(tǒng)來(lái)提供所需的人力和技術(shù)資源，至于動(dòng)輒數(shù)十億美元乃至更高的資金，更是不在話(huà)下。這種工業(yè)教育生態(tài)系統(tǒng)的建立是一個(gè)大課題，對(duì)于工業(yè)化和工業(yè)文明程度低、教育文化發(fā)展程度較低的國(guó)家，幾乎是不可能完成的任務(wù)。中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)能在上世紀(jì)90年代以后發(fā)力提速，要感謝改革開(kāi)放帶來(lái)的工業(yè)化和教育化成果不斷豐盈。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)不是短平快項(xiàng)目。修煉航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，更像是修煉絕世武功。面對(duì)秘笈，看上一年，練上三十年，方可略有小成。但是更難的問(wèn)題在于，別人不會(huì)把發(fā)動(dòng)機(jī)的秘笈給你，你的秘笈只能自己琢磨自己摸索自己書(shū)寫(xiě)，寫(xiě)的對(duì)不對(duì)，全靠不斷實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)調(diào)整。不練行不行？如果要成為科技強(qiáng)國(guó)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)就不能成為缺項(xiàng)。這項(xiàng)絕世武功，練了就是九死一生——?jiǎng)?chuàng)新本來(lái)就是九死一生，不練就是十死無(wú)生。當(dāng)然這里說(shuō)的生死，是成為科技強(qiáng)國(guó)理想的興衰。
