航空发动机：奔腾不息的强劲之“心”

青云

如果我们的心脏罢工，那么我们就失去了生命的动力。同样，如果飞机的发动机罢工，飞机就会从空中坠落而酿成灾难。因此，飞机所用的航空发动机就相当于它的“心脏”，是飞机制造中最核心的系统，也是体现飞机先进性最重要的部件。一个国家要想在蓝天竞争中占据一席之地，必须要拥有自己制造的先进航空发动机。

千锤百炼以确保万无一失

我们在乘坐飞机时，或许会注意到飞机两侧机翼下挂着几个大“桶”，那就是航空发动机的可见部分。这种发动机称为涡扇发动机，全称为涡轮风扇发动机。涡扇发动机性能可靠，足以承载数百吨重的飞机，并让飞机以800千米的时速穿越陆地和海洋上空，持续航行数千千米，在长途飞行中几乎不出故障。目前，民用大型客机大多采用的是这种发动机。我们所熟知的空客A380、波音747等大型客机，包括我国正在研制的C919大型客机，都采用涡扇发动机。

涡扇发动机由风扇、压气机、燃烧室、涡轮、喷管等5部分组成，其核心部件不是我们所能看到的“桶”，而是内部的压气机、燃烧室和涡轮，这些部件也正是研制的难点所在。空气从涡扇发动机的进气口流入，经过压气机压缩后，在燃烧室与煤油混合燃烧，高温高压燃气经由涡轮、喷管膨胀，最后从尾喷口高速喷出。涡扇发动机的推力一部分来自喷出燃气所产生的反作用力，另一部分是涡轮驱动风扇，风扇旋转驱动空气喷出而给予飞机的一个反作用力。

这个反作用力非常大，且首先作用于小小的风扇和涡轮上，此刻它们就好比承受了一个几十吨甚至几百吨的重物。因此，对风扇和涡轮的材料强度要求特别高，设计也必须特别精巧，稍有不慎，反作用力就可能折断扇叶或者使扇叶出现裂痕，从而导致重大事故。因此，一款航空发动机从设计到真正装配到飞机上，必须要千锤百炼，经过各种各样的测试，确保万无一失。

工业制造王冠上的明珠

就像心脏的结构看似简单，但人工制造却不易一样，涡扇发动机的组成部分看似简单，实则研制不易。因为它不仅要提供强劲动力，而且还要克服运行过程中产生的高温高压，因而对材料和设计的要求都很高。航空发动机以高温、高压、高转速和高负荷这“四高”为技术难点，它考验的是一个国家材料工业和制造工艺最尖端的加工能力。由英国罗尔斯·罗伊斯公司为空客A380生产的涡扇发动机，其内部的最高温度可达到太阳表面温度（6000摄氏度）的一半，发动机内部的压力达到50个大气压，3米多长的涡轮叶片，转速高达2000千米/时。

航空发动机生产工艺决定了这台发动机的整体性能，从燃烧室转子叶片上就能分辨出一个国家的制造工艺水平的高低。燃烧室温度往往高达两三千摄氏度，一般的钢铁放进去就熔化了，因而需要特制的合金钢叶片。叶片根部有许多的小孔是用来释放散热空气的。当发动机启动时，轮轴里散出来的炽热空气会通过这些小孔流到叶片外面去，叶片旋转时产生的热量就会减少。这些小孔很关键，每个孔的数量和形状都经过精心计算，数量多了，承受转动力不够；数量少了，散热不佳，如果计算失误了就需要重新设计。

如果说飞机、火箭、飞船等航空航天器是“工业制造的王冠”，那么涡扇发动机等航空航天发动机则是王冠上的明珠，也有人称之为“工业之花”。航空发动机是人类工业革命以来重要的技术成果之一，其技术含量之高，可作如下对比：如果说船舶每单位重量包含的价值为1，那么轿车为9，彩电为50，电脑为300，喷气式飞机为800，航空发动机则为1400。

C919大型客机的“中国心”

航空发动机的研制需要用到多种新理论、新材料和新工艺，要做到“知其然”都难。对于国外一些先进的涡扇发动机来说，在没有操作手册的情况下，要将涡扇发动机正确拆开都是一件极为困难的事情。因此，很难像一些人开玩笑所说的那样：“山寨”一个航空发动机。当然，我们不能总是幻想着能模仿国外先进的涡扇发动机，开发自主知识产权的航空发动机才是必由之路。

我国与发达国家研制发动机的差距主要在于设计经验与测试实验上。比如，西方国家在研制发动机的时候会有很多领域的测试实验：有测风扇的，有测涡轮的，有测燃烧室的……这样一来设计师就会对每一个部分的性能和寿命都了如指掌，也就知道了整个发动机的性能是如何的，要改进也就容易多了。如果没有这样一套测试平台，我们就得用整台发动机进行破坏性的测试，这就需要花费好多的发动机样机了，成本也会随之上涨。

国产C919大型客机第一批发动机将使用进口发动机——由美法合资的CFM公司制造的LEAP-X1C发动机，这也是即将应用于空客A320上的新一代发动机。比起以往的民航客机发动机，LEAP-X1C发动机在技术上更为先进，具有更好的燃油经济性和更低的二氧化碳排放量。这种发动机的强度也很好，风扇叶片采用的是碳纤维复合材料，涡轮部件采用的是陶瓷基复合材料。

C919大型客机未来将采用的第二批发动机是国产的，目前正在研制之中，由中航商用发动机公司承担研制。C919大型客机项目常务副总设计师陈迎春曾经表示，国产发动机的研制需要时间，也许几年，也许十几年以后，就能为大飞机装上“中国心”。只有拥有自主研发的先进发动机，才能让中国大飞机的成本持续下降、竞争力继续增强，并最终翱翔于蓝色天空。