文/尹俊杰

（银河执法者 图自网络）

（“米兰号”图自网络）

在各类有着燃燃战争场面的科幻电影里，除了巨型宇宙飞船，外形酷炫、战斗力爆表的小型战机或者飞行器也是幻迷关注的抢眼亮点。《黑衣人：全球追缉》中，黑衣人只需要按动一下按钮，一辆跑车就可以变身为银河执法者喷气式飞机。《X战警》的“黑鸟”，《银河护卫队》的“米兰号”也能瞬间引发幻迷们的尖叫。现实中，我国研发的歼-20、歼-11B也是天空中速度与激情的代表。其实，无论幻想与现实，对于一台能打耐造的战机来说，好的动力装置是不可或缺的——那就是飞机的心脏，航空发动机。

仅仅只是牛顿第三定律？

要让一架飞机升起来，需要对飞机提供自下而上的浮升力以抵抗重力。不过浮升力是机翼要干的活，与航空发动机无关。航空发动机用于提供推力，以驱使飞机向前进。航空发动机的原理其实显而易见：对于活塞式发动机，通过内燃机四冲程的运行，螺旋桨的叶片被带动旋转，使空气加速向后流动，而空气的流动又反过来给飞机一个作用力，因此飞机被“推”着往前走；对于涡轮喷气式发动机，空气经过加压后与燃油混合燃烧，并以燃气的形式喷射出来，它也同样对飞机产生一个向前的推力。所以，气体的反作用力就是飞机能够向前飞的原因，换个说法，就是牛顿第三定律。

你没听错，就是这么简单。

当然，话还没有说完。我们的目标并不仅仅是让一架飞机飞起来，而是能让它飞得更快、更高，让它载重量更大。

从莱特兄弟到F-35——航空发动机的演变

自1903年12月17日莱特兄弟把那台四缸直列式水冷发动机装在他们的飞机上并完成了世界上第一场飞行后，人类正是开启了对航空发动机探索的大门。

（莱特兄弟 图自网络）

第二次世界大战期间，活塞式发动机得到广泛的发展和应用。战争的双方都竭尽全力地改进自己的发动机——对于一架优良的战斗机来讲，提升空中格斗能力最重要的部分当然是提升发动机性能。当时最具代表性的发动机无异于普惠公司的“双黄蜂”R-1830以及英国的“梅林”V-12，前者是美军近两万架B-24轰炸机的动力装置，后者则广泛用于“飓风”、“喷火”“野马”等大名鼎鼎的战斗机。

（P-51“野马”战斗机 图自网络）

随后，燃气涡轮发动机的诞生宣布了活塞式发动机的死刑。早在上世纪30年代，英国的怀特少校就已经成功研制出了涡轮喷气式发动机，而同时期的德国甚至已经成功完成了世界上第一架喷气式飞机的首飞。从上世纪40年代开始，燃气涡轮发动机开始了迅猛的发展历程。在70余年的发展中，战斗机发动机的推重比已经从2提升至7～9，对于更加先进的第四代航空发动机，推重比甚至达到了10甚至更高。

说到航空发动机，我们就不得不提起航空发动机发展史的传奇：CFM-56发动机。它几乎占据了民用航发能有的所有优点：造价低、耗油率低、工作运行可靠、维修性强。正因如此，世界上许多的飞机都装备着CFM-56系列发动机。

（CFM56-7发动机剖面图 图自网络）

（波音737客机，该型号飞机装备了CFM56-3发动机 图自网络）

航空发动机的未来——用什么来终结F-22？

在这个瞬息万变的时代，空军已经成为战场的决定性因素之一。航空发动机作为飞机的心脏，可谓当仁不让。从某些角度来讲，航发是决定战斗机作战能力的要素之一。研发先进的航空发动机，对一个国家保持军事、技术、商业优势发挥了重要作用。

F-22是世界上最先进的战斗机，同样，F-119也是世界上最先进的军用发动机。目前世界上还有许多大国也当仁不让，争先研制第四代航空发动机，包括普惠公司的F-135发动机（它是F-35战斗机的动力装置），俄罗斯Su-57战斗机的AL-41F发动机，以及我国J-20B战斗机拟定装配的WS-15“峨眉”发动机。

（Su-57战斗机 图自网络）

在如今涡轮风扇式喷气发动机制霸的时代，传统改良发动机性能，只是简单地“换汤”，能否真正实现突破，需要的是研发工作原理截然不同的“换药”形式的发动机。

现在新概念发动机主要以空气喷气式发动机为主。

最有可能成为我们下一代航空发动机的，是变循环发动机（就是我们所说的VCE和ACE）。一架飞机在飞行过程中会面临许多不同类型的工作状况，比如起飞、亚音速巡航、战斗机的空中格斗、开启加力燃烧状态追击敌机，以及海洋、高原、沙漠等等不同地域，加之雨雪等等天气影响，变循环发动机是指在一台发动机上，通过改变发动机的一些部件的几何形状、尺寸或者位置，来达到不同工况下的工作循环。

（YF22、YF23战斗机与YF120变循环发动机，它是世界上第一种经飞行验证的战斗机用变循环发动机 图自网络）

另外，脉冲爆震和超燃冲压发动机也是一种全新概念的发动机。前者以脉冲式、周期性爆震波所产生的高温高压燃气来产生推力。后者在科幻小说《盲视》中也有过它的登场——“贝茨从感控中心中抓出一幅图，在前端将某些部分高亮显示，后端随即得出了结论：‘超音速冲压喷射装置。’”在它的燃烧室内，空气与燃料的混合燃烧是在超声速气流中进行的。在未来，它不仅可以用于高马赫数的飞行器，也许还将成为导弹的动力装置。

（看起来好奇怪的脉冲爆震发动机 图自网络）

（NASA所研发的X-43A飞行器，装备了超燃冲压发动机，是人类所建造出来的速度最快的飞行器 图自网络）

此外，尽管我们不认为在未来几十年不会出现某种发动机直接KO掉燃气涡轮发动机，但是我们依然在开展对其他动力来源的航空发动机研究，代表就是电推进技术。

顾名思义，这种技术说的就是通过飞机上安装的电池提供能量，带动机翼上的螺旋桨旋转或者使用高电压产生离子风，利用离子风驱动飞机飞行。但目前这项技术还存在很多瓶颈有待突破。比如：电池容量、电动机的使用、安装位置，电动机的功率要求、效率要求，电动机的散热等。

（NASA分布式电推进飞机X-57概念图 图自网络）

结语

人类是大地的孩子，但人类终将走出大地，飞向蓝天。航空发动机不仅仅是一个体现牛顿第三定律本质的机械装置，它更代表了人类渴望天空的心。虽然，对抗的本能使航空发动机依然作为一项重要的军事武器而得以发展，但它依然是集成人类各领域科学技术的结晶。

未来的人们也许会怀念我们这个使用涡轮发动机的时代，就像我们怀念当年只有火车的时代一样。时代是在进步的，科学是在进步的，但永远不变的是我们的好奇心。为了更高、更快、更重的目标，我们从不会停下探知的步伐。

当然，终有一天，人类终将像如今研发航空发动机一样为太空探索注入资金，因为——

我们的征途是星辰大海。

（我们的征途是星辰大海 图自网络）