摘要: 航空，作为三大交通方式之一，虽然研究应用的起步最晚，但其迅猛的发展，已使其在现如今交通运输领域占有举足轻重的地位。而发动机作为精密机械，是航空器最核心的部件之一，对其发展历史的回顾和未来前景的预测，无疑对整个航空乃至航天领域，都有不可言喻的重要意义！
关键词:精密机械航空发动机发展史
1.引言
航空发动机的历史大致可分为两个时期。第一个时期从首次动力开始到第二次世界大战结束。在这个时期，活塞式发动机统治了40年左右。第二个时期从第二次世界大战至今。70多年来，航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机，开创了喷气时代。
本文将分“活塞式发动机”、“燃气涡轮发动机”、“世界及我国航空发动机现状及对未来发展的展望”三个方面展开论述。
2.活塞式发动机统治时期
传统的活塞式发动机可以分为“液冷发动机”、“气冷发动机”、“旋转活塞机”等三种类型。
提到液冷发动机，有两个不能不想起的人，那就是莱特兄弟。1903年，莱特兄弟把一台4缸、水平直列式水冷发动机改装之后，成功地用到他们的"飞行者一号"飞机上进行飞行试验。这台发动机只发出8.95 kW的功率，重量却有81 kg，功重比为0.11kW/daN。发动机通过两根自行车上那样的链条，带动两个直径为2.6m的木制螺旋桨。首次飞行的留空时间只有12s,飞行距离为36.6m。但它是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重于空气飞行器的成功飞行。[1]
活塞式发动机的发展史同内燃原理的发明密切有关。尚在1673年，荷兰的一位物理学家格尤庚斯的著作中就提出了内燃原理，作者制造了一台利用大气压力的火药式机器的试验装置，首次使用了活塞气缸以转化能量。格尤庚斯的学生巴冰后来承继了他的工作, 同时“发现在气缸内利用火药不可能获得真空”，就想用别的工具——蒸汽，于是他也放弃了内燃原理的研究，后来的热力发动机的发明家和设计者也都走了这条路，而且几乎在二百年期间制造的都是蒸汽发动机。不过蒸汽机的年代对我们非常有意义，因为在此期间，使用了而且在制造上形成了一套完整的曲柄连杆机构, 同时还掌握了制造活塞式机器所必须的工艺学。
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对于活塞式发动机，有两个特殊的时期，那就是第一二次世界大战。在两次世界大战的推动下，活塞式发动机不断改进完善，得到迅速发展，第二次世界大战结束前后达到其技术的顶峰。
二次大战中, 各种飞机用的发动机均是活塞式发动机。这种发动机工作时只输出扭矩,不能直接产生推进飞机前进的推力或拉力, 因此需采用空气螺旋桨（简称螺旋桨）作为推进器。螺旋桨由发动机带转后, 在桨叶上产生推进飞机前进的拉力。这种由活塞式发动机与螺旋桨组成的飞机动力装置，在二战中得到了极大的发展, 发动机最大的功率达到3500kW 左右，发动机的耗油率低的约为0.28kg/(kWh),发动机的功率重量比(功率/重量)达到2hp/kg, 成为战斗机、轰炸机、运输机等的动力, 在战争中发挥了重大作用。但是, 它却限制了飞机飞行速度的提高, 其主要原因有二: 首先, 推进飞机前进的推进功率与飞机的飞行速度的三次方成正比, 当飞行速度提高后, 飞机所需的大功率发动机根本无法实现, 例如, 一架装有2000hp、重4t的飞机, 要将它的飞行速度由400km/h提高到800km/h时, 姑不考虑螺旋桨在高速飞行时效率大幅度降低的因素, 就需将发动机功率提高8倍即需16000hp, 这么大的功率的航空活塞式发动机显然是不可能实现的。即使能实现, 其重量将高达8t, 比飞机还重,另外, 当飞机飞行速度增大后, 空气作用在桨叶叶尖处的相对速度大大提高,超出声速很多,损失大增, 使桨叶的效率大幅度降低, 为了能得到足够的拉力,要求再增大发动机的功率,使发动机的功率还要再增加很多。由此可以看出, 采用活塞式发动机作动力的飞机, 飞行速度是受到限制的, 不可能接近声速, 更不可能达到声速、超过声速, 当时最先进的战斗机飞行速度也只有650-750km/h。[3]
至此，全世界各个航空器生产公司都统一转配活塞式发动机，一度成为活塞式发动机统治的王朝。
3. 燃气涡轮发动机新时代
随着时间的巨轮不急不慢的来到近代，传统的活塞式发动机已经无法满足人们越来越高的要求，燃气涡轮发动机推进了一个新时代。
其中与喷气发动机原理有关的研究已有久远的历史，中国古代的火箭和走马灯就是喷气推进和涡轮机原理的体现。直到1913年，法国工程师雷恩·罗兰获得了第一个喷气式飞机的发明专利，宣告了将该原理应用于实际。
雷恩·罗兰的喷气式发动机属于无压气机式空气喷气发动机，还有一种是冲压发动机。这种发动机结构简单、推力大，特别适合高速飞行。无压气机式喷气发动机还有脉冲式发动机和火箭发动机。脉冲式发动机是冲压喷气发动机的一种特殊形式，没有得到广泛应用。有压气机式空气喷气发动机是由英国人弗莱克·惠特尔和德国人汉斯·冯·奥海因在同一时期分别发明的。压气机有离心式、轴流
式、组合式等多种，由后面的燃气涡轮带动，所以这类发动机又称为燃气涡轮发动机。空军少校惠特尔1930年申请了专利，1937年4月研制出。[4]燃气涡轮发动机主要分为这么几种，分别是涡喷/涡扇发动机、涡桨/涡轴发动机和高性能涡轮机。
就在第二次世界大战结束不久，喷气式无人靶机登上了历史舞台，围棋配套的弹用涡轮喷气发动机开始成为喷气式发动机的一个重要分支。法国和美国是世界上最先研制弹用小型航空燃气涡轮发动机的国家，也是型号最多、技术最先进的国家。
其中法国透博梅卡公司早在20世纪40年代后期就开展了弹用涡喷发动机的研究，先后有“玛波尔”、“阿比宗”等型号问世。其中，“玛波尔”VID用于M-20靶机，“玛波尔”VIF用于CM.170教练机：“阿比宗”用于“奥拓马特”反舰导弹和台湾的“雄风”2A/S反舰导弹。法国微型涡轮发动机公司从1960年开始小型涡轮喷气发动机的研究。1972年，该公司根据法国军方的要求，为新一代靶机和战术导弹研制低成本的TRI60涡轮发动机。1974年6月，第一台验证机开始台架实验，推力达3000牛（约为306千克力），随后又发展出3337.5-5562.5牛的一系列发动机。TRI60系列发动机在导弹、靶机（如C.22）和遥控飞机等领域获得了广泛的应用，并远销美国、英国、德国、瑞典和新加坡等国。[5]半个世纪以来，涡轮发动机已成功地发展出四代，功重比已从2kW/daN提高到6.8-7.1 kW/daN。第三代涡轮发动机是20世纪70年代设计，80年代投产的产品。主要代表机型有马基拉、T700-GE-701A和TV3-117VM，装备AS322"超美洲豹"、UH-60A、AH-64A、米-24和卡-52。第四代涡轮发动机是20世纪80年代末90年代初开始研制的新一代发动机,代表机型有英、法联合研制的RTM322、美国的T800-LHT-800、德法英联合研制的MTR390和俄罗斯的TVD1500，用于NH-90、EH-101、WAH-64、RAH-66"科曼奇"、PAH-2/HAP/HAC"虎"和卡-52。世界上最大的涡轮发动机是乌克兰的D-136，起飞功率为7500 kW,装两台发动机的米-26直升机可运载20 t的货物。以T406涡轮发动机为动力的倾转旋翼机V-22突破常规旋翼机400 km/h的飞行速度上限，一下子提高到638 km/h。
至此，全世界现役战斗机中发达国家主力机种最重要的部件已经出现——第三代战斗机是目前世界发达国家现役主力机种。1973年美国普惠公司研制成功第一台推重比8一级涡扇发动机F100以来。相继有GE公司的F404、F110、西欧二国的RBl99、俄国的PⅡ33和AJ1—31s。除法国的M53为单转子涡喷发动机外(推重比只6．56)，其余均为双或三转于涡扇发动机，推重比7～8，涡轮前燃气温度1600～1700K。[6]
4. 世界及我国航空发动机现状
