前言：本文可以算是一篇軍事科技文章，但是部分內容又超出了純粹的軍事技術范疇，如果您對中間原理性和制造的內容實在不感興趣，可以直接跳到文章后面部分，有大家都感興趣的最先進戰斗機的內容。

大多數飛機由五個主要部分組成：機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置。

飛機結構

飛機的飛行要解決兩個問題：一是上升；二是前進，前進靠的是發動機的動力帶動螺旋槳旋轉產生的向前牽引力或是噴氣產生的向前推力。

飛機產生升力的原理

飛機的上升是根據伯努利原理，即流體的流速越大，其壓強越小；流速越小，其壓強越大。此外，升力和迎角等都有很大關系。飛機機翼截面圖見上圖，機翼上方比下方的曲線長。當空氣流過機翼時，因為流量一定的情況下，流道變長流速增加，機翼下方的壓強大于上方，于是就產生了向上的托舉力，就是升力。氣流流過的壓力差產生了升力，根據伯努利公式：

伯努利公式

其中，p為流體中某點的壓強，v為流體在該點的流速，ρ為流體密度，g為重力加速度，h為該點所在高度，C是一個常量。對機翼而言，p1和p2就是機翼上下方的壓力，從公式中可以輕易看出，對飛機的升力影響最大的是飛機前進的速度，于是導出下一個話題，即飛機的發動機，航空發動機是提供飛機前進的動力裝置，大致分兩大類：活塞發動機和渦輪發動機。

渦輪發動機又分為四種：渦噴式、渦扇式、渦軸式、渦槳式。其中渦軸式用于直升機；渦槳式用于中速遠程運輸機、旅客機、海上巡邏機、反潛機等航速較慢的中小型飛機，本文將不做詳細介紹。本文將重點介紹最先進的渦扇發動機，比如波音767、777客機，美軍的F16、F22、F35戰斗機，俄軍的蘇-35、蘇-57戰斗機，我軍的殲10、殲20戰斗機，都使用的是渦扇發動機。

飛機出現的早期，都是星型發動機，屬于活塞式發動機的一種，早在1903年，星型發動機就用在了飛機上，本文就不做具體介紹了。渦輪噴氣發動機簡稱渦噴發動機，其歷史也很悠久，1937年，世界上第一個渦輪噴氣發動機就開始運行了。

渦噴發動機，只有一個空氣通道，專業上叫做“涵道”

渦噴發動機由5個結構組成。空氣從進氣道進入發動機后，首先被高速運轉的壓氣機壓縮，產生高壓致密空氣以提供大量氧氣，燃燒室噴油燃燒，向后沖擊渦輪機，而渦輪機又帶動前面的壓氣機，燃氣流從噴口噴出產生推力。

渦扇發動機基本結構

渦輪風扇發動機簡稱渦扇發動機，基本原理是：在發動機的前端，有一個大風扇，其作用是吸入空氣。風扇后面是低壓和高壓壓氣機，它們逐步將空氣壓縮成中壓和高壓。壓縮后的高壓空氣會經過燃燒室，與航空煤油一起燃燒后，氣體溫度會有極大的提升。這些氣體會噴到渦輪，渦輪是由許多葉片組成的輪子，當氣體通過渦輪時，葉片會被氣體推動從而使渦輪旋轉。最后從尾噴管噴出并產生推力。

渦扇發動機有兩個涵道

很容易就能發現，渦扇發動機和渦噴發動機兩者之間的區別：渦噴只有一個空氣通道，專業上叫做“涵道”，而渦扇發動機卻有兩個空氣通道。也就是說，渦噴發動機是單涵道發動機，而渦扇是雙涵道發動機。發動機在運轉時，外涵道與內涵道空氣流量的比值叫做涵道比。涵道比越大越省油，經濟性越好。高涵道比的發動機在亞音速時有非常好的能效，所以它廣泛地運用于客機、運輸機等。

渦扇發動機剖面圖

高涵道比的發動機，主要推力不是來自于向后噴出的高溫燃氣，而是來自于外涵道高速向后噴出的空氣。現代戰斗機也大多采用渦扇發動機，只是為了追求高空的超音速性能，才使用低涵道比的發動機。比如美國F22戰斗機使用的渦扇發動機，涵道比很低，只有0.3:1。

渦扇發動機結構簡圖

目前大多數飛行器采用渦扇發動機，是一種先進的發動機，外側被進氣道包裹，由內部的核心機驅動，核心機包括：壓氣機、燃燒室、渦輪，由壓氣機制造高壓氣體驅動渦輪。渦扇發動機的大致結構和工作原理如下：

1-風扇

發動機前面的風扇

渦扇發動機前面都有風扇，作用就是吸入空氣，大大提高中低速下的進氣效率，簡單說就是更有效地把空氣吸入發動機。

前端黑色的就是風扇

早期的噴氣發動機是渦噴發動機，所有的氣流都流過核心機。而大多數現代固定翼飛機都采用渦扇發動機，只有一部分氣流流過核心機，流過核心機的氣流通過渦輪驅動風扇。

2-壓氣機

壓氣機結構

壓氣機將空氣壓縮到高壓狀態，高速旋轉的壓氣機葉片給空氣作功以提高空氣壓力，因為氣體壓力越高，燃燒時能釋放的能量越多。壓縮過程發生在多級壓氣機之間，壓縮級由轉動的轉子和固定在機匣上的靜子組成。

氣體在壓氣機葉片中流動

見上圖，暗色為靜子葉片，亮色為轉子葉片。壓氣機轉子上的葉片，驅動空氣通過壓氣機并且使空氣旋轉，因為靜子葉片不旋轉，以這種阻礙空氣旋轉的方式，與轉子上的流動的空氣形成壓力差，從而獲得更高的壓力。

左邊為4個低壓級壓氣機，右邊為10個高壓級壓氣機

比如上面這臺發動機的壓氣機中，就由左邊的4個低壓級和右邊的10個高壓級構成。因為在流量一定的情況下，流道越窄則流速越快，氣體壓強越大，所以壓力左低右高。

3-燃燒室

燃燒狀態下的燃燒室

燃燒室是燃料或推進劑在其中燃燒生成高溫燃氣的裝置，是一種用耐高溫合金材料制作的，燃料即在此燃燒。被加壓的空氣通過燃燒室，和燃料混合并點燃，并釋放出高能燃氣。

燃燒室的溫度一千多度，發動機外部卻連燙手的溫度都沒有，因為發動機的風扇葉片熔點很低，燃燒室的保溫和阻燃工藝是最難的重點，否則發動機的外部零部件都會損傷，但是想要達到這個外部感知不到的溫度，且發動機內部穩定充分燃燒的要求，談何容易？

燃料注射器的結構

從油箱來的燃料被加壓后，從噴嘴噴出，每個噴嘴都有一個燃料注射器，燃料經過噴嘴發生旋轉并與輸入的空氣充分混合。

點火器的結構

發動機點火采用電子點火的方式，點燃混合后的空氣和燃料并使火焰擴散到整個環。只要燃燒室啟動，一直供應燃料和空氣的情況下，就會一直保持燃燒。

4-渦輪

發動機尾部的渦輪

在發動機尾部的渦輪由燃燒室排出的高溫氣體驅動。高壓渦輪的作用是利用發動機排出的氣體來驅動發動機的壓氣機，從而提高發動機的效率。它可以較好地控制發動機的輸出功率和轉速，保證發動機的正常工作。高壓渦輪可以提高發動機的效率和輸出功率，從而降低發動機的燃油消耗。

燃燒后的氣體經過渦輪葉片后，反向驅動壓氣機和風扇

見上圖，經過渦輪排出的燃燒后的氣體反向流動，不僅用來驅動風扇，還用來驅動壓氣機。渦輪葉片的溫度很高，壓氣機中的部分空氣會輸送過來冷卻渦輪。

5-尾噴管

尾噴管噴出氣體，產生推力

尾噴管的主要作用是將由渦輪流出的、仍有一定能量的燃氣膨脹加速，以較大的速度排出發動機，從而產生推力。尾噴管一般是可調節的，以達到最大的排氣加速度。

6-加力燃燒室

加力燃燒室具有提高發動機功率的作用

戰斗機的發動機，一般在渦扇發動機后加裝一個加力燃燒室（又稱后燃室），讓前端產生的尾氣與燃氣重新燃燒產生更大的推力。但由于加力燃燒室的燃燒效率很低，通常只用于短時爆發，例如起飛、爬升、作戰演習等情況。

渦扇發動機的基本原理我們介紹完成，下面將介紹一下渦扇發動機的制造難點：

1-壓氣機和風扇的葉片制造

風扇、壓氣機、渦輪等部件，都有葉片

發動機工作過程中，葉片受到離心力、空氣燃氣產生的氣動力、熱應力、交變力、隨機載荷等影響。在各種載荷的作用下，葉片極易產生高周疲勞、熱疲勞，為了保證工作質量和工作效率，葉片的選材及生產工藝都有極高的要求。

鈦合金葉片，在高溫狀態下，中間的小孔用于氣體通過時冷卻葉片

各類葉片（包括風扇葉片、壓氣機葉片、渦輪葉片）是渦扇發動機的核心部件，占據發動機制造30%以上的工作量。其中，風扇/壓氣機葉片屬于冷端部件，多使用鈦合金材料，復合材料用量在不斷加大；渦輪葉片屬于熱端部件，使用高溫合金等材料，通過精密鑄造加工而成，是渦扇發動機中制造難度和制造成本最高的葉片，占渦扇發動機葉片總價值的60%以上。

葉片上新型的熱障涂層，用于隔熱，以延長葉片的使用壽命

先進的渦輪發動機的渦輪進口溫度超過1600℃，不僅遠超鎳基高溫合金本身的耐熱極限，甚至超過了合金的熔點，因而要用最先進的材料、結構和工藝來制造。

空心鑄件內腔以改善渦輪葉片的氣冷結構

葉片的材料有鋁合金、不銹鋼、鈦合金、高溫合金和復合材料葉片等。風扇及壓氣機葉片屬于冷端部件，工作溫度相對較低，一般采用鈦合金、高溫合金等材料，其中鈦合金因其比重低、比強度高、耐腐蝕，在減重方面貢獻突出，所以被大量用于生產壓氣機葉片。

風扇上的葉片

從制造工藝上看，壓氣機葉片葉型薄，易變形，精準控制其成型精度，高效、高質量地加工是葉片制造過程中的核心難點。在各類葉片當中，壓氣機葉片是航空發動機中型面結構最復雜、工作環境最苛刻的零部件之一。

壓氣機中的葉片

為了減少空氣流動動力損失，壓氣機葉片相較于其他部位葉片最大的特點便是其復雜的型面、扭轉度以及葉片本身輕薄的厚度。比如葉片前后緣的厚度只有0.1-0.2mm，不僅型面復雜，并且制造難度非常高。

盤類件和機匣示意圖

2-盤類件和機匣制造

盤類件主要有渦輪盤、壓氣機盤、整體葉盤。整體葉盤結構是在常規盤片分離結構基礎上發展起來的一種盤片一體化新型結構，具有減重、減級、增效和提高可靠性等優點，材料一般選用鈦合金和高溫合金。渦輪盤和壓氣機盤都是航空發動機的轉子部件，渦輪盤是航空發動機上用于安裝和固定渦輪葉片以傳遞功率的零部件，承受著高溫、高壓、高轉速工作環境下的復雜載荷。

機匣是航空發動機上的主要承力部件，為發動機承受載荷和包容的關鍵部件，是典型的薄壁結構零件。其主要作用為：保護發動機核心機，給裝在外部的發動機部件如燃油泵、滑油泵、發電機和齒輪箱等部件以及管路等提供支撐；內側主要安裝靜子和燃燒室，和轉子組件一起構成空氣流通通道。機匣按功能進行分類可以分為風扇機匣、外涵機匣、中介機匣、壓氣機機匣、燃燒室機匣等。機匣材料多為鈦合金、高溫合金，加工過程中需要著重控制高精度形位公差及薄壁加工變形。

3-控制系統

航空發動機的控制系統

發動機的控制系統由控制系統和被控對象組成，控制系統的主要元件有敏感元件、放大元件、執行元件、供油元件等構成，大致分為以下幾類：

（1）燃油流量控制：根據發動機的不同狀態(包括起動、加速、穩態、減速、反推等)，將清潔的，無蒸氣的、經過增壓的、計量好的燃油供給燃燒室。在控制中要求：不能喘振;不能超溫;不能超轉;不能富油熄火;不能貧油熄火。這就是所謂的推力控制、過渡控制和安全限制。

（2）空氣質量流量控制：對流經發動機的空氣質量流量進行控制，以保證壓氣機工作的穩定性。它包括可調靜子葉片(VSV)和放氣活門(VBV)等。

（3）渦輪間隙控制：控制高壓渦輪，甚至包括低壓渦輪的轉子葉片和機匣之間的間隙，以保證在各個工作狀態下間隙為最佳，減少漏氣損失，提高發動機性能。

（4）冷卻控制：它包括兩個方面，一是燃、滑油溫度的管理，保證滑油的充分散熱及燃油既不結冰又不過熱。根據燃油、滑油溫度的情況，決定各個熱交換器的工作方式。二是以最少的引氣量，控制發動機部件的冷卻，同時提高發動機性能。

（5）發動機控制：包括動力渦輪轉速調節器、多發動機負載匹配控制等。

（6）超聲速飛機控制：超聲速飛機所配備的發動機進氣道和尾噴口面積控制，以保證各部件相互之間匹配工作。

4-裝配

請先看一組渦扇發動機裝配的圖片：

渦扇發動機上密集的管線

發動機加力燃燒室的噴油環

蘇30戰斗機使用的發動機，手工裝配中

復雜的壓氣機轉子

組裝完畢的多級壓氣機轉子

成品發動機上密如織網的管道與管路，只能依靠熟練工人手工裝配

裝配中的矢量噴管

裝配后的矢量噴管

尾噴管，收斂-擴散動作筒和部分魚鱗片已經安裝到位

起吊裝配中的發動機

尾噴管由多片重疊的內外魚鱗片組成，外片正好遮蓋住內片之間的縫隙

一部航空渦扇發動機在極其有限的空間內，其零部件達幾十萬個之多，結構連接彼此傳導，每個零件都有各自的功能，許多零部件的運作存在聯動、互鎖、并行和因果等各種邏輯，任何一個小零部件的問題都可能會讓航空發動機出現故障。可見發動機的制造和裝配過程是十分精密和復雜的，目前多數裝配工序都只能是人工操作完成。

航空發動機最重要的技術參數就是產生的推力大小和使用壽命，其中推力是由其輸出功率來決定，而功率又是和發動機的燃燒效率有著極為密切的關聯。幾十萬個零件，如果每個零件的材料、結構設計、制造精度、工藝方法、裝配精度、控制精度、檢測精度……都差一點，那么成品發動機的整體燃燒效率、功率和推力、使用壽命都有天壤之別的差距。

航空渦扇發動機的制造涉及到的空氣動力、燃燒技術、冷卻技術、材料技術、控制技術、電機技術、電子技術、芯片技術、焊接技術、機械加工技術、液壓技術、氣動控制技術、噴涂技術、裝配技術……等多門類的工程技術，因此制造難度極大。

目前能生產先進渦扇發動機的國家主要包括美國、俄羅斯和中國，美國的代表型號是F135渦扇發動機，俄羅斯則以NK-32渦扇發動機為代表，我國是渦扇15系列渦扇發動機。

俄羅斯NK-32發動機

俄羅斯NK-32發動機以其強大的推力和獨特的設計而聞名。該發動機采用了“雙回路三轉子”設計，并在制造過程中大量采用了鈦合金鑄件，包括風扇盤、葉片和壓氣機盤等部件。這使得NK-32發動機在推力和性能上都有著卓越的表現。其涵道比為1.4，推重比為7.35，渦輪前溫度高達1357℃，最大推力更是可達25噸，堪稱是全球推力最大的第五代軍用渦扇發動機之一。比如每架圖-160戰略轟炸機搭載四臺NK-32發動機，每臺發動機的推力高達25,000千克（約250千牛）。這種超強的推力使得圖-160可以以超音速巡航，最高飛行速度可達到2,220公里/小時，行程超過12,000公里。此外，NK-32發動機還具有較低的燃油消耗和良好的高空高速表現。

美國F135發動機

美國的F-135是世界上最先進的航空發動機。其先進的技術讓一款小涵道發動機輸出了大涵道比發動機的推力，這一特點極大地提升了其性能表現。一臺F-135發動機輸出的推力甚至能比得上兩臺F-414，而且其涵道比只比F414發動機略高0.17，達到了0.57，推重比更是高達11.467，渦輪前溫度可達1800℃左右，最大推力約為23噸左右，是全球推力最大的第四代軍用渦扇發動機之一。F135是一款帶有后燃器的渦扇發動機，專為洛克希德·馬丁F-35閃電II型單發戰斗機研制。它有兩種型號：一種是用于F-35A和F-35C戰斗機的常規起降型，另一種是用于F-35B戰斗機的兩級短距起飛垂直降落（STOVL）變體，包括一個向前的升力風扇。

國產渦扇-15發動機

而中國的渦扇發動機雖然在之前的長時間內與美俄存在較大差距，但在近年來已經取得了顯著進步，如殲20上裝備的國產渦扇-15（也稱為WS-15）發動機。據報道，我國渦扇15系列發動機的最大推力18.5噸左右，已經超過了美國F22戰機使用的F119-PW-100發動機。兩臺渦扇15發動機，能夠確保殲20戰機的強勁動力，作戰潛力大大提升。

下面是世界上最先進的幾款第五代戰機，戰機尾部的就是渦扇發動機。

美國的第五代戰機：F35戰斗機，型號為F-135發動機，單發

俄羅斯的第五代戰機：蘇-57戰斗機，型號為“產品30”發動機，雙發

中國的第五代戰機：殲20戰斗機，型號為渦扇-15發動機，雙發

如果把飛機比作人，航空發動機毫無疑問就是人的心臟，其重要性可見一斑。航空電動機的設計和制造，體現著一個國家的綜合科技水平，也體現了一個國家的整體實力。

后記：本文之所以以航空發動機的原理和制造難度為主要內容，而無意去對比各類先進的航空發動機的參數和性能等數據，就是為了讓更多的軍迷對科技有更深一步的了解，不僅能進一步提高自己，甚至能讓更多的人關注科技的本質，那就是：要知其然，還要知其所以然。