航空小知识——飞机的心脏：航空发动机

航空小知识——飞机的心脏：航空发动机

第一期：燃气涡轮发动机的分类及著名的制造商

1903年，莱特兄弟打开了人类的航空之门，实现了无数人翱翔蓝天的梦想。

百年来，人类的航空工业不断发展，形式各样的航空器层出不穷。这其中离不

开航空发动机的发展和进步。

近年 来，随着航空器的发展，航空燃气涡轮发动机成为了现代飞机和直升

机的主要动力装置。航空燃气涡轮发动机又可分为：燃气涡轮喷气发动机（简

称涡喷发动机）、 燃气涡轮风扇发动机（简称涡扇发动机）、燃气涡轮螺旋桨

发动机（简称涡桨发动机）以及燃气涡轮轴发动机（简称涡轴发动机）以及在

上世纪80年代开始研发的 桨扇发动机。

1、各类燃气涡轮发动机的简介

涡喷发动机是燃气涡轮发动机中最先出现的。其主要特点是推理大、重量

轻、能适应高速高空飞行的优点。正是涡喷发动机的出现，才使飞机具有了破

“音障”的能力，实现了超音速的飞行。但也有耗油率高和能量损失大的缺点。

涡桨发动机是为了克服涡喷发动机耗油率高的缺点而产生的。其主要特点

是能量损失小、推进效率高和油耗低。但是其也有明显的缺点飞行速度不快，

一般只能用于马赫数Ma=0.5~0.7的飞机。（马赫数Ma是指飞机飞行速度与当

地音速的比值）。

涡扇发动机是由尾喷管排出的燃气和风扇加速的空气共同产生推力的发动

机。其主要特点是喷气速度小、噪声低、耗油率低等，但是由于高涵道比的涡

扇发动机迎风面积较大、喷气速度小不适于超音速飞行。现主要用于各类型的

民航客机。

涡轴发动机主要用于直升机。发动机输出的轴功率通过减速器减速并转向，

驱动旋翼旋转，将空气向下向后排出，产生向上向前的力使直升机腾空飞翔。

桨扇发动机（有时称无涵道发动机或超高流量比涡扇发动机）综合狗鼠属相相配吗 了涡桨

发动机的经济性和涡扇发动机的高速性而产生的新的发动机新式。但由于极高

的研发费用，各公司现停止了对其的研究。

2、世界各大发动机厂商

发动 机百年的发展历史也孕育出了多家著名的发动机厂商。它们分别是通

用电气公司（GE），典型的发动机型号有GE90和GENX；罗尔斯罗伊斯公司

（简称罗罗 公司），典型的发动机型号有RB211和遄达系列发动机；普拉特惠

特尼公司（简称普惠公司），典型的发动机型号有PW4000系列发动机；CFM国

际公 司，典型的发动机型号有CFM56系列发动机和国际航空发动机公司（IAE)，

典型的发动机型号有V2500发动机。

近年来，我国燃气涡轮发动机的研究也从未停歇，在一些机型上的发

动机已达到了国际先进水平，相信不远的将来国产发动机将出现在祖国的上空。

我国将真正从一个民航大国走向一个民航强国！

第二期、各型民航发动机的图鉴及介绍

GE 90

GE 90发动机是由通用电气航空发动机公司（以下简称GE公司）研制生

产的高涵道比双转子轴流式涡扇发动机。于1995年11月正式进入商业运营，

有GE 90-94B和GE 90-115B两种型号，其中GE 90-115B这一型号的发动

机推力达到127,900磅是吉尼斯世界纪录中推力最大的发动机。现用于

Boeing 777-200、Boeing 777-200ER、Boeing 777-200LR、Boeing 777-300ER

和Boeing 777 Freighter等飞机。

GEnx

GEnx发动机是由GE公司研制生产的高涵道比双转子轴流式涡扇发动机，

最大推力63800磅。核心机主要部件（详见示意图）：轴流式压气机（包括

1级风扇、4级低压压气机和10级高压压气机 ）、环形燃烧室和轴流式涡

轮（包括2级高压涡轮和7级低压涡轮 ）。GEnx发动机现用于Boeing 787

和Boeing747-8飞机，未来将用于A350等飞机。

GP7000

GP7000是由GE公司和普拉特惠特尼公司（以下简称普惠公司）组成的

“发动机联盟"联合研制生产的高涵道比双转子轴流式涡扇发动地下室防水 机。核心机部件

由GE公司的高压部分和燃烧室加上普惠公司的低压部分和齿轮箱组成（GE公

司部分包括9级高压压气机、2级高压涡轮和单环燃烧室；普惠公司部分包

括： 1级风扇、5级低压压气机和6级低压涡轮）。GP7000发动机可选装于空

客A380飞机，根据客机和货机的型号不同，可分为GP7270(推力311KN)和

GP7277（推力340KN）两种型号。

PW4000系列

PW4000型发动机是由普惠公司研制生产的高涵道比双转子轴流式涡扇发动

机。1987年7月首次交付使用，用于Boeing 767和A310飞机。主要分为三个

型号PW4000-94、PW4000-100、PW4000-112。其中PW4000-94发动机用于A310-

300，A300-600，B767，B747-400，MD-11等飞机；PW4000-100发动机用于

A330飞机；PW4000-11油开头的成语 2发动机用于Boeing777飞机。

PW4000是一系列发动机的总称，具体发动机型号则在PW之后用4位数字

表示，其中第1位数字“4”，表示普惠公司生产的民用大推力发动机；第2位

数字表示飞机制造商的代号，0表示波音公司，1表示空客公司，4表示麦道公

司；第3、4位数字表示推力级，即该2位数乘以1000即为该发动机的以磅为

单位的推力值。例如，PW4052表示用于波音公司、起飞推力为52000磅的发动

机。

PW6000

PW6000发动机是由普惠公司研制生产的高涵道比双转子轴流式涡扇发

动机。于2007年投入使用，发动机推力为 18,000 - 24,000 磅，主要针对

100座左右的飞机。目前主要用于空客A318飞机。主要有两种型号PW6122A 和

PW6124A分别用于A318和A318 Elite飞机。

RB211系列

RB211 系列发动机是由罗尔斯罗伊斯（劳斯莱斯）股份有限公司（以下简

称罗罗公司）研制生产的高涵道比三转子轴流式涡扇发动机。于1972年投入使

用，发动机的推 力为37400-60600磅，并且RB211发动机是世界上最早的三转

子发动机。主要型号有RB211-524和RB211-535分别用于 Boeing747-300和

Boeing757等飞机。

Trent系列

Trent 系列发动机是由罗罗公司研制生产的高涵道比三转子轴流式涡扇发

动机。Trent系列发动机是在RB211系列发动机基础上发展起来的，于1990年

8月投 入使用，发动机的推力为53000-95000磅。主要型号有Trent500、

Trent700、Trent800、Trent900、 Trent1000和TrentTWB。分别用于A340-

500、A340-600；A330; 777-200、 777-200ER、777-300;A380；Boeing787等

飞机

TrentXWB

TrentXWB发动机是罗罗公司正在研制的高涵道比三转子轴流式涡扇发动机，未来将

用于A350飞机。设计推力分别为75,000磅（适用于A350-800）、84,000磅（适用于A350-

900）及97,000磅（适用于A350-1000）。

CFM56系列

CFM56系列发动机是由美国的GE公司和法国的斯纳克玛公司组成的CFM国

际公司研制生产的高涵道比双转子轴流式涡扇发动机。于1974年6月投入使用，

发动机的推力为18,000至34,000磅。主要型号有CFM56-3、CFM56-5B和

CFM56-7B分别用于Boeing 737-300/400/500；A320系列；Boeing737-

700/800/900。

CFM56 LEAP

CFM56 LEAP发动机是由CFM国际公司正在研制的高涵道比双转子轴流式涡

扇发动机。设计推力为：24,500 – 32,900 磅（适用于A320neo）；

20,000 – 28,000 磅（适用于Boeing737 max）；27,980 – 30,000磅（适用

于C919国产大飞机）。

V2500

V2500发动机是由国际航空发动机公司（IAE）研制生产的高涵道比双转子

轴流式涡扇发动机。IAE于1983年成立，由四家航空发动机生产商合资而成，

包括普惠公司（负责燃烧室及高压涡轮部分）、罗罗公司（负责高压压气机部

分）、日本航空发动机公司（负责风扇及低压压气机部分）和MTU发动机公司

（负责低压涡轮部分）。于1988年投入使用，发动机的推力为25000-28000磅，

适用于A320系列飞机。

第三期、航空发动机工作原理和专业名词简介

航空发动机的工作原理

空气通过进气道减速增压，并以最小的流动损失进入到压气机。压气机以高速旋转的

叶片对空气做功压缩空气，提高空气的压力。高压空气进入燃烧室，在燃烧室内 与燃油充分混

合后燃烧，产生高温高压的气体进入涡轮。高温高压的气体首先在涡轮中膨胀，推动涡轮高速

旋转带动风扇（涡扇发动机的主要推力由风扇产生）和压 气机。随后燃气在尾喷管中继续膨胀，

提高燃气速度，使之高速喷出，产生推力。

航空发动机的五大部件

航空发动机主要分为五大部件，分别是进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管，下

文将对各大部件逐一进行介绍：

进气道

航空发动机进气道主要的作用是在各种工作状态下，能够将足够量的空气，以最小的

流动损失，引入压气机。进气道可分为亚音速进气道和超音速进气道，民航发动机的进气道多

为亚音速进气道。

亚音速进气道是扩张型的管道。它由壳体和整流锥组成。进气道的前端如图所

示是扩张型的管道，而前整流锥的后部管道稍微有些收敛。气体进入进气道后，

速度会 下降，压力和温度都会上升，形成减速增压的过程。经过整流锥后，气

体的速度会稍有上升，压力和温度略会降低，气体能较均匀地流入压气机，保

证压气的正常工 作。

压气机

压气机是航空发动机的重要组成部分之一。它的主要作用是通过高速旋转

的叶片对空气做功，对流过它的空气进行压缩，提高空气的压力，为之后在气

体在燃烧室中的燃烧创造条件，以改善发动机的经济性，增加发动五年级数学题100道 机的推力。锦字开头的成语

压气机从构型上可以分为离心式和轴流式两种。评定压气机性能的主要指

标是增压比、效率、外廓尺寸和重量等。此外，轴流式压气机较离心式压气机

相比，增压比大，效率高，单位空气流量大。故现役的民航发动机多为轴流式

压气机。

航空发动机的压气机部分也可分为低压部分和高压部分。低压部分包括风扇和低压压气机，苹果几月开花

高压部分包括高压压气机。低压部分由低压涡轮驱动，高压部分由高压涡轮驱动。另外，罗罗

公司的RB211系列和Trent系列发动机因采用三转子构型，所以还有中压部分。

轴流式压气机由两个部分组成，分别是固定部分和旋转部分，也可称为转子和静子。

如上图为PW4000型发动机压气机部分的分布图。包括一级风扇，四级低压压气机和11级

高压压气机。需注意压气机部分是转子部分在前，静子部分在后。

燃烧室

燃烧室是发动机的重要部件之一。燃烧室位于压气机和涡轮之间，其主要作用是高压

空气和燃油充分混合燃烧，将化学能转化为热能，形成高温高压的燃气。发动机的可靠性、经

济性和寿命很大程度由它决定。

燃烧室有三种基本构型，分别是分管燃烧室、联管燃烧室和环形燃烧室。无论那种燃烧室，

为了满足基本功能都采用了减速扩压、分股进气等技术。燃烧室由进气装置（扩压器）、火焰

筒、喷嘴、点火装置和壳体组成。

目前民航发动机所使用的多为环形燃烧室，其中环形燃烧室又可分为直流式回流式和折流

室三种类型。

涡轮

涡轮是航空发动机的重要部件之一。安装在燃烧室的后面，它的作用是将高温燃气中

的热能和压力位能转变为功，高温高压的气体在涡轮中膨胀，推动涡轮旋转，带动风扇和压气

机工作。航空燃气涡轮的特点是功率大、燃气温度高、转速高、效率高和重量轻。

涡轮可分为轴流式和径流式两类。民航发动机多采用轴流式涡轮。轴流式涡轮又可分为冲

击式和反力式两种。

涡轮的结构也分转动部分和固定部分。转动部分叫做涡轮转子，固定部分叫做涡轮静

子。涡轮转子由涡轮盘、涡轮轴、工作叶片和连接零件等组成。涡轮静子由涡轮机匣和导向器

等部分组成。

工作叶片一般由叶身、中间叶根及榫头三部分组成，现在最广泛使用的是枞树形榫头连接。

涡轮与压气机不同，静子部分在前，转子部分在后。如上图为PW4000发动机的涡轮部分分

布，两级高压涡轮和四级低压涡轮。

尾喷管

尾喷管安装在涡轮的后部，也是发动机的重要部件之一。主要作用是将从涡轮流出的

燃气膨胀加速，将燃气部分的焓转变为动能，提高燃气速度，使燃气以很大的速度排出，产生

较大的推力。

尾喷管分为亚音速和超音速两类。亚音速喷管是收敛形的管道，而超音速喷管是先收敛后

扩张形的管道。

亚音速喷管由排气管和喷口组成。

专业名词简介

1、 涵道比:外涵道气流与内涵道气流之比。外涵道气流指脾虚证 通过风扇后从核心机外围流

过的气体；内涵到气体指的是从核心机内部流过的气体。

2、 增压比：压气机出口处的总压与压气机进口总压之比。

3、 马赫数：飞行速度与当地音速之比。

4、 压力比（EPR）：涡轮后的总压与压气机进口处的总压之比。

5、 发动机排气温度（EGT）：低压涡轮后燃气总温。

第四期：dnf女气功加点 畅想未来发动机

航空发动机是航空器的心脏，航空发动机的性能直接决定了航空器的

品质。近年来以GE、普惠和罗罗为主的多家航空发动机厂商开始了对新型高性

能发动机的合作 研究。不仅仅是针对军方使用的发动机和科研发动机，民航发

动机的研究也进入了高潮。降低耗油量，采用新能源技术，提高发动机的推力

以及降低噪音和对坏境的 学习历史 污染已经成为了各大发动机厂商研究的核心和重点。

1 脉冲爆震发动机

脉冲爆震发动机(PDE)是以汉弗莱（Humphrey）循环原理工作，是一种定容

的燃烧过程，利用脉冲式爆震波产生推力的新概念发动机。爆震燃烧产生的爆

震波使可爆燃料的压力、温度迅速升高（压力可高达100个大气压，温度可达

2000℃）。因此，爆震燃烧的发动机可以不用传统的压气机和涡轮部件就达到

对气体进行压缩的目的，使结构大大简化，成本大大降低。它没有普通发动机

的叶轮机械，只是由进气道、爆震室和尾喷管组成。脉冲爆震发动机的工作由

高频率的爆震循环组成，每个循环包括进气、喷油、点火、燃烧及排气。与传

统的航空推进系统相比，它具有许多优点：

1、 结构简单，无涡轮等旋转部件，尺寸小，不大于2米。

2、 性能优越、适用范围广、可在零速度下使用。PDE的推重比可

达20，M数范围0~10，飞行高度范围0~50km，推力范围

0.5kg~50000kg，耗油率小于1kg/kgoh。

3、 成本低，PDE可采用现有材料和用现有工艺生产。PDE的成本

可比超音速涡轮发动机价格便宜75%。

脉冲爆震发动机将广泛应用于无人机、靶机、战斗机、高超声速隐身

侦察机、战略飞机(3，高度16km)、远程导弹，以及空间和大气飞行器。20

Ma

世纪80年代开始，美国等西方国家和俄罗斯开始研究脉冲爆震发动机,据称已

取得重大进展。近年来我国的脉冲爆震发动机研究也取得重大突破，有些技术

还独具特色。

2 智能发动机

航空发动机的智能化是业界研究的普遍课题，智能化的体现主要在于对航

空发动机控制方面的提高。新一代的航空发动机几乎都使用了FADEC全权限数

字控制。智能发动机将是在现有技术进行更深入的提高。

智能发动机就是能够在整个寿命期内，通过智能控制系统，根据外部环境

和自身状态，重新规划、布设、优化、控制和管理自身性能、可靠性、任务、

健康等状况的发动机。具体地讲，就是指发动机主动控制系统和健康管理系统

能够依靠传感器数据和专家模型全面了解发动机和(或)部件的工作环境与发动

机状态，调整或修改发动机的燃油流量和空气流量等，实现对发动机性能和状

态的主动和自我管理，并根据环境因

素平衡任务要求，提高发动机的性能、可操纵性和可靠性，延长发动机的

寿命，进而改善发动机的耐久性和经济可承受性。

其研究工作始于20世纪80年代，美国航空航天局（NASA）开展的可重复

使用的空天推进系统的研究。90年代末，NASA实施的超级高效发动机（UEET）

计划的7大技术领域之一就是推进系统智能控制，其目标是着重探索、开发和

验证叶轮机、燃烧室部件和发动机系统级的智能控制技术，延长发动机部件寿

命、提高发动机的安全性，使推进系统得到前所未有的增益。

智能发动机关键技术有：

1、 压气机、燃烧室、间隙和振动等的主动控制以提高性能。

2、 带有专门诊断传感器的精确的实时性能和寿命模型，以实现

自动故障诊断和维修预报。

3、 信息融合技术，能够在问题出现时及时发现，根据余度信息

作出正确决策，允许所有用户接近。

可以预见智能发动机将渐行渐近，其发展和应用前景非常广阔。

3 燃料电池发动机

NASA预测，21世纪的航空推进系统将从今天单纯依靠化学燃烧的能源逐渐

转向采用混合能源，最后将转向大部分依赖基于电化学能源。燃料电池发动机

将燃料的化学能直接转变为电能，通过电动机驱动飞行器的螺旋桨或悬翼。燃

料电池由燃料(烃类、天然气、氢、甲醇等)、 氧化剂、电极、电解液以及控制

系统组成。燃料电池的工作原理与一般电池类似，都是通过电极上的氧化－还

原反应使化学能转变为电能。燃料电池的效率达到内燃 发动机的两倍以上。它

们的区别在于一般电池的反应物质是预先放在电池里的，消耗完之后电池就不

能继续供电；而燃料电池的反应物质(燃料和氧化剂)放在电池之外，连续输入

到电池中，燃料电池就源源不断地发出电来。

2002年8月21日，美国NASA展出了一架重约150kg、由燃料电池驱动的

电动飞机样机。2002年11月，采用燃料电池和普通蓄电池的飞机开始试飞。

毋庸置疑，在不久的将来，以基于燃料电池的混合推进为动力并最终实现全电

力驱动的飞机一定会出现。