导读：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。60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。

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。

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。发动机功率从近10kW提高到2500kW左右，功率重量比（发动机功率与发动机质量的重力之比，简称功重比，计量单位是kW/daN）从0.11kW/daN提高到1.5kW/daN，飞行高度达15000m，飞行速度从16km/h提高到近800km/h，接近了螺旋桨飞机的速度极限。

20世纪30~40年代是活塞式发动机的全盛时期。活塞式发动机加上螺旋桨，构成了所有战斗机、轰炸机、运输机和侦察机的动力装置；活塞式发动机加上旋翼，构成所有直升机的动力装置。著名的活塞式发动机有：英国的梅林V型12缸液冷式发动机，功率1120kW，用于“飓风”、“喷火”和“野马”战斗机；美国普拉特·惠特尼公司（简称普·惠公司）的“黄蜂”系列星形气冷发动机，气缸7~28个，功率970~2500kW，广泛用于各种战斗机、轰炸机和运输机。

带螺旋桨的活塞式发动机的最大缺点是飞行速度受到限制（800km/h以下）。一方面，因为发动机需要功率与飞行速度的三次方成正比，随着速度的提高，所需发动机功率急剧增大，而通过增加汽缸数目来增大功率所带来的重量负荷飞机不能承受；另一方面，随着飞行速度的提高，螺旋桨的效率急剧下降并有机毁人亡的危险。因此，为了实现高速飞行，必须寻求新的动力装置，这就是喷气式发动机。第二次世界大战之后，随着涡轮喷气发动机的发展，活塞式发动机逐渐退出了航空领域的霸主地位。

二、喷气推进新时代

（1）喷气发动机的诞生

喷气式发动机是一种直接反作用推进装置。低速工质（空气和燃料）经增压燃烧后以高速喷出而直接产生反作用推力。由于喷气发动机没有了限制飞行速度的螺旋桨，而且单位时间流入发动机的空气流量比活塞式发动机大得多，从而能产生很大的推力，使飞机的飞行速度得到极大的提高。

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。

1913年，法国工程师雷恩·罗兰获得第一个喷气发动机专利，它属于无压气机式空气喷气发动机，与后来的冲压发动机基本相同。冲压发动机结构简单、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涡轮喷气发动机。

空军少校惠特尔1930年申请了专利，1937年4月研制出世界上第一台离心式涡轮喷气发动机，试验中的推力达到的推力为200daN。1941年5月，推力为650daN的改进型惠特尔发动机装在格罗斯特公司的E28/29飞机上进行了成功的首飞。

奥海因在1938年10月试验了采用轴流—离心组合式压气机的HeS3涡轮喷气发动机，实测推力400daN，推力重力比1.12。1939年8月27日，装在德国亨克尔公司的He—178飞机上成功首飞。这是世界上第一架试飞成功的涡轮喷气发动机。

（2）涡轮喷气发动机的发展

早期的涡轮喷气发动机和飞机尚处于试验阶段，在第二次世界大战中并没有发挥多大的作用，到战后特别是20世纪50年代才获得迅速的发展。战后第一批装备部队使用的喷气式战斗机是1944年美国制造的F—80和1946年苏联制造的米格—9，飞机为平直梯形机翼，发动机推力800~900daN，飞行速度900km/h左右。飞机速度达到声速以后，为了突破“声障”，在涡喷发动机上加装了加力燃烧室，它可以在短时间内加幅度提高推力。以后，战斗机继续向高空高速发展。1958年美国推出F—104战斗机，最大飞行马赫数2.2，使用升限17.68km。动力为J79单转子加力式涡轮喷气发动机，最大推力7020daN，推重比4.63。涡轮喷气发动机在军用战斗机上广泛应用的同时，也被其他机种所选用。首先是轰炸机，随后是运输机、旅客机和侦察机。

如果把20世纪40~50年代研制的单轴涡轮喷气发动机算为第一代，那么50~60年代研制的加力式涡轮喷气发动机为第二代，其循环和性能参数水平为：涡轮前燃气温度950~1100℃，推重比4.5~5.5，不加力耗油率0.9~1.0kg/(daN·h)，加力耗油率2.0kg/(daN·h)左右。

（3）涡轮风扇发动机的发展

涡喷发动机有一个致命的缺点，就是耗油率太高，涡扇发动机既能克服这个缺点又保有它原有的优点。涡扇发动机与涡喷发动机的区别在于低压压气机变成叶片的风扇，风扇出口气流分成两股通过内外两个环形涵道流过发动机。内涵与前述涡轮喷气发动机的情况相同，外涵空气经过涵道直接排出，或在低压涡轮后与主流混合后经喷管排出，或加力补燃后排出。在核心相同的条件下，由于涡轮风扇发动机总空气流量大，排气速度低，所以与涡轮喷气发动机相比，推力大，推进效率高，耗油率低。涡轮风扇发动机实质上仍属于直接反作用式涡轮喷气发动机。

涡扇发动机诞生于20世纪50年代，首先用于民用飞机，随后扩展到军用飞机。20世纪60年代出现涡扇化热潮，70~80年代发展提高、广泛应用，90年代以后高度发展，取代涡喷发动机成为军民用飞机的主动力和航空推进技术研究发展的主要方向。

世界上第一台运转的涡轮风扇发动机是德国戴姆勒-奔驰研制的DB670(或109-007)，于1943年4月在实验台上达到840千克推力，但因技术困难及战争原因没能获得进一步发展。世界上第一种批量生产的涡扇发动机是1959年定型的英国康维，推力为5730daN，用于VC-10、DC-8和波音707客机。涵道比有0.3和0.6两种，耗油率比同时期的涡喷发动机低10%~20%。1960年，美国在JT3C涡喷发动机的基础上改型研制成功JT3D涡扇发动机，推力超过7700daN，涵道比1.4，用于波音707和DC-8客机以及军用运输机。

之后，涡扇发动机向低涵道比的军用加力发动机和高涵道比的民用发动机的两个方向发展。在低涵道比军用加力涡扇发动机方面，20世纪60年代，英、美在民用涡扇发动机的基础上研制出斯贝-MK202和TF30，分别用于英国购买的"鬼怪"F-4M/K战斗机和美国的F111（后又用于F-14战斗机）。它们的推重比与同时期的涡喷发动机差不多，但中间耗油率低，使飞机航程大大增加。在70~80年代，各国研制出推重比8一级的涡扇发动机，如美国的F100、F404、F110，西欧三国的RB199，前苏联的RD-33和AL-31F。它们装备目前在一线的第三战斗机，如F-15、F-16、F-18、"狂风"、米格-29和苏-27。

目前，推重比10一级的涡扇发动机已研制成功，即将投入服役。它们包括美国的F-22/F119、西欧的EFA2000/EJ200和法国的"阵风"/M88。其中，F-22/F119具有第四代战斗机代表性特征--超声速巡航、短距起落、超机动性和隐身能力。超声速垂直起飞短距着陆的JSF动力装置F135发动机。目前美国甚至在研制新一代变循环发动机。

自20世纪70年代第一代推力在20000daN以上的高涵道比（4~6）涡扇发动机投入使用以来，开创了大型宽体客机的新时代。后来，又发展出推力小于20000daN的不同推力级的高涵道比涡扇发动机，广泛用于各种干线和支线客机。10000~15000daN推力级的CFM56系列已生产13000多台，并创造了机上寿命超过30000h的记录。民用涡扇发动机依然投入使用以来，已使巡航耗油率降低一半，噪声下降20dB, CO、UHC、NOX分别减少70%、90%、45%。90年代中期装备波音777投入使用的第二代高涵道比（6~9）涡扇发动机的推力超过35000daN。其中，通用电气公司GE9X发动机在近期更是创造了近61吨推力的世界纪录。目前，而普-惠公司推出的新一代齿轮涡扇发动机，在实际飞行中也表现出了油耗下降超过16%的惊人表现。

三、涡轮