涡轮风扇发动机技术已是一口枯井，中美俄把井水都快抽干了

在讨论六代机的文章里面还有人有这样的一个观点

觉得简单回复未必能说的清楚。那么咱们就展开聊聊。

当时在文章中提到六代机有一个困境，就是目前预期的两种很有前途的发动机很难满足战机的电力需求。

对于读者的回复其实看上面图片中的简要回答就可以省流量了。如果看不明白的话，那么咱们就继续讲。

首先，要知道一点，任何一种武器装备或者部件都是针对于特定使用环境来进行设计的。其目的就是让这些装备在预定的使用条件下发挥出最大效率。举个很典型的例子：例如一艘潜艇，是在水面状态下的航行速度快呢？还是在水下航行速度快呢？很多人会认为潜艇在水面上漂浮，航向方向的横截面比在水下航行的时候航向方向上的横面更小，横截面更小就意味着在航行的时候受到的阻力更小，因此在水面上航行的速度应该更快。

但是是这样吗？

其实这个答案是错误的，我们以美国的俄亥俄级弹道导弹核潜艇为例，它的水面极速是12节，也就是每个小时可以最快航行12海里。而这艘潜艇在水下航行的时候极速可以达到20节，比在水面航行的速度快了将近一倍。

这是为什么呢？这就是有些人只看到了“头”而没有看到“尾”的结果了。潜艇在水面上航行，会有大量的水被抬升，造成兴波阻力，要知道能量是守恒的，把水“抬起来”所消耗的能量实际上就是由潜艇前进的推力所转化过来的。

潜艇在水面航行的过程中，由于螺旋桨过于接近水面也造成了螺旋桨的效率降低，这就导致了，即使是用相同的功率输出，潜艇所获得到的动力也比在水下要小了很多。这是一个在军事领域或者是在工程领域中最直观的反直觉例子——潜艇实际上在水下跑的速度要比水面上快很多。

原因就是咱们之前说的“针对于特定使用环境来进行设计”。航空发动机的设计实际上也是一样的。

例如，我们看到的J79涡轮喷气式发动机，我们会看到压气机、燃烧室、涡轮这样的简单结构。这台喷气式发动机设计的目的就是为了让战斗机高速飞行。因此我们可以看到它的设计思路：利用压气机叶片将大量的空气吸入压缩，压缩后的空气在燃烧室内和燃料混合被点燃、点燃后的燃气剧烈膨胀推动涡轮带动整个发动机旋转起来，做功后的燃气向后喷出推动飞机高速前进。

但这里就会有一些效率损失，仅仅依靠高速向后喷出的燃气很难高效的推动飞机前进，毕竟——喷出的燃气速度太高了，带来的推力是有限的。

于是：

到了涡轮风扇发动机的时候，例如上面的F100涡轮风扇式发动机，我们可以看到在压气机之前还有三组风扇，这三组风扇被发动机内部的涡轮喷气式发动机带动将一部分空气经过涡轮发动机外面的涵道向后吹。由于空气的流速比燃气喷出的速度要慢很多，因此实际上可以获得更大的推进效率。

这就是涡轮风扇发动机的基本原理了。

在战斗机上一般都会使用更小直径的喷气式发动机，这是因为小直径意味着截面更小，我们可以获得截面更小的机体设计，这样有助于高速飞行——要知道阻力的大小是和截面积以及速度的平方呈正比的。

在民用客机上我们往往会把风扇的部分做得更大，以取得更高的风扇推力，这样就可以获得更经济的燃油效率，——当然了民用客机又不追求过高的速度，这样的设计看似阻力多一些但经济性就成倍的提高了。

如果继续提高推进效率呢？我们还可以将发动机的风扇替换成更大直径的桨叶 。

这就是涡桨发动机了。

以更低的转速驱动更加大面积的空气来为飞机提供推力。这时候桨叶所获得的就不仅仅是反作用力了，而是“升力”。参考伯努利原理

当空气气流流过曲面物体，加速的一部分压力降低，由于两面压力不同就产生了升力（Lift）

我们把螺旋桨放平，于是升力（Lift）就变成了肉眼可见的推力（Thrust）。

一层螺旋桨的推力还不够怎么办？那就放两层。

两层螺旋桨还不够怎么办？收集桨尖高速气流再次利用，把螺旋桨再装回涵道内呗，这就有了螺旋桨风扇发动机，也叫涵道螺旋桨发动机。

当然了，如果涡轮机外面不挂推进器（桨叶、风扇什么的），就伸出一个动力输出轴。这就是涡轴发动机。

干嘛用的？

这根动力轴被从发动机里引出来，可以驱动变速箱来向外输出动力。

其实，大部分直升机都是这样的动力配置。

好了，到此为止，《喷气式发动机 绪论》大家读完了。以上关于发动机的部分熟读背熟，可以在朋友聚会的酒桌上吹上一个多小时了。

上面是各种涡轮喷气式发动机的基础理论，而实际上核心机（也就是最核心的涡轮喷气式发动机）并没有太多的技术变化。90年起前的第一架量产的喷气式战斗机Me-262上是什么原理，在现在我们的歼-20上也还是什么原理。

其核心的技术理论是没有变化的。唯一在变的就是一个结构和材料优化了。通过增加压气机的效率提高涡轮前温度，通过改变材料和设计来提高燃气涡轮耐久度和效率。

除此之外也就真的没有太多的发展了。那么在航空发动机技术中就出现了边界特性或者天花板特性，也就是说最高性能的航空发动机到最后即便是堆料也只能无限的趋近于一个理论上的性能最高值。但永远不会超越这个性能最高值。其实，经过将近100年的发展，涡轮风扇发动机技术已是一口枯井。该挖掘出来的性能价值已经都被挖掘出来了。

理解这点，就不难理解为什么《三体》中章北海需要在黄河太空站中谋划那次刺杀行动了。

发展至今，中美俄三个国家的航空技术已经快把涡轮风扇发动机技术这口枯井中的水抽干了。所以说，在新的航发技术这个赛道上已经进入到了终点休息阶段，各个国家其实也都不能搞出真正适合下一代战斗机所需求的发动机了。

这种情况其实在历史上也出现过，这就是为什么二战期间活塞式航空发动机明明已经发展到了巅峰，但在二战之后被迅速取代的原因了。

回到之前网友提出的问题，小燃气轮机为什么不能和未来的六代机发动机放在一起工作呢？工况不一样了。就像我们在现代的战斗机上并不会放一个小型的活塞式柴油发电机用来给飞机发电。

而用APU

本质上APU和喷气式发动机是相同类型的设备，要比搬上去一个柴油发电机要适应性大得多。