互动科普

你一溜小跑地赶去转机,匆匆亮了一下机票，找到了自己的位置。飞机慢慢离开登机门,发动机也启动运行。你松了一口气,凝视着窗外，心里嘀咕:究竟是什么东西将送我上对流层呢?其实对于今天所有的商业用机来说，答案都是“涡轮风扇发动机”(turbofan engines)，这是经过几十年发展后出现的最新型发动机。回顾发动机发展的历史，最早出现的是涡轮喷气发动机，现已过时；然后是涡轮螺旋桨发动机,现在一些小型飞机上仍有应用。涡轮螺旋桨发动机与涡轮风扇发动机的最大区别，是螺旋桨为发动机短舱内的风扇所代替，吸入的空气很大一部分绕过发动机中心，在狭窄的发动机短舱中快速流动后这部分空气被压缩，从而为飞机提供了推力(见中部插图)。

喷气发动机应用了著名的物理学原理。根据牛顿第三运动定律(Newton's third law of motion)——每一个作用力都有一个大小相等方向相反的反作用力与之对应——当从发动机尾部喷出的气流的速度快于飞机的速度时，气流就会推着飞机前进。当喷出的气流能量增加，飞机就加速前进。

在最新型的高“涵道比”(bypass ratio)涡轮风扇发动机中，流过发动机核心部分被增压燃烧的气流与从旁流过发动机核心的气流之比为一比六到一比八——涵道比越高,燃油效率越高，发动机噪音越低。要提高涵道比就需要加大发动机的技术改进力度。“在对优化发动机性能，减少废气排放和噪音污染这三项指数的综合考虑之下， 存在一些最佳的平衡点,”美国俄亥俄州依文德尔(Evandale)市通用电气(GE)航空公司的高级技术部经理戴尔·卡尔森(Dale Carlson)说，“要使这些平衡点的数目最大化，目前的重点应放在系统设计上。”

财政吃紧的航空公司，面临燃料价格飞涨的严峻形势，提高燃料经济性已迫在眉睫。“如果我们能将发动机燃料效率提高5%,那将是一件了不起的事情，”美国康涅狄格州东哈特福德市(East Hartford, Conn.)惠普公司高级技术部主任加里·罗贝热(Gary Roberge)说。工程师们正在对热塑发动机短舱、铝制发动机部件进行测试，以便减轻飞机重量；因为燃料的燃烧效率越高，燃烧产生的温度也就越高，所以工程师还在测试耐高温镍合金和陶瓷基体复合材料。那些具有革命性的发动机设计终将出现在飞机上,但是罗贝热认为：涡轮风扇发动机在“未来的一二十年中”仍将占据主导地位。