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在五十年代未、六十年代初，作為航空動(dòng)力的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒臁．?dāng)時(shí)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)總增壓比已經(jīng)可以達(dá)到14左右，而渦輪前的最高溫度也已經(jīng)達(dá)到了1000℃的水平。在這樣的條件下，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行部分的能量輸出已經(jīng)有了可能。而當(dāng)時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力要求又是那樣的迫切，人們很自然地想到了通過給渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)加裝風(fēng)扇以提高迎風(fēng)面積增大空氣流量，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。

當(dāng)時(shí)人們通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，以當(dāng)時(shí)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)水平，在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)加裝了風(fēng)扇變成了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)之后，其技術(shù)性能將有很大的提高。當(dāng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇空氣流量與核心發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量大至相當(dāng)時(shí)（函道比1:1），發(fā)動(dòng)機(jī)的地面起飛推力增大了百分之四十左右，而高空巡航時(shí)的耗油量卻下降了百分之十五，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率得到了極大的提高。

這樣一種有著渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)無法比及優(yōu)點(diǎn)的新型航空動(dòng)力理所當(dāng)然地得到了西方各強(qiáng)國的極大重視。各國都投入了極大的人力、物力和熱情來研究試制渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)最初研制的道路上英國人走在了美國人之前。英國的羅爾斯·羅伊斯公司從1948年就開始就投入了相當(dāng)?shù)木硌兄扑麄兊膗201c康維u201d渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。1953年u201c康維u201d進(jìn)行了第一次地面試車。又經(jīng)過了六年的精雕細(xì)刻，直到1959年3月，u201c康維MK-508u201d才最終定型。這個(gè)經(jīng)過十一年孕育的難產(chǎn)兒有著當(dāng)時(shí)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)難以望其項(xiàng)背的綜合性能。u201c康維u201d采用了雙轉(zhuǎn)子前風(fēng)扇的總體結(jié)構(gòu)，函道比為0.3，推重比為3.83，地面臺(tái)架最大推力為7945公斤，高空巡航推力為2905公斤，最大推力時(shí)耗油量為0.735千克/小時(shí)/千克，壓氣機(jī)總增壓比為14，風(fēng)扇總增壓比為1.90，而且英國人還在u201c康維u201d上首次采用了氣冷的渦輪葉片。當(dāng)康維最終定型之后，英國人迫不及待地把它裝在了VC-10上！

美國人在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)上比英國人慢了一拍，但是其技術(shù)起點(diǎn)非常之高。美國人并沒有走英國人從頭研制的老路。美國的普·惠公司利用自已在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)上的豐富技術(shù)儲(chǔ)備，采用了已經(jīng)非常成熟的J-57作為新渦扇發(fā)動(dòng)的內(nèi)涵核心發(fā)動(dòng)機(jī)。J-57是美國人從1947年就開始設(shè)計(jì)的一種渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，1949年完成設(shè)計(jì)，1953年正式投產(chǎn)。J57在投產(chǎn)階段共生產(chǎn)了21226臺(tái)，是世界上產(chǎn)量最大的三種渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)之一，先后裝備了F-100、F-101、F-102、B-52等機(jī)種。J-57在技術(shù)上也有所突破，它是世界上第一臺(tái)采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，而由單轉(zhuǎn)子到雙轉(zhuǎn)子是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上的一大進(jìn)步。不光是核心發(fā)動(dòng)機(jī)，就連風(fēng)扇普惠公司也都是采用的已經(jīng)相當(dāng)成熟的部件，已被撤消了型號(hào)的J91核動(dòng)力噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的長葉片被普惠公司拿來當(dāng)作新渦扇的風(fēng)扇。1960年七月，普惠公司的JT3D渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)誕生了。JT3D的最終定型時(shí)間比羅羅的康維只晚了幾個(gè)月，可是在性能上卻大大的提高。JT3D也是采用了雙軸前風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，地面臺(tái)架最大推力8165公斤，高空巡航推力2038公斤，最大推力耗油0.535千克/小時(shí)/千克，推重比4.22，函道比1.37，壓氣機(jī)總增壓比13.55，風(fēng)扇總增壓比1.74（以上數(shù)據(jù)為JT3D-3B型發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)）。JT3D的用處很廣，波音707、DC-8用的都是JT3D。不光在民用，在軍用方面JT3D也大顯身手，B-52H、C-141A、E-3A用的都是JT-3D的軍用型TF-33。^[3]

現(xiàn)今世界三大航空動(dòng)力巨子中的羅·羅、普·惠，都已先后推出了自已的第一代渦扇作品。而幾乎是在同一時(shí)刻，三巨頭中的另一個(gè)也推出了自已的第一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。在羅·羅推出u201c康維u201d之后第八個(gè)月、普·惠推出JT-3D的前一個(gè)月，通用電氣公司也定型了自已的第一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)CJ805-23。CJ805-23的地面臺(tái)架最大推力為7169公斤，推重比為4.15，函道比為1.5，壓氣機(jī)增壓比為13，風(fēng)扇增壓比為1.6，最大推力耗油0.558千克/小時(shí)/千克。與普·惠一樣，通用電氣公司也是在現(xiàn)有的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)之上研發(fā)自已的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，被用作新渦扇的內(nèi)函核心發(fā)動(dòng)機(jī)的是J79。J-79于1952年開始設(shè)計(jì)，于1956年投產(chǎn)，共生產(chǎn)了16500多臺(tái)。它與J-57一樣也是有史以來產(chǎn)量最高的三種渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)之一。與J57的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不不同，J79是單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。在J-79上首次采用了壓氣機(jī)可調(diào)整流葉片和加力全程可調(diào)噴管，J-79也是首次可用于兩倍音速飛行的航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

通用電氣公司的CJ805-23渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)絕對(duì)另類的產(chǎn)品，讓CJ805-23如此與眾不同的地方就在于它的風(fēng)扇位置u2014u2014它是唯一采用后風(fēng)扇設(shè)計(jì)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

在五六十年代，人們?cè)谠O(shè)計(jì)第一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候遇到了很大的困難。首先是由于大直徑的風(fēng)扇與相對(duì)小直徑的低壓壓氣機(jī)聯(lián)動(dòng)以后，風(fēng)扇葉片翼尖部分的線速度超過了音速。這個(gè)問題在當(dāng)時(shí)很難解決，因?yàn)闆]有可利用的公式來進(jìn)行運(yùn)算，人們只能用一次又一次的試驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)、解決問題；第二是由于在壓氣機(jī)之前多了風(fēng)扇，使得壓氣機(jī)的工作被風(fēng)扇所干擾；第三是細(xì)長的風(fēng)扇葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的振動(dòng)。

而通用電氣公司的后風(fēng)扇設(shè)計(jì)一下子完全避開了這三個(gè)最主要的困難。CJ805-23的后風(fēng)扇實(shí)際上是一個(gè)雙節(jié)的葉片，葉片的下半部分是渦輪葉片，上半部分是風(fēng)扇葉片。這樣的一個(gè)葉片就像渦軸發(fā)動(dòng)的自由渦輪一樣被放在內(nèi)函核心發(fā)動(dòng)機(jī)的尾部。葉片與核心發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子沒有絲毫的機(jī)械聯(lián)系，這樣人們就可以隨心所欲地來設(shè)計(jì)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，而且葉片的后置也不會(huì)對(duì)壓氣機(jī)產(chǎn)生不良影響。但在回避困難的同時(shí)也引發(fā)了新的問題。

首先是葉片的受熱不勻，CJ805-23的后風(fēng)扇葉片的渦輪部分在工作時(shí)的最高溫度達(dá)到了560度，而風(fēng)扇部分的最低溫度只有38度；其次，由于后風(fēng)扇不像前風(fēng)扇那樣工作在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端，而是工作在發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端，這樣一來風(fēng)扇的可靠性也隨之下降，而飛機(jī)對(duì)其動(dòng)力的要求最重要的一條就是萬無一失。而且風(fēng)扇后置的設(shè)計(jì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)由于形狀上的原因其飛行阻力也要大于風(fēng)扇前置的發(fā)動(dòng)機(jī)。

當(dāng)u201c康維u201d、JT-3D、CJ805-23這些渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)紛紛定型下線的時(shí)候，人們也在不斷反思渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研制過程。人們發(fā)現(xiàn)，如果一臺(tái)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)如果真的像u201c康維u201d那樣從一張白紙上開始試制，則最少要用十年左右的時(shí)間新發(fā)動(dòng)機(jī)才能定型投產(chǎn)。而如果像JT-3D或CJ805-23那樣，利用已有的一臺(tái)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)作為內(nèi)函發(fā)動(dòng)機(jī)來研制渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的話，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在技術(shù)上最難解決的部分都已得到了解決，所以無論從時(shí)間上還是金錢、人力、物力上都要節(jié)省很多。在這樣的背景之下，為了縮短新渦扇的研制時(shí)間、減少開發(fā)費(fèi)用，美國政府在還未對(duì)未來的航空動(dòng)力有十分明確要求的情況下，從1959年起開始執(zhí)行u201c先進(jìn)渦輪燃?xì)獍l(fā)生器計(jì)劃u201d。這個(gè)計(jì)劃的目的就是要利用最新的科研成果來試制一種燃?xì)夂诵臋C(jī)，并進(jìn)行地面試車，以暴露并解決各部分的問題。在這個(gè)燃?xì)夂诵臋C(jī)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行放大或縮小，再加裝其它的部件，如壓氣機(jī)、風(fēng)扇等等，就可以組裝成不同類型的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。如渦扇、渦噴、渦軸、渦槳等等。u201c先進(jìn)渦輪燃?xì)獍l(fā)生器計(jì)劃u201d實(shí)際上是一個(gè)有相當(dāng)前瞻意味的預(yù)研工程。

用今天的眼光來看，這個(gè)工程的指導(dǎo)方向無疑是正確的。美國政府實(shí)際上是在激勵(lì)本國的兩大動(dòng)力公司向航空動(dòng)力系統(tǒng)中最難的部分開刀。因?yàn)樵谌細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中最最嚴(yán)重的技術(shù)難點(diǎn)，就產(chǎn)生在這個(gè)以燃?xì)獍l(fā)生器和燃?xì)鉁u輪為主體的燃?xì)夂诵臋C(jī)上。在每一臺(tái)以高溫燃?xì)鈦眚?qū)動(dòng)燃?xì)鉁u輪為動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)上，由燃?xì)獍l(fā)生器和燃?xì)鉁u輪所組成的燃?xì)夂诵臋C(jī)的工作地點(diǎn)，將是這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的最高溫度、最大壓力的所在地，所以其承受的應(yīng)力也就最大，工作條件也最為苛刻。但燃?xì)夂诵臋C(jī)的困難不只是壓力和溫度，高轉(zhuǎn)數(shù)所帶來的巨大的離心力、飛機(jī)在加速時(shí)的巨大沖擊，如果是戰(zhàn)斗機(jī)還要考慮到當(dāng)飛機(jī)進(jìn)行機(jī)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的過載和因過載而引起的零部件變形。在為數(shù)眾多的困難中單拿出無論哪一個(gè)，都將是一個(gè)工程上的巨大難題。但如果這些問題未能解決，那么更先進(jìn)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)也就無從談起。

在這個(gè)計(jì)劃之下，普惠公司與通用電氣公司都很快推出了各自研發(fā)的燃?xì)夂诵臋C(jī)。普惠公司的核心機(jī)被稱作STF-200，而通用動(dòng)力公司的燃?xì)夂诵臋C(jī)為GE-1。時(shí)至今日，美國人在四十年前發(fā)起的這場預(yù)研還在發(fā)揮著它的作用。現(xiàn)如今普惠公司和通用電氣公司出品的各式航空發(fā)動(dòng)機(jī)，如果都求其根源的話，它們卻都是來自于STF-200與GE-1這兩個(gè)老祖宗。

第二次世界大戰(zhàn)中，德國戴姆勒-奔馳于1943年試制出了第一臺(tái)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，4月在試驗(yàn)臺(tái)上靜推力已達(dá)到840千克，預(yù)計(jì)可達(dá)到1000千克，但因存在大量缺陷并缺乏相應(yīng)的專家而沒能獲得發(fā)展。二戰(zhàn)后，隨著時(shí)間推移、技術(shù)更新，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)顯得不足以滿足新型飛機(jī)的動(dòng)力需求。尤其是二戰(zhàn)后快速發(fā)展的亞音速民航飛機(jī)和大型運(yùn)輸機(jī)，飛行速度要求達(dá)到高亞音速即可，耗油量要小，因此發(fā)動(dòng)機(jī)效率要很高。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率已經(jīng)無法滿足這種需求，使得上述機(jī)種的航程縮短。因此一段時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)了較多的使用渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的大型飛機(jī)。實(shí)際上早在30年代起，帶有外涵道的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)了一些粗糙的早期設(shè)計(jì)。40和50年代，早期渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)開始了試驗(yàn)。但由于對(duì)風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)制造的要求非常高，因此直到60年代，人們才得以制造出符合渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)要求的風(fēng)扇葉片，從而揭開了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)用化的階段。50年代，美國的NACA（即NASA 美國航空航天管理局的前身）對(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了非常重要的科研工作。55到56年研究成果轉(zhuǎn)由通用電氣公司(GE）繼續(xù)深入發(fā)展。GE在1957年成功推出了CJ805-23型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，立即打破了超音速噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的大量紀(jì)錄。但最早的實(shí)用化渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)則是普拉特·惠特尼（Pratt Whitney）公司的JT3D渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)際上普·惠公司啟動(dòng)渦扇研制項(xiàng)目要比GE晚，他們是探聽到GE在研制CJ805的機(jī)密后，匆忙加緊工作，搶先推出了了實(shí)用的JT3D。1960年，羅爾斯·羅伊斯公司的u201c康威u201d（Conway）渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)開始被波音707大型遠(yuǎn)程噴氣客機(jī)采用，成為第一種被民航客機(jī)使用的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。60年代洛克西德u201c三星u201d客機(jī)和波音747u201c珍寶u201d客機(jī)采用了羅·羅公司的RB211-22B大型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，標(biāo)志著渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的全面成熟。此后渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)迅速的被西方民用航空工業(yè)拋棄。

2016年6月，我國首款650公斤推力量級(jí)、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)近期問世。該發(fā)動(dòng)機(jī)適用于長航時(shí)、寬范圍民用小型飛行器，可為民用無人機(jī)和小型公務(wù)機(jī)提供可靠動(dòng)力。

這款雙轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)由中國航天科工三院31所自主研制，采用了高效前掠風(fēng)扇、軸流 斜流組合壓氣機(jī)、大擴(kuò)張通道高低壓渦輪一體化設(shè)計(jì)，電動(dòng)燃滑油泵、起發(fā)電機(jī)內(nèi)置等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，以及先進(jìn)的電氣、控制系統(tǒng)及健康管理系統(tǒng)。其具有性能高、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，達(dá)到了國內(nèi)小型發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)先水平。研制團(tuán)隊(duì)歷時(shí)十年，先后完成了發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、試制、生產(chǎn)，以及大量部件、整機(jī)試驗(yàn)，并于近期開展了整機(jī)耐久性試驗(yàn)和高空臺(tái)試驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的正確性。^[4]