第412篇《极简航空动力史》

【引言】

本文的航空动力，涵盖动力样式和动力装置。

航空动力的重要性，诚如航空科学先驱、英国爵士乔治?凯利所言：“全部问题是给一块平板提供动力，使之在空气中产生升力，并支持一定的重量。”

航空动力既是航空器的推动力，也是整个航空事业的推动力，这已被航空发展的历史一再证明。

一部航空动力史，是航空动力科学与技术的进步史，是不断寻找动力样式的奋斗史，是研发改良动力装置的创造史，也是一部受航空器发展需求牵引、又按自身固有规律独立发展的行业/产业史。

在自然科学领域，动力泛指使机械作功的各种作用力，如水力、风力、电力、畜力等。将自然界中不同能量转变为机械能的装置称为动力机械（装置）。按动力的不同，动力机械装置分为水力机械、风力机械、电力机械和热力机械等大类。热力机械包括蒸汽机、汽轮机、内燃机、热气机、燃气轮机、喷气式发动机等。

航空动力是指航空器得以飞行的各种作用力；把各种动力转换为飞行所需的作用力的装置就是航空动力装置，以热力机械为主，也包括电力机械、风力机械等其他样式。主流航空动力装置是热力机械，主要有内燃机（活塞式）、喷气式、冲压式（包括火箭）等，绝大部分在有一定密度的空气域使用，航空发动机主要指这些以“吸空气”为特点的热力机械。

早期的航空先驱曾欲以蒸汽机为飞机动力，因效率过低而失败。内燃机的发展开辟了航空动力的“活塞时代”。在上世纪中叶，喷气式发动机出现，并成为现代航空器的主流动力装置。喷气式发动机也可称为直接反作用动力装置，它利用燃料燃烧气体排出过程中所产生的反作用力作功。与之对应的则为“间接反作用动力装置”，活塞式发动机、航空电动机和涡轮轴、涡轮螺旋桨、桨扇发动机等都是。

喷气式发动机有空气喷气式和火箭喷气式两种。前者从外界吸入空气作为工质，以空气中所含的氧作为氧化剂；又分为无压气机和有压气机两类。燃气涡轮喷气发动机为有压气机空气喷气式。燃料和氧化剂都由发动机或飞行器本身随带的喷气式发动机称为火箭喷气式发动机；按其所用燃料又分为固体燃料火箭发动机和液体燃料火箭发动机两种，主要用作航天动力，但在航空领域也有应用。

航空动力的主要科学基础是牛顿第三定律（作用力与反作用力，即拉力/推力产生及平衡阻力的诠释）、动量定理（物体动量的增量等于它所受合外力的冲量，是推力产生的依循）、热力学与工程热力学、结构力学、材料学、声学、控制理论等；尽管这些科学原理绝大部分不是专为航空发动机创建的，但确是航空动力发展的科学基础。

航空动力的技术体系构成有两个维度，一是产品实物构成，以典型的燃气涡轮发动机为基准，包括风扇、压气机、燃烧室、尾喷管等；二是技术门类，主要包括设计、制造、试验、材料等。

航空动力的发展呈现融合性、工程性和日见显明的集体创造性。故而，我以时序为主，精选事件，辅以人物，配加综述，把发展阶段、产品和专业这三个要素相结合，去勾勒航空动力的发展简史。

【正文】

一、探寻与初创

（1）古代发明

古希腊希罗（公元10-70年）发明汽转球——一种利用蒸汽喷射的反作用力驱动物体旋转的装置；可视为人类最原始的涡轮机。中国宋代出现的爆竹和走马灯，蕴含喷气推进和涡轮机学理。

（2）牛顿定律的创立

1687年，英国艾萨克?牛顿发表《自然哲学的数学原理》，创立三大定律。其中的第三定律“作用力与反作用力”——“当两个物体相互作用时，彼此施加于对方的力，其大小相等、方向相反”，成为航空发动机的重要科学基础之一。

（3）浮力作为一种动力形式被利用

1783年，法国约瑟夫?蒙哥尔斐和艾迪安?蒙哥尔费兄弟制作的热气球实现首次载人飞行。浮力作为航空器的一种动力形式，被认识和有效利用。

（4）热力学和工程热力学诞生

1841年始，德国J?R?迈尔先后发表5篇论文，创建能量守恒定律的理论基础，并推导出热功当量。1843年，英国詹姆斯?普雷斯科特?焦耳发表《关于电磁的热效应和热的功值》，经过多年研究与实验，发现热和功之间的转换关系，测定了热功当量，证实能量守恒定律。这一时期，多位科学家在热力领域做了大量创造性研究工作，取得一系列重要成果。

文章来源：《航空动力学报》 网址: http://www.hkdlxbzz.cn/zonghexinwen/2020/1103/335.html