能夠稱得上是“工業王冠”的大概只有噴氣航空發動機和微電子芯片了。“工業王冠”反映的不僅僅是航空噴氣發動機在技術層面的研制難度，也不僅僅說明了航空發動機在航空領域的核心地位，更說明了航空發動機“王權”一般高端的戰略位置。

精心雕琢的工業王冠

     噴氣式航空發動機的性能優勢是建立在精巧的連續回旋轉子結構上的，其研制難點也基本圍繞這一核心展開。現代飛機不斷提高的戰術技術指標對航空發動機提出了極為苛刻的要求。高溫、高壓、高轉速外加高可靠性、耐久性和維護性是其基本特點。在這些本就相互矛盾的要求推動下，航空發動機注定要成為人類歷史上最復雜、最精密、最矛盾的工業復合體。

     壓氣機的作用是利用來自渦輪的能量對發動機進氣進行壓縮和增溫。一方面提高了進氣分子活躍程度，更有利于提高燃燒效率。另外一方面，增加了單位體積內的氧氣含量，因為大氣尤其是高空大氣的單位體積含氧量太低,遠小于燃燒室中的燃油充分燃燒所需的耗氧量。壓氣機的主要設計難點在于要保證效率、增壓比和喘振裕度這三大主要性能參數滿足發動機的設計要求。一個世紀以來，伴隨著氣動熱力學、計算流體力學的發展，壓氣機的設計水平在逐年提高。20世紀初采用螺旋槳理論設計壓氣機葉片，20年代開始采用孤立葉形理論，30年代中期開始采用葉柵設計理論，50年代開始用二維設計技術，70年代開始建立準三維設計體系，90年代以來，航空界開始使用三維粘性流場分析設計體系對壓氣機進行設計。壓氣機設計理論、計算模型和設計系統在基礎理論科研推動下不斷進步跨越。即便是有先進的計算機輔助設計手段，如果基礎科研理論沒有進步，也無法在高性能壓氣機領域取得突破。由于壓氣機的逆壓梯度相當大、需要對空氣流場、溫度場和壓力場進行詳盡的三維分析以及空氣粘性計算極端復雜等原因，多級壓氣機級間匹配、不同工作狀態下的性能優化非常困難。

    我國在航空發動機壓氣機設計和制造方面與世界航空強國的差距較小，這主要是源于我國在基礎理論研究方面持續進行科研工作。1952年，吳仲華教授提出了Sl-S2流面理論，并在這一理論的基礎上建立了壓氣機準三維設計系統，直到現在雖然三維設計技術已經相對成熟，但是我國提出的準三維設計技術依然是國內外壓氣機設計理論體系的核心。不過我國由于長期進行發動機仿制而不是設計工作，在壓氣機工程實用的設計規范和試驗數據方面與國外先進發動機公司相比還存在相當大的差距。

     壓氣機后面緊跟的是燃燒室。經過壓氣機壓縮后的高壓空氣與燃料混合之后將在燃燒室中燃燒，產生高溫高壓燃氣來推動燃氣渦輪運轉并從尾噴口高速噴出從而產生推力。航空發動機對燃燒室的要求是：第一，燃燒室單位容積的發熱量或者說是熱容強度要很高。通俗的說，就是要燃燒室在盡可能小的容積里完成高壓空氣與燃料的混合與充分燃燒。現代航空發動機的燃燒室長度一般只有十幾厘米，而燃燒室進口與出口的溫度差則高達數百甚至上千度。這么高的溫升對于燃燒室結構設計、冷卻設計和材料耐熱能力都提出了極高要求。目前，航空發動綜合應用浮動壁火焰筒、多孔冷卻火焰筒、多孔層板火焰筒等技術提高燃燒室溫升，從而根本上提升發動機性能。第二，要保證足夠高的燃燒效率。這需要燃燒室采用三維數值計算和模擬技術、高紊流度強旋流結構、雙旋流的空氣霧化噴嘴、帶旋流的預混噴嘴、強旋流混合頭部等技術來增強燃料與空氣的摻混，提高燃燒效率。第三，保證經過燃燒室后的氣體達到所需的溫度并要求出口溫度場相當均勻。燃燒室的后面是渦輪，如果氣流溫度不均勻，有的地方特別熱，有的地方特別冷（相對的冷，溫度仍在千度左右），渦輪就會受不了。同一個渦輪葉片，轉到熱的地方就膨脹，轉到冷的地方就收縮，一來二去，葉片很快就會發生金屬疲勞，降低了使用壽命。燃燒室的設計難點在于，油氣二相混合物的流動特性既不同于液態，又不同于氣態，這種流場很難建立精確的數學模型。所以，燃燒室的設計過程很大程度上是通過實驗來進行的，需要完善的試驗設備和較長的試驗800K-850K。但是此時美國采用溫升上千度瓦片浮壁燃燒室的F119-PW-100第四代航空發動機已經開始服役。美國已實施的發動機熱端部件技術計劃(HOST)和目前正在進行的高性能渦輪發動機技術綜合計劃(IHPTET),針對燃燒室進行了大量的預先研究并已取得顯著技術進步。

    能在高溫、高壓和高速條件下穩定工作就是現代航空渦輪發動機對渦輪性能提出的最基本要求。對于氣流而言，溫度、速度和壓力是密切相關的三個參量，于是，三高要求最終就體現在盡可能提高渦輪進口溫度上面。而且，渦輪進口溫度，也就是平時說的渦前溫或者燃燒室出口溫度，是航空發動機最關鍵的循環參數，是影響航空發動機效率、推力和總體性能的最關鍵參數。為了保證渦輪材料不被高溫燃氣所融化，渦輪通常都要采取復雜的冷卻手段，比如氣膜冷卻、沖擊冷卻和對流冷卻。這些冷卻手段都是通過空心渦輪內部釋放出來的冷空氣實現的。需要鑄造出空心的復雜氣動外形的渦輪葉片成為挑戰各國航空工業的大難題，這項技術至今被人稱作是“工業王冠上的寶石”。另外現在航空發動機領域大行其道的單晶渦輪葉片逐漸普及使用。單晶葉片就是只有一個晶粒的鑄造葉片，整個葉片在內部晶體結構上沒有應力集中和容易斷裂的薄弱點。現在航空強國在開發更高冷卻水平的單晶葉片，如對開葉片、擴散連接的葉片及多孔層板葉片，預計冷卻效果可達400度~500度。高性能水平的葉片已是集先進的材料、先進的成型工藝和先進的冷卻技術以及先進的涂層技術于一體。

    我國航空發動機研制的困難和性能差距主要就體現在渦輪葉片以及渦輪盤材料和工藝兩個方面。在20世紀七八十年代，國外在材料和工藝方面進展突飛猛進，我國卻因為歷史原因錯過了機遇時期。在國外第三代航空發動機早已采用并成熟實踐的材料中，單晶渦輪葉片和粉末冶金渦輪盤我國至今尚未在第三代航空發動機“太行”上應用。而單晶渦輪葉片和粉末冶金盤的特性是航空發動機性能和先進性最關鍵的保證。研制先進材料需要較長的時間并具有較大的風險，我國以往在航空發動機研制上采取以型號帶動工業的方針，試圖通過上型號的方式來提升整個航空工業水平。于是，與型號相關的材料和工藝研究在型號立項之時才開始搞。通過較短的時間無法完成先進材料和工藝的科研任務時，就必須修改發動機設計指標、導致航空發動機研制周期大大延長甚至致使型號研制失敗。而國外廣泛開展各項預研工程積累科研和工業實力，在需要進行型號研制時，立刻就能拿出現成的材料和加工工藝。近年來，我國也開始反思教訓，學習國外先進經驗開始進行預研工程，預計在“十一五”和“十二五”期間，這些基礎研究項目將大量的開花結果。

     航空發動機作為需要漫長研制時間來精心雕琢的“工業王冠”，其本身的技術難度雖然達到了人類工業領域的頂峰，但是，我國航空發動機發展史證明，突破技術并不是最大的“攔路虎”，重要的是對航空發動機研制需要長時間、大投入和基礎科研的特點有清晰的認識。從正確的認識出發，制定基礎科研和工程發展長遠規劃，并且按照規劃矢志不移地進行持續科學的科研管理是航空發動機成功研制發展的唯一發展策略。