近日，中國航空發動機集團釋出了一則好訊息：我國自主研製的AES100先進民用渦軸發動機結冰適航試驗圓滿完成，標誌著渦軸發動機技術取得重大進步。
AES100主要用於民用直升機，結冰試驗就是模擬惡劣天氣，試驗發動機的安全性和可靠性。
按照計劃，AES100將在2024年取得中國民航適航證，進入應用階段，滿足民用直升機、無人機等多種機型動力需求。
在高興之餘，也要潑點涼水。雖然我們在飛機發動機領域有了長足的進步，但是仍然只相當於美國30年前的水平。
但凡我們聊起國產飛機，就要說國產發動機，一提到發動機，大家心裡想的就是咱們不行，落後美國多少多少年，並且大家普遍認為就是落後30年。
今天，我們就來聊一聊國產發動機，究竟什麼水平，能否有一戰之力？
航空發動機工作原理
發動機也被人們稱為工業皇冠上的明珠，和光刻機同一級別，也是我們尚未攻克的十幾項關鍵技術之一。
發動機1937年誕生，已經接近100年曆史了，但是它的工作原理基本沒變。
發動機核心主要有三部分：壓氣機、燃燒室和渦輪。
工作時，電動機帶動進氣葉片轉動，將外部空氣吸入壓縮，被壓縮的空氣再進入燃燒室與噴出的燃料混合燃燒，由此產生推力。
如果到此結束的話，那隻能叫渦噴發動機，這種發動機油耗大、效率低、根本不實用。
怎麼辦呢？在後面加一個渦輪和一根傳動軸，渦輪旋轉帶動風扇、低壓區轉子、高壓區轉子轉動，把空氣進一步壓縮至發動機，再和燃料混合燃燒，從而產生更大的推力。
這就是渦扇發動機。
渦扇發動機最大的特點就是它擁有兩個涵道，發動機吸進來的空氣流過內圈叫內涵道，流過外圈叫外涵道。
這裡有一個專業名詞叫“涵道比”，也就是外涵道和內涵道空氣流量的比值。
根據涵道比值不同，分為小涵道比發動機和大涵道比發動機。小涵道發動機和大涵道渦扇最直觀的區別，就是一個粗一個細。
小涵道比發動機的加速性好，也更靈活，適合軍用，特別是戰鬥機，但耗油率比較高。而且也不適合高空使用。因為高空空氣稀薄，風扇氣動效率大幅降低
大涵道比發動機，風扇直徑大，燃氣用於風扇做功的能量越多，發動機熱效率高，表現為越推力大、省油，非常適合於民航客機。
當然你也可以把風扇換成旋翼，做成直升機的渦輪軸發動機；換成槳葉，做成輪船使用的螺旋槳發動機。
總之，你掌握了核心機，就可以改進出各種用途的發動機。
航空發動機的難點
全世界只有美國、俄羅斯、英國、法國等少數幾個國家能夠獨立研製高效能航空發動機，航發的技術門檻非常高。主要體現在以下幾個方面：
1、需要非常高的安全性和可靠性；民用航空發動機需要穩定工作3萬小時，未來要求達到10萬小時；
為了保證安全可靠性，要做兩個試驗，即拋鳥實驗和吞冰試驗。
向發動機拋入小鳥，同時確保發動機正常工作。吞冰實驗，1分鐘內，把1噸冰塊打入發動機，要求發動機完好無損。
2、極高的轉速，承受巨大的離心力；
發動機工作時轉速每分鐘達到15000—16000轉，發動機上的每個葉片承受了自身重量1萬倍的離心力，大約15噸，相當於掛著幾臺汽車。
3、苛刻的材料要求；
軍用航空發動機燃燒室溫度高達1700℃，民用發動機達到了1500℃，這種情況下，金屬已經是熔融狀態的了，但是還要確保正常工作。
可以想象對材料要求是多麼的苛刻。
4、17級風速下，火焰穩定燃燒。
飛機在飛行狀態下，發動機把風吹進來，相當於17級的風速，這時候要求火焰穩定燃燒，不能熄滅，也不能偏轉，否則就會造成發動機熄火、燃燒。這對空氣動力學要求非常高。
國產發動機究竟什麼水平呢？
小涵道比發動機世界領先
我們對比國產WS-15與美國的F-119
我們來看資料，F-135發動機比WS-15發動機推力大，所以美國的F-135發動機更先進，事實真的如此嗎？
我們對比國產WS-15和美國的F-119，WS-15涵道比為0.25，直徑對應的是1.02米，但是最大推力達到了18.5噸；
而F-119涵道比為0.3，對應的直徑為1.13米，但是最大推力僅為15.9噸，這是改裝後的，它提高了涵道比，降低了飛行極限速度，才將推力提升至15.9噸，仍然比不上我們WS-15。
而美國的F-135發動機，涵道比竟然達到了0.57，什麼概念？透過降低飛機的飛行速度，來提升最大推力。
把飛行速度降低到了1.6馬赫，也就是1.6倍音速，才將最大推力提升至19.5噸。
而我們的殲20搭載WS-15，飛行速度達到了2.8馬赫，速度非常快、遠超美國的F-35戰鬥機。
要知道，飛行速度提升一倍，產生的空氣阻力要提升4倍，飛機表面溫度提升10倍，可以想象提升飛行速度，需要付出的代價是什麼？是飛機整體材料效能的提升。
我們從資料中發現，WS-15發動機直徑更小、涵道比更小，但是它的空氣流量竟然比F-119還要高，這意味著WS-15發動機轉子葉片的轉速更快。
葉片轉動會產生離心力，速度越快離心力越大，對材料的要求就越高，這說明我們在發動機材料方面已經取得了重大突破，只是沒有官宣而已。
可以肯定的說，小涵道發動機領域，我們已經做的非常好了，並且在很多領域實現了逆襲。
但是，在民用客機使用的大涵道發動機領域，我們依然落後。
我們的C919使用的發動機並不是國產的，而是由美國通用電氣公司與法國賽峰集團合作研製的，雙發渦扇中型CFM LEAP-1C發動機。
我國正在研製的國產大涵道比發動機為長江1000和長江2000，為C919和C929配套的發動機。
CJ1000還沒有實現商用，但是和LEAP-1C相比的話還是有差距的。
推力落後：CJ1000的涵道比10.6：1，推力範圍為11-13.5噸；LEAP-1C的涵道比為11:1，推力為12.4-13.5噸；
尺寸、氣壓比落後：CJ1000的風扇直徑約為1.95m，長3.29米，22級壓氣機，總壓比47:1；LEAP-1C長4.5米，風扇直徑約1.98m，23級壓氣機，總壓比50:1。
材料落後：CJ1000採用TC4鈦合金材料一體成型澆注技術，LEAP-1C則使用三維編織樹脂模型傳遞成型的風扇葉片，LEAP-1C材料技術更加先進。
LEAP-X發動機是2008年7月13日釋出的，距今已經15年時間了，也就是說我們的國產發動機還達不到對手15年前的水平。
而F119發動機1990年6月才進行試飛實驗，1991年開始批次生產，距今已經30多年。我們的WS-15也僅僅是超過了對手30年前的水平。
因此，很多網友總是說中國的發動機落後美國30年。
但是，我想告訴大家能夠落後30年已經很不容易了，我們剛開始研發發動機時，工業水平落後100多年，短短几十年內把差距縮小至30年，這已經是了不起的成績了。
同時，我們也發現，從1991年蘇聯解體後，美國成為了全球唯一的超級大國，美國在很多領域開始躺平了，其中就包括航空發動機領域。
30年來，歐美航空發動機並沒有什麼重大的升級，30年前的F119仍然位於發動機排行榜前三。
所以所謂的落後30年，充其量也就5—10年，只要我們保持目前的研發進度、用不了多久就會趕上歐美，並且最終實現逆襲超越。
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