陈光/文

1970年1月22日，装JT9D-3A大涵道比涡轮风扇发动机（图1）波音公司的747宽体客机投入使用，掀开了航空历史新的一页，而将于2020年投入使用的、装GE9X 发动机（图2）的777X，将迎来民用航空发展史的新阶段。从JT9D到GE9X正好相距半个世纪。

图1、JT9D的早期型号发动机

在这50年中，大涵道比涡轮风扇发动机的发展，有天翻地覆的变化，不仅型号多达几十个，而且新技术（气动、结构、材料、涂层、工艺）的不断加入，使发动机性能（推力、耗油率、排放与噪声）、可靠性、维修性及寿命均大大提高。

回顾这50年的发展历程，大致可分为：20世纪70年代、80年代、90年代、跨世纪年代与21世纪20年代几个阶段。

图2 GE9X发动机

20世纪70年代是民用大涵道比风扇发动机发展初期，代表机型有：普惠公司的JT9D（用于波音公司的四发B747），GE公司的CF6-6（用于麦道公司三发的DC-10），罗罗公司的RB211-22B（用于洛克希德的三发L1011），三型发动机分别于1970年、1971年与1972年投入使用。罗罗公司在RB211中采用了独特的三转子结构与复合材料的风扇叶片，造成研制工作遇到许多困难，经费超支，加上英磅贬值，最后不仅在三个发动机中是最后投入使用的，而且公司还被迫宣布破产，只是在英国政府接管（相当我国的公私合营）后，才完成了RB211的研制。但具有独特型式的三转子结构则沿用至今，成为罗罗公司的招牌设计。

这一代大涵道比涡扇发动机的涵道比约为5:1，总压比约为24:1，比当时著名的小涵道比涡轮风扇发动机如斯贝、JT8D相比，均有大幅度提高。涵道比加大，使推进效率增加，总压比加大，使热效率增大，因此耗油率下降较多，如表1所示。

表1 20世纪6、70年代几型著名发动机的参数

在结构设计中，这一代的大涵道比涡扇发动机仍釆用当时普遍釆用的结构，例如：风扇叶片釆用了减振与加强抗外物打击能力的叶身凸肩（JT9D带2个），包容环采用带凸环的合金钢做成的环形机匣，压气机叶片还没有采用三元流气动设计方法设计，JT9D的高压压气机转子中轮盘-鼓环-轮盘间还釆用短螺栓的联接方式，燃油调节器仍然采用液压机械式的等等。

飞机与发动机的关系中，是一型飞机只配一型发动机，一型发动机只用于一型飞机上。

20世纪80年代是民用大涵道比风扇发动机蓬勃发展期，代表机型有：在大推力范围内有普惠公司的PW4000（图3），GE公司的CF6-80C2,罗罗公司的RB211-524D、-524G/H，其推力值约为220-280kN；在中等推力范围内有普惠公司的PW2000，罗罗公司的RB211-535E4，其推力值约为170-190kN；在小推力范围内则有国际航空发动机公司IAE的V2500与CFM国际公司CFMI的CFM56-3，其推力值约为90-110kN。

在这一代发动机中，涵道比基本维持在5:1左右，但总压比增加较显着达到28:1-32:1，因此耗油率比上一代有明显降低。表2列出了20世纪80年代的几种代表机型的主要参数。

表2 上世纪80年代几型著名发动机的参数

20世纪80年代中，旅客机得到大力发展，世界上两大航空公司推出现了多种旅客机，波音公司推出了747-400、757、767与737-300、-400系列，空中客车公司则推出了A300系列与A320系列。

飞机与发动机的关系则出现了所谓的“一机多发、一发多机”的关系，即一型客机可选用多型发动机，而一型发动机又可用于多型飞机中。例如747既可装普惠的PW4000，又可装GE的CF6-80C2或罗罗的RB211-524。对发动机也是如此，PW4000既可用于747-400，又可用于767或A300，CF6-80C2与RB211-524也是既可用于747-400，又可用于767或A300。

图3、PW4000

在这一代发动机上，除RB211-535E4外，所有风扇叶片仍然带叶身凸肩；在风扇与压气机叶片上，叶型设计已由二维逐渐向准三维、全三维发展；包容环已由纯钢制外环，改为在钛或铝制薄环外包缠几十层由Kevelar复合材料制成的条带的结构（图4）；压气机中广泛采用了焊接的转子，取代螺栓连接的结构；定向结晶、单晶涡轮叶片以及粉末冶金的涡轮盘广泛被采用；FADEC取代了传统的燃油调节器；完善的状态监测系统在发动机中得到广泛应用等。

图4、CF6-80C2包容环

在这一代发动机中值得一提的是RB211-535E4（图5），它是罗罗公司为满足757的需要，在RB211-22B的基础上缩小尺寸发展的，装此发动机的757于1984年10月投入航线运营。

在距JT9D投入运营 14年后，RB211-535E4的风扇叶片终于做成了取消叶身凸肩的宽弦设计，而普惠与GE公司则在其后11年才发展出无凸肩的宽弦风扇叶片。

图5、RB211-535E4

应该说，RB211-535E4在航空发动机发展历程中占据了一定地位，因为它实现了好几个世界第一，第一次发展了“三明治”式的夹层风扇叶片（图6）的制造技术，使带凸肩的风扇叶片实现了取消凸肩的宽弦风扇叶片才得以实现。

图6、“三明治”式的风扇叶片

第一次采用了“共享式喷口”，在大涵道比涡扇发动机中，外涵道的冷空气流与内涵道的高温热气流是分别由自已的喷口流出，而在共享式喷口中，外涵的冷空气流通过掺混器流入内涵道，与内涵道的热气流掺混后由共享的喷口流出（图7）。

采用共享式喷口可提高推进效率，耗油率能降低2%，而且噪声低，开反推时反推力大（可大40％）等，但重量增加，适于远航程的发动机采用。

图7、分开式喷口（上图）与共享式喷口（下图）

另外，还第一次在压气机叶片中采用端弯处理，以减少端壁附面层影响从而提高效率与喘振裕度；在涡轮中，采用复合倾斜的涡轮导向叶片，即导向叶片是按三元流设计成复合倾斜式的，即沿轴向、径向均做成曲线状，而不像常规叶片做成直线的，以减少端壁损失等。