前言：本文能算得上是一篇军事科技文章，但是部分内容又超出了纯粹的军事技术范畴，如果您对中间原理性和制造的内容实在不感兴趣，可以直接跳到文章后面部分，有大家都感兴趣的最先进战斗机的内容。
飞机的飞行要解决两个问题：一是上升；二是前进，前进靠的是发动机的动力带动螺旋桨旋转产生的向前牵引力或是喷气产生的向前推力。
飞机的上升是根据伯努利原理，即流体的流速越大，其压强越小；流速越小，其压强越大。此外，升力和迎角等都有很大关系。飞机机翼截面图见上图，机翼上方比下方的曲线长。当空气流过机翼时，因为流量一定的情况下，流道变长流速增加，机翼下方的压强大于上方，于是就产生了向上的托举力，就是升力。气流流过的压力差产生了升力，根据伯努利公式：
其中，p为流体中某点的压强，v为流体在该点的流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为该点所在高度，C是一个常量。对机翼而言，p1和p2就是机翼上下方的压力，从公式中可以轻易看出，对飞机的升力影响最大的是飞机前进的速度，于是导出下一个话题，即飞机的发动机，航空发动机是提供飞机前进的动力装置，大致分两大类：活塞发动机和涡轮发动机。
涡轮发动机又分为四种：涡喷式、涡扇式、涡轴式、涡桨式。其中涡轴式用于直升机；涡桨式用于中速远程运输机、旅客机、海上巡逻机、反潜机等航速较慢的中小型飞机，本文将不做详细介绍。本文将重点介绍最先进的涡扇发动机，比如波音767、777客机，美军的F16、F22、F35战斗机，俄军的苏-35、苏-57战斗机，我军的歼10、歼20战斗机，都使用的是涡扇发动机。
飞机出现的早期，都是星型发动机，属于活塞式发动机的一种，早在1903年，星型发动机就用在了飞机上，本文就不做具体介绍了。涡轮喷气发动机简称涡喷发动机，其历史也很悠久，1937年，世界上第一个涡轮喷气发动机就开始运行了。
涡喷发动机由5个结构组成。空气从进气道进入发动机后，首先被高速运转的压气机压缩，产生高压致密空气以提供大量氧气，燃烧室喷油燃烧，向后冲击涡轮机，而涡轮机又带动前面的压气机，燃气流从喷口喷出产生推力。
涡轮风扇发动机简称涡扇发动机，基础原理是：在发动机的前端，有一个大风扇，其作用是吸入空气。风扇后面是低压和高压压气机，它们逐步将空气压缩成中压和高压。压缩后的高压空气会经过燃烧室，与航空煤油一起燃烧后，气体温度会有极大的提升。这些气体会喷到涡轮，涡轮是由许多叶片组成的轮子，当气体通过涡轮时，叶片会被气体推动从而使涡轮旋转。最后从尾喷管喷出并产生推力。
很容易就能发现，涡扇发动机和涡喷发动机两者之间的区别：涡喷只有一个空气通道，专业上叫做“涵道”，而涡扇发动机却有两个空气通道。也就是说，涡喷发动机是单涵道发动机，而涡扇是双涵道发动机。发动机在运转时，外涵道与内涵道空气流量的比值叫做涵道比。涵道比越大越省油，经济性越好。高涵道比的发动机在亚音速时有非常好的能效，所以它广泛地运用于客机、运输机等。
高涵道比的发动机，主要推力不是来自于向后喷出的高温燃气，而是来自于外涵道高速向后喷出的空气。现代战斗机也大多采用涡扇发动机，只是为了追求高空的超音速性能，才使用低涵道比的发动机。比如美国F22战斗机使用的涡扇发动机，涵道比很低，只有0.3:1。
目前大多数飞行器采用涡扇发动机，是一种先进的发动机，外侧被进气道包裹，由内部的核心机驱动，核心机包括：压气机、燃烧室、涡轮，由压气机制造高压气体驱动涡轮。涡扇发动机的大致结构和工作原理如下：
涡扇发动机前面都有风扇，作用就是吸入空气，大幅度的提升中低速下的进气效率，简单说就是更有效地把空气吸入发动机。
早期的喷气发动机是涡喷发动机，所有的气流都流过核心机。而大多数现代固定翼飞机都采用涡扇发动机，只有一部分气流流过核心机，流过核心机的气流通过涡轮驱动风扇。
压气机将空气压缩到高压状态，非常快速地旋转的压气机叶片给空气作功以提高空气压力，因为气体压力越高，燃烧时能释放的能量越多。压缩过程发生在多级压气机之间，压缩级由转动的转子和固定在机匣上的静子组成。
见上图，暗色为静子叶片，亮色为转子叶片。压气机转子上的叶片，驱动空气通过压气机并且使空气旋转，因为静子叶片不旋转，以这种阻碍空气旋转的方式，与转子上的流动的空气形成压力差，从而获得更高的压力。
比如上面这台发动机的压气机中，就由左边的4个低压级和右边的10个高压级构成。因为在流量一定的情况下，流道越窄则流速越快，气体压强越大，所以压力左低右高。
燃烧室是燃料或推进剂在其中燃烧生成高温燃气的装置，是一种用耐高温合金材料制作的，燃料即在此燃烧。被加压的空气通过燃烧室，和燃料混合并点燃，并释放出高能燃气。
燃烧室的温度一千多度，发动机外部却连烫手的温度都没有，因为发动机的风扇叶片熔点很低，燃烧室的保温和阻燃工艺是最难的重点，否则发动机的外部零部件都会损伤，但是想要达到这个外部感知不到的温度，且发动机内部稳定充分燃烧的要求，谈何容易？
从油箱来的燃料被加压后，从喷嘴喷出，每个喷嘴都有一个燃料注射器，燃料经过喷嘴发生旋转并与输入的空气充分混合。
发动机点火采用电子点火的方式，点燃混合后的空气和燃料并使火焰扩散到整个环。只要燃烧室启动，一直供应燃料和空气的情况下，就会从始至终保持燃烧。
在发动机尾部的涡轮由燃烧室排出的高温气体驱动。高压涡轮的作用是利用发动机排出的气体来驱动发动机的压气机，来提升发动机的效率。它可以较好地控制发动机的输出功率和转速，保证发动机的正常工作。高压涡轮能大大的提升发动机的效率和输出功率，以此来降低发动机的燃油消耗。
见上图，经过涡轮排出的燃烧后的气体反向流动，不仅用来驱动风扇，还用来驱动压气机。涡轮叶片的温度很高，压气机中的部分空气会输送过来冷却涡轮。
尾喷管的最大的作用是将由涡轮流出的、仍有一定能量的燃气膨胀加速，以较大的速度排出发动机，由此产生推力。尾喷管一般是可调节的，以达到最大的排气加速度。
战斗机的发动机，一般在涡扇发动机后加装一个加力燃烧室（又称后燃室），让前端产生的尾气与燃气重新燃烧产生更大的推力。但由于加力燃烧室的燃烧效率很低，通常只用于短时爆发，例如起飞、爬升、作战演习等情况。
发动机工作过程中，叶片受到离心力、空气燃气产生的气动力、热应力、交变力、随机载荷等影响。在各种载荷的作用下，叶片极易产生高周疲劳、热疲劳，为了能够更好的保证工作质量和工作效率，叶片的选材及生产工艺都有极高的要求。
各类叶片（包括风扇叶片、压气机叶片、涡轮叶片）是涡扇发动机的核心部件，占据发动机制造30%以上的工作量。其中，风扇/压气机叶片属于冷端部件，多使用钛合金材料，复合材料用量在不断加大；涡轮叶片属于热端部件，使用高温合金等材料，通过精密铸造加工而成，是涡扇发动机中制造难度和制造成本最高的叶片，占涡扇发动机叶片总价值的60%以上。
先进的涡轮发动机的涡轮进口温度超过1600℃，不仅远超镍基高温合金本身的耐热极限，甚至超过了合金的熔点，因而要用最先进的材料、结构和工艺来制造。
叶片的材料有铝合金、不锈钢、钛合金、高温合金和复合材料叶片等。风扇及压气机叶片属于冷端部件，工作时候的温度相比来说较低，一般都会采用钛合金、高温合金等材料，其中钛合金因其比重低、比强度高、耐腐蚀，在减重方面贡献突出，所以被大量用来生产压气机叶片。
从制造工艺上看，压气机叶片叶型薄，易变形，精准控制其成型精度，高效、高质量地加工是叶片制作的完整过程中的核心难点。在各类叶片当中，压气机叶片是航空发动机中型面结构最复杂、工作环境最苛刻的零部件之一。
为了减少空气流动动力损失，压气机叶片相较于别的部位叶片最大的特点便是其复杂的型面、扭转度以及叶片本身轻薄的厚度。比如叶片前后缘的厚度只有0.1-0.2mm，不仅型面复杂，并且制造难度非常高。
盘类件主要有涡轮盘、压气机盘、整体叶盘。整体叶盘结构是在常规盘片分离结构基础上发展起来的一种盘片一体化新型结构，具有减重、减级、增效和提高可靠性等优点，材料一般都会采用钛合金和高温合金。涡轮盘和压气机盘都是航空发动机的转子部件，涡轮盘是航空发动机上用于安装和固定涡轮叶片以传递功率的零部件，承受着高温、高压、高转速工作环境下的复杂载荷。
机匣是航空发动机上的主要承力部件，为发动机承受载荷和包容的核心部件，是典型的薄壁结构零件。其最大的作用为：保护发动机核心机，给装在外部的发动机部件如燃油泵、滑油泵、发电机和齿轮箱等部件以及管路等提供支撑；内侧主要安装静子和燃烧室，和转子组件一起构成空气流通通道。机匣按功能进行分类可大致分为风扇机匣、外涵机匣、中介机匣、压气机机匣、燃烧室机匣等。机匣材料多为钛合金、高温合金，工艺流程中需要着重控制高精度形位公差及薄壁加工变形。
发动机的控制管理系统由控制管理系统和被控对象组成，控制管理系统的主要元件有敏感元件、放大元件、执行元件、供油元件等构成，大致分为以下几类：
（1）燃油流量控制：根据发动机的不同状态(包括起动、加速、稳态、减速、反推等)，将清洁的，无蒸气的、经过增压的、计量好的燃油供给燃烧室。在控制中要求：不能喘振;不能超温;不能超转;不能富油熄火;不能贫油熄火。这是所谓的推力控制、过渡控制和安全限制。
（2）空气质量流量控制：对流经发动机的空气质量流量来控制，以保证压气机工作的稳定性。它包括可调静子叶片(VSV)和放气活门(VBV)等。
（3）涡轮间隙控制：控制高压涡轮，甚至包括低压涡轮的转子叶片和机匣之间的间隙，以保证在各个工作状态下间隙为最佳，减少漏气损失，提高发动机性能。
（4）冷却控制：它包括两个方面，一是燃、滑油温度的管理，保证滑油的充分散热及燃油既不结冰又不过热。根据燃油、滑油温度的情况，决定各个热交换器的工作方式。二是以最少的引气量，控制发动机部件的冷却，同时提高发动机性能。
（6）超声速飞机控制：超声速飞机所配备的发动机进气道和尾喷口面积控制，以保证各部件相互之间匹配工作。
一部航空涡扇发动机在极其有限的空间内，其零部件达几十万个之多，结构连接彼此传导，每个零件都有各自的功能，许多零部件的运作存在联动、互锁、并行和因果等各种逻辑，任何一个小零部件的问题都可能会让航空发动机发生故障。可见发动机的制造和装配过程是十分精密和复杂的，目前多数装配工序都只能是人工操作完成。
航空发动机最重要的技术参数就是产生的推力大小和常规使用的寿命，其中推力是由其输出功率来决定，而功率又是与发动机的燃烧效率有着极为密切的关联。几十万个零件，如果每个零件的材料、结构设计、制造精度、工艺方法、装配精度、控制精度、检测精度……都差一点，那么成品发动机的整体燃烧效率、功率和推力、常规使用的寿命都有天壤之别的差距。
航空涡扇发动机的制造涉及到的空气动力、燃烧技术、冷却技术、材料技术、控制技术、电机技术、电子技术、芯片技术、焊接技术、机械加工技术、液压技术、气动控制技术、喷涂技术、装配技术……等多门类的工程技术，因此制造难度极大。
目前能生产先进涡扇发动机的国家最重要的包含美国、俄罗斯和中国，美国的代表型号是F135涡扇发动机，俄罗斯则以NK-32涡扇发动机为代表，我国是涡扇15系列涡扇发动机。
俄罗斯NK-32发动机以其强大的推力和独特的设计而闻名。该发动机采用了“双回路三转子”设计，并在制作的完整过程中大量采用了钛合金铸件，包括风扇盘、叶片和压气机盘等部件。这使得NK-32发动机在推力和性能上都有着卓越的表现。其涵道比为1.4，推重比为7.35，涡轮前温度高达1357℃，最大推力更是可达25吨，堪称是全球推力最大的第五代军用涡扇发动机之一。比如每架图-160战略轰炸机搭载四台NK-32发动机，每台发动机的推力高达25,000千克（约250千牛）。这种超强的推力使得图-160可以以超音速巡航，最高飞行速度可达到2,220公里/小时，行程超过12,000公里。此外，NK-32发动机还具有较低的燃油消耗和良好的高空高速表现。
美国的F-135是世界上最先进的航空发动机。其先进的技术让一款小涵道发动机输出了大涵道比发动机的推力，这一特点极大地提升了其性能表现。一台F-135发动机输出的推力甚至能比得上两台F-414，而且其涵道比只比F414发动机略高0.17，达到了0.57，推重比更是高达11.467，涡轮前温度可达1800℃左右，最大推力约为23吨左右，是全球推力最大的第四代军用涡扇发动机之一。F135是一款带有后燃器的涡扇发动机，专为洛克希德·马丁F-35闪电II型单发战斗机研制。它有两种型号：一种是用于F-35A和F-35C战斗机的常规起降型，另一种是用于F-35B战斗机的两级短距起飞垂直降落（STOVL）变体，包括一个向前的升力风扇。
而中国的涡扇发动机虽然在之前的长时间内与美俄存在比较大差距，但在近年来已经取得了显著进步，如歼20上装备的国产涡扇-15（也称为WS-15）发动机。据报道，我国涡扇15系列发动机的最大推力18.5吨左右，已超越了美国F22战机使用的F119-PW-100发动机。两台涡扇15发动机，能保证歼20战机的强劲动力，作战潜力大大提升。
如果把飞机比作人，航空发动机毫无疑问就是人的心脏，其重要性可见一斑。航空电动机的设计和制造，体现着一个国家的综合科学技术水平，也体现了一个国家的整体实力。
后记：本文之所以以航空发动机的原理和制造难度为主要内容，而无意去对比各类先进的航空发动机的参数和性能等数据，就为了让更多的军迷对科技有更深一步的了解，不仅能进一步提升自己，甚至能让更多的人关注科技的本质，那就是：要知其然，还要知其所以然。
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