旋轉汽缸星式發動機

早期發動機製造商設計的一種發動機為曲軸固定在飛機機身，而整個曲軸箱和氣缸旋轉，為發動機提供足夠冷卻空氣的結構形式，從而不必為發動機配裝散熱器，減輕了發動機的重量。

這一概念率先由法國汽車工程師Louis和Laurent Seguin開拓，他們於1905年在巴黎附近的熱訥維耶創立了“侏儒汽車公司”(Société des Moteurs Gnome)，接著在1912年與“羅納汽車公司”(Société des Moteurs Le Rhôn)合併為“侏儒和羅納”旋轉發動機公司，其所產發動機在第一次世界大戰期間為盟軍和德軍飛機普遍使用。

變距螺旋槳

為了在飛行中能有更好的爬升效能和更高的發動機效率，就要改變螺旋槳槳距。漢密爾頓標準公司(Hamilton Standard)開發了第一個實用的在飛行中改變葉片角度的系統，在1933年被安裝到道格拉斯DC-1飛機上用於商業服務。進一步發展產生了電液伺服的變距系統，並最終發展出了恆定轉速可調槳距的螺旋槳，隨速度的增加調速器會自動增加槳距。

該系統的主要組成部分是：

1)調速器；2)槳葉插腳；

3)輔助滑油連線件；4)調速器驅動；

5)蜘蛛臂；6)調速器油路；

7)槳葉到桶殼間油封；8)凸輪軸；

9)凸輪滾子；10)止推軸承元件；

11)整流罩插頭；12)整流罩殼體；

13)活塞；14)分配器閥門；

15)凸輪軸承；16)靜止凸輪；

17)旋轉凸輪；18)槳葉齒輪區段；

19)前半桶殼；20)後半桶殼；

21)螺旋槳減速齒輪；22)發動機機頭部分。

渦輪增壓器

一戰快結束時研究人員發現，在海平面空氣在被吸入到發動機之前，通常經離心式壓氣機進行預壓縮後，能夠顯著提高活塞式發動機的動力。該系統還被用於補償隨高度增加而減少的空氣密度，從而防止飛機爬升過程中功率的下降。早期的“自由女神”(Liberty)發動機就配裝有基本的渦輪增壓器，在1918年通用電氣(GE)公司Sanford Moss領導的一個小組測試過類似的渦輪增壓器。

▲渦輪增壓基本原理

液冷動力裝置

為了追求更低的阻力和更高的飛行速度，一些活塞發動機汽缸被佈置成一排，而不是沿徑向安排。然而面對冷卻空氣的挑戰，設計師選擇採用液體冷卻系統。20世紀40年代，強大的液冷活塞式發動機的發展達到了頂峰，英國羅羅公司的“灰背隼”(Merlin，或稱默林)發動機在二戰期間生產了數千臺，作為戰鬥機、轟炸機和運輸機的動力。

▲“灰背隼”46發動機

終極活塞發動機

活塞的功率最終達到了頂點，如普惠公司2800馬力的R-2800“雙黃蜂”(Double Wasp)和3500馬力的R-4360“黃蜂長”(Wasp Major)發動機。

▲R-2800“雙黃蜂發動機

寇蒂斯•萊特公司開發的18缸2200馬力的R-3350雙工旋流和帶3個GE渦輪增壓器的3700馬力的渦輪複合機型。

▲萊特R3350雙排星型發動機

作為最後的、也是當時最先進的量產活塞式客機，道格拉斯的DC-7C和洛克希德“超級星座”(Super Constellation)的動力，萊特渦輪複合型發動機的功率是萊特第一臺四缸發動機的280倍。

雙轉子渦輪噴氣發動機

第二次世界大戰後，普惠公司研製出第一臺雙轉子(或稱雙軸)渦輪噴氣發動機，具有兩套壓氣機和渦輪，在同一臺發動機中同心安裝。由此產生的J57成為那個時代的黃金標準，成為各式美國軍用飛機的動力，從波音公司的B-52和KC-135到麥克唐納公司(McDonnell)的F-101，康維爾公司(Convair)的F-102和各種海軍飛機，包括道格拉斯公司(Douglas)的F4D和F5D。

▲B-52轟炸機

J57也使北美YF-100飛機在1953年，成為第一個實現持續超聲速飛行的戰鬥機。普惠還向民用市場提供J57的民用衍生型JT3發動機，成為第一代波音707和道格拉斯DC-8系列飛機的動力。一臺英國的發動機，布里斯托爾(後來是羅爾斯•羅伊斯公司)的奧林巴斯發動機也是雙轉子構造，繼在1950年最初運轉後，為“火神”(Vulcan)轟炸機提供動力，並且與斯奈克瑪公司合作，作為英法協和式超音速運輸機的動力。

▲協和超音速客機

渦輪風扇噴氣發動機

在20世紀50年代，為了改進燃料效率和提高推力，促使製造商研究出了發動機內的氣流分為涵道外流和核心流的新樣式發動機。羅爾斯•羅伊斯的康威(Conway)發動機是第一種涵道發動機，1960年在波音707上投入使用。

▲波音707

但最成功的是普惠的JT3D發動機。通用電氣公司生產的CJ805-23B，透過將風扇級附加到軍用J79發動機衍生型的後端成為美國第一種渦輪風扇發動機，但它的成功有限，僅為康維爾990飛機使用。

可調靜子葉片

早期的噴氣發動機在低轉速，特別是在加速期間，容易發生壓氣機失速等運轉問題。在1954年，GE工程師格哈德•諾伊曼(Gerhard Neumann，圖中左，與J79的共同設計師尼爾•伯吉斯/Neil Burgess在一起)發明了一種新穎的解決方案，當發動機轉速上升時可以改變進口導向葉片和壓氣機靜子角度的一種自動系統。這項突破使得以馬赫2以上飛行成為可能，並奠定了現代高涵道渦輪風扇發動機的基礎。

所向無敵的J79發動機

30年間製造了各種作戰飛機使用的J79發動機超過17,000臺，從洛克希德公司的F-104“流星”戰鬥機和F-4“鬼怪”戰鬥機到康維爾公司的B-58“浪子”和以色列航宇工業公司的“幼獅”。

▲地勤人員正準備更換J79發動機

GE公司J79發動機剖面圖所示的關鍵元件：1)進氣口；2)前齒輪箱；3)第1號軸承座；4)可調導向葉片作動器；5)17級壓氣機；6)2號軸承座；7)三級渦輪；8)3號軸承座；9)加力燃燒室供油歧管；10)排氣噴口調節片作動器；11)尾噴管；12)主噴口調節片；13)輔助噴口調節片；14)尾噴管內襯壁；15)火焰穩定器；16)排氣錐；17)加力噴油杆；18)尾噴管溫度熱電偶；19)3級渦輪20)燃燒室；21)聯焰管；22)燃油噴嘴；23)水平附件傳動軸；24)傳輸齒輪箱；25)垂直傳動軸附件；26)可調進氣道導向葉片。

渦輪螺旋槳發動機和渦輪軸發動機

渦輪螺旋槳發動機利用燃氣輪機排氣流的能量，將其轉換成軸功率，或者透過齒輪箱直接與壓氣機相連，或由獨立的自由渦輪共軸傳遞給一個減速齒輪箱。渦輪軸發動機與渦輪螺旋槳發動機類似，但是將功率提供給連線轉子的傳動裝置，而不是螺旋槳。著名的渦輪螺旋槳發動機有羅爾斯•羅伊斯公司的達特發動機(Dart)。

材料與設計

通用電器公司(GE)成功確認了在F414渦輪風扇發動機上使用輕質陶瓷基複合材料(CMC)製造的低壓渦輪葉片的耐高溫效能和耐久性，打開了在未來第六代戰鬥機用作戰發動機和其他應用中更多地採用先進的材料的大門。

▲F414渦輪風扇發動機

高涵道比齒輪傳動渦輪風扇

普拉特•惠特尼公司開發出了一系列的齒輪傳動渦扇發動機，它是透過一個齒輪系統將低壓渦輪和風扇連線起來。這個概念此前在霍尼韋爾的TFE731和LF502系列較低推力的發動機上取得成功，透過允許風扇以較低轉速工作而低壓壓氣機和渦輪以較高轉速工作，使發動機達到更高的效率。普惠公司的PW1000G齒輪傳動風扇發動機目前包括3個主要型別和5個使用者，但預計在數量和推力範圍方面都會增長。羅爾斯•羅伊斯公司也計劃採用這一概念發展未來的超高階風扇(UltraFan)高推力發動機。

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