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标 题: 飞翔的动力
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12月15日 《飞翔的动力》 刘大响
央视国际 2003年12月15日 17:39
主讲人简介：
刘大响，中国工程院院士，北京航空航天大学教授，第十届全国人大委员，中国航空
工业第二集团科学技术委员会副主任，曾获国家科技进步特等奖。
内容简介：
飞向天空是人类亘古以来的梦想，从古到今最经久不衰的话题。几乎世界上每一个民
族都流传着各自飞天的神话和传说，寄托着人类共同的美好愿望。
那么人类怎么能够飞上天空呢？经过长期的探索和不懈的追求，终于发现实现飞上天
有三种基本的途径：第一个叫做基于阿基米德浮力的原理。就是轻于空气的飞行，包括热
气球、包括氢气、氦气球，包括飞艇。第二种是基于直接有升力的飞行。像火箭、垂直起
落的飞机。另外一个就是基于柏努利定律，以速度换取升力的飞行。这就需要动力，如固
定翼飞机、直升机、旋翼机都包括在内。
飞上天空需要强劲的动力，活塞式发动机使飞机终于飞上了天空，然后喷气发动机使
飞机飞行的速度更快、距离更远。将来还有超微型发动机，飞机做出来像一个手掌那么大
。甚至我们有纳米发动机，做出来之后，就有可能装这个发动机的飞行器也像蚊子那么大
小。过去的《西游记》，孙猴子钻到铁扇公主的肚皮里面去了。将来有可能我们用那种小
飞机从你的鼻子里飞下去，完了到你身体去巡视一周，检查你有什么毛病。这是将来技术
的发展，21世纪我相信这一点可以实现。再一个就是新能源。我们地球上的石油资源总是
要用完的，现在人类又开始在探索，如果用完了怎么办？另外还有一个环境污染问题，现
在大家正在探索无辐射无污染的能源。
我的结束语：纵观航空发展的历史，可以毫不夸张地说，发动机在飞机的发展中起着
关键性的作用。发动机是飞机的心脏，是推动飞机快速发展的原动力。过去一百年航空动
力技术已经取得了巨大的成就，极大推动了航空技术的发展，并推动了人类文明的进步。
未来的一百多年，随着新的理论、方法持续发展和应用，21世纪的航空动力技术必将加速
发展，取得更加辉煌的成就。希望在未来的一百年中，中国能够对世界的航空动力技术的
发展做出更大的贡献。我也希望在座的朋友们，能够在这方面有新的发明创造，谢谢各位
！
《飞翔的动力》 （全文）
飞向天空是人类亘古以来的梦想，从古到今最经久不衰的话题。几乎世界上每一个民
族都流传着各自飞天的神话和传说，寄托着人类共同的美好愿望。
这就是西方的小天使，长着肉的翅膀，非常可爱。这是嫦娥奔月，中国的民间神话。
这是舜由于受到继母的虐待，要把他烧死，他就拿了两个“斗笠”从那儿跳下来，最后逃
生了，这就是我们现在降落伞的雏形。这就是姜子牙手下的一个大将叫雷震子，他长了两
个翅膀，可以从这个城堡飞到另外一个城堡去打仗，这都是我们历来的美好的神话。
早在两千多年前的楚汉时期，我国的先民就发明了风筝，这是世界上目前公认最早的
重于空气的飞行器。一千多年以前的五代时期就发明了“松脂灯”。后来又叫“孔明灯”
，是用于信号联络，是世界上最早的、最原始的热气球，也是现代热气球的鼻祖。
五百多年前的文艺复兴时期，被后人公认为世界科学家的创始人之一的著名画家达芬
奇，他通过长期的观察和研究鸟类的飞行，初步尝试了一些飞行的基本原理，并设计和制
作了很多“扑翼机”来尝试飞行，但是由于动力的不足而告失败。他制作的“扑翼机”让
他的马车夫去试飞，结果飞上去了。最后人摔下来，摔断了一条腿，说明靠人力来飞行是
不可能的。
由于没有后续的动力，一次次人类飞行失败之后，飞行便转向轻于空气的航空器：气
球、飞艇、无动力的滑翔机。我们可以看看这个画面，你看它用动力，用人来飞行。
那么人类怎么能够飞上天空呢？经过长期的探索和不懈的追求，终于发现实现飞上天
有三种基本的途径：第一个叫做基于阿基米德浮力的原理。就是轻于空气的飞行，包括热
气球、包括氢气、氦气球，包括飞艇。第二种是基于直接有升力的飞行。像火箭、垂直起
落的飞机。另外一个就是基于柏努利定律，以速度换取升力的飞行。这就需要动力，如固
定翼飞机、直升机、旋翼机都包括在内。
下面我们看一看利用阿基米德原理的飞行。1783年9月19日法国人蒙格尔菲兄弟受中国
孔明灯的启发，研制成世界上第一个热气球。他们将一只羊、一只公鸡升到了520米的高空
。这里有一个故事，就是谁来第一次上天？当时有些人提议，就是搞两个死囚犯，反正他
已经判了死刑了，说摔下来摔死也没关系。但是很多科学家反对，说这么大的荣誉怎么能
够给两个死囚犯呢？他们给国王上书。路易十六当时就决定，不能用死囚犯上去。最后两
个勇敢的科学家爬到上面，就站在这个回廊上面，所以最后是两个年轻的科学家第一次飞
上了天空。直到今天热气球仍然广泛应用于运动、娱乐和探险。到1999年由英国人琼斯和
瑞典探险家皮卡尔驾驶的“布雷特林”号热气球共同完成了热气球的环球飞行。1852年法
国人吉法尔发明了世界上第一个可以半操纵的气球，叫飞艇。它装了一个三马力的蒸汽机
，这个大家可以看一下演示。这个蒸汽机装在这儿，人在这儿操纵。1900德国人齐白林制
造了世界上第一个实用飞艇叫“齐白林”号，从1910年到1914年四年当中“齐白林”飞艇
共飞行了274万公里，它运送了三万五千人而没有一个人伤亡。1929年最豪华的“齐白林伯
爵”号飞艇用21天5小时完成了环球飞行。二十世纪二三十年代飞艇当时成为最方便、最快捷、最舒适的交通工具，盛极一时。这是当时飞艇的飞行情况。但�
堑�1937年当时齐白林的学生设计一个世界上最先进、最豪华的巨型飞艇叫“兴登堡”号，
在美国着火销毁，从此德国政府就宣布，以后不允许飞艇飞行，飞艇这个时代就暂告结束
。飞艇发明到发展一直到没落，只有85年的历史，被认为是最短命的交通工具。现在美国
、俄罗斯、英国、法国都在研究飞艇，就是准备用飞艇飞到二十公里到三十公里，作为一
个空间信息的终极平台，这个现在大家可能看了这个报道。说明飞艇又重新迎来了新的发
展机遇。
途径之二就是我们直接给飞机提供升力，最主要就是火箭，大家都知道四大发明，其
中一个就是火箭。鼻祖就是中国古代的起花，这就是起花，发明于八百多年前的宋代。在
四百多年前的明代，就已经被广泛应用于军事领域。各类导弹普遍是采用火箭发动机来作
为动力。
第三种途径就是我们现在的飞机了，那就是主要的原理就是利用柏努利定理，以速度
换取升力。像这样的机翼，气流流过的时候上面的速度快，它压力就低。下面的速度慢，
压强就高。这样就产生一个压差，这样就产生一个升力。所以产生升力的一个必要条件，
就是飞行器与大气要有相对速度，要给它提供升力。当然也可以依靠重力飞行，而重力飞
行主要是滑翔机了，那不可能持续飞行。我们可以看看滑翔机的情况，它滑一段就掉下来
了。因为有重力，它没有动力飞行的话，它就只好飞一段时间就下来了。
第一个重于空气的无动力的载人飞行器是由德国人李林塔尔于1881年制造的，依靠重
力产生的速度。1903年12月17日，这是我们一个永远应该值得纪念的日子，莱特兄弟在技
师泰勒的帮助下，自己动手设计制造了活塞式汽油发动机。功率是12马力，重量是47公斤
，这为人类首次有动力、稳定、可操纵的持续飞行提供了发动机，从此开创了人类飞行的
新纪元。我们所纪念的一百周年也是从这一天开始。这是当年莱特兄弟试飞的很珍贵的情
况。这就是当年第一架装活塞发动机的飞机。
莱特兄弟的飞行，虽然是飞了26秒，短短的两百多米，但是开创了我们人类飞行的新
纪元。下面我讲第二个飞机的心脏就是发动机，就是刚才讲了你要飞起来必须要有动力。
这个方面我们可以看出来，作为飞机的心脏，发动机在航空技术的发展过程中起着关键性
的作用。由于动力的缺乏，没有办法托起飞机自由飞行的梦想。我们知道十八世纪中叶，
也就是1763年瓦特发明了蒸汽机，推动了工业革命的发展。但是由于蒸汽机太重，它没有
办法装到飞机上，所以一百四十年以后莱特兄弟才把飞机飞上天。1810年英国科学家凯利
发现了飞行原理，这飞行原理是很简单，它就是一句话：所谓的动力飞行，就是你给一个
平板，一个动力、一个推动力，它就可以支撑一定的重量。我们现在的飞机原理就是这么
一句话，就是你给它动力，一个平板就可以飞起来。
内燃机是1883年发明，但是这些内燃机仍然非常重，莱特兄弟经过了改进，1903年装
到第一架“飞行者1号”上，最后飞上了天空，这是一个伟大的创举。这里面我们也可以看
到，在过去一百年中，我们动力可以划分为两个时期，第一个就是活塞式发动机，大概是
二十世纪上半叶，基本上是活塞式发动机的时代，而到二十世纪下半叶是喷气时代。两个
时代是这么来划分，以动力来划分的。动力的发展使飞机飞得更快，比如活塞式发动机，
它最大只能达到0.7倍英速，它的飞行速度是每小时800多公里，而海平面标准大气压声速
是1224公里，涡喷发动机可以达到300声速。从高度来看，活塞式发动机大概最高可以飞到
10万米，而航空发动机可以飞到30公里。航空发动机发展到今天，飞机为了飞得更快、更
高、更远，它促使航天发动机向重量更轻、功率最大、使用更经济的目标迈进，不断地突
破创新，发展出各类航天发动机，推动着飞机性能迅速地向前发展。
发动机主要有两大类，一个是活塞式发动机。大家可以看到，现在汽车上基本上用的
这种，这已经把活塞发动机发展得非常完整了。另外一个叫空气喷气发动机。下面我说一
下活塞式发动机主宰了二十世纪上半叶，功不可没。
我们再看看三次技术战争中，空中力量所起的作用。1991海湾战争，以美国为主的多
国部队出动了1098架飞机，载弹量是23万吨。出动的次数是6万8千多次，空袭了38天。地
面战斗四天，最后他只死了148个人，所以空中力量就可以把你打跨。这是1991年的事情。
1999年呢，科索沃战争中美国空中的战斗机是555架。投弹2万3千多枚，空袭了48天。地面
一天都没打，一个人员都没伤亡，就把这场战争打赢了。2003年伊拉克战争刚刚结束，美
英联军出动了930架战斗机，870架支援任务飞机，投弹是2万9千多枚，空袭30天，地面战
斗是30天，美英方加起来是死亡了115人，小小的代价就获取战斗的胜利，所以从海湾战争
来看，目前装备先进发动机的空中装备，依然是现在空战中的优势力量。
下面我重点讲一下第四代发动机，第四代发动机与第三代发动机相比，它具有很多先
进的、特殊的性能。主要是推力矢量、隐身性能、超声速巡航能力，它装备的第四代发动
机的第四代战斗机，它的作战性能全面超过了现役的第三代战斗机。据报道美国通过计算
机的演示，第四代战斗机F22与第三代战斗机F15相比，它的综合作战效能提高了10倍，那
就是一架F22可以与10架F15来对抗。
第四代发动机及其配装的第四代战斗机正在研制，即将投入服役。预计第四代战斗机
的发动机将成为21世纪上半叶的主力战斗机的动力。我们看看第四代战斗机的特殊性能：
一个它装了矢量喷管。我们看看矢量喷管它是怎样工作的？这是一个二元喷管，就是发动
机喷管可以一面加力，一面可以上下摆动，这样来控制飞机的飞行。这是F119采用的二元
矢量喷管。我们再看看一个三元的，就是轴对称的矢量喷管。这个喷管我可以告诉大家，
我们中国人已经研制出来了。这是刚才讲的轴对称的矢量喷管，我们606、624都已经上了
台架，运转得非常成功。
这是在一个航展上，俄罗斯的，这是跟美国的那个相当的，我们比它转得大概还灵活
点，轴对称矢量喷管这种发动机，装到飞机上之后给飞机带来什么好处呢？它就可以实现
一个非常规的过失速机动，我们看看这个表演。这是苏37，你看，就像中国人翻跟头一样
，飞机可以这样飞。我们第一代飞机打仗的时候，就是要后面尾追，就是要从后面追，如
果你跑到敌人前面去了，那人家就打你了。那怎么办？你赶快拐弯，拐个大弯，再绕到它
屁股后面再打它。而这种发动机装了尾喷管之后，它不用这么拐大弯了，它直接翻个跟头
就过来了。所以装了矢量喷管之后，飞机机动性大大地改善。第四代发动机，美国的F35战
斗机，它是装单代的F119发动机，它可以实现垂直起落，实现短距起落，也可以正常起飞
。这就是它的一个飞机的模型。2000年10月24日，这个GSF，现在叫F35，实现了首飞。20
01年10月26日，美国空军司令宣布马丁公司的F35这个方案中标，竞争当中中标。它的订货
量3000架，合同的总金额是2千亿美元。这是美国有史以来，最大的一笔合同。据说美国往
海外卖，大概还要卖3千架，又是2千亿美元。所以这个搞成了，经济效益是非常巨大的。
我们看看F35是怎么飞的？这是首飞的情况，是在2000年10月24号首飞的。另外由于有了矢量喷管，所以第四代发动机它可以有红外隐身技术，飞机能够满足�
硪蟆Ｕ飧龈詹乓丫硌莨耍颐强纯疵拦囊矸苫鶩117，F117投入战斗之后，它
就使用二元矢量喷管。参加了几次局部战争，实际上只有一架被打落了，是在南斯拉夫被
打落了，显示出强大的生存力。这个第四代发动机，由于它采用高推重比发动机，耗油率
是加力状态的二分之一。因此它能够实现超声速巡航，就是不加力可以实现超声速。所以
这样的话，它的航行和作战半径，就可以大大扩大。第四代它就可以实现加力燃烧，这个
F22，我们可以看看，刚才我讲的都是战斗机，现在我给各位讲一讲民航发动机。这个涵道
比发动机，就是1952年5月2日，英国研制的装第四代的“埃汶”涡轮喷气发动机的“彗星
”号客机，这是世界上第一架喷气客机。它首先开辟了伦敦到南非的航线，宣告民航飞行
喷气时代的来临。民航发动机的耗油率现在不断下降，大概下降60%左右，现在GE90已经下
降到0.5以下，下降了60%，三分之二是发动机耗油率下降所做出的贡献，其他三分之一就
是我们飞机的气动率得到了改进和阻力减少了。
那么民航飞机大家都坐过，是不是安全呢？大家都感到坐飞机不安全，因为一摔下来
几百人就死了。实际上坐飞机是最安全的，民航发动机它的空中事故率要求十万分之一，
不能超过这个。所以平均死亡率是每1亿公里只能死0.04个人，是汽车和轮船的几十分之一
，航空已经成为最安全最快捷的交通工具。这主要得益于一系列的严格的考核试验，就是
民航发动机交付使用之前要做大量的试验。我就不详细讲了，我只演示几个主要的事件给
大家看：一个就是飞机在机场起飞的时候，大家看到有很多鸟。所以有些机场鸟多的话，
就组织打鸟队。就是把鸟要赶走，否则这飞机一起飞，鸟撞进去了，这发动机就有危险。
曾经在印度有一个秃鹫闯到发动机里去了，最后发动机停车，机毁人亡，死了200多人。所
以发动机在出厂之前，在定子上必须要做抛鸟试验。它要把四个一公斤左右的中等大小的
鸟，用这个炮把它打到发动机里面去。这个时候发动机不能够停车，更不能损坏。我们看
看这个演示：你看出来了之后，这个鸟给烧了。民航发动机必须要做这个试验，这是四个
鸟，每个鸟是一公斤。当然还有些打进20几个鸟的，那个鸟小一点，像麻雀一类，这是吞
鸟试验。另外一个就是发动机叶片在工作的时候，由于种种原因，发动机叶片可能断了，断了之后，那怎么办呢？它要求这个发动机至少使这个机匣能把它包�
萜鹄矗荒艽虺鋈ィ运蔷陀姓飧鍪匝椤Ｏ竦鹿⒂⒐妥龉飧鍪匝椋颐强梢钥
纯矗幸恍┕室馊靡镀希炅丝纯椿岵换岚逊⒍蚧怠Ｕ飧鼍陀酶霰菟ǎ旁谝
桓鲆镀希阉ǎ镀阉蚨稀�
你看发动机打的时候，你看叶片断了，但是发动机完好无损，说明它的包容性很好。
否则你打出去把油箱打着了，飞机就着火了，所以这种试验是要做的。另外一个就是在天
空飞行有时候碰到下冰雹怎么办？所以要模拟下冰雹的试验。给大家再看看：这个GE90装
波音747用的发动机，百年不遇。每分钟一吨的冰雹打到发动机里面去，这个发动机要求不
停车，不允许结构破坏，你必须要做到这一条。
上面我把这一百年的回顾，军机民机的发展我大致讲了一下。下面我为大家简单介绍
一下21世纪我们发动机大概怎么发展。21世纪我认为航空动力将呈现加速发展的趋势，第
一个就是我们目前所使用的涡轮风扇发动机，如果突破一些关键技术，仍然是有巨大的发
展潜力。它仍然是21世纪上半叶主要的发动机，不管是军机也好民机也好，这里面有大量
的试验。推重比有可能提高到15到20 或者是更高，这个将来还是占了我们的主流，我估计
要使用到2050年以后吧。第二个涵道比可以超过10，目前是8.5左右。寿命要超过10万小时
，生产成本要大大下降。
再一个美国推出一个通用核心机，这个核心机可以用在多用途战斗机上、全球攻击机
上、无人战斗机上、或者超声速巡航导弹都可以用。这样的话就节省大量的费用，这是技
术的进步。第二种就是我们有可能实现高超声速的飞行，这种飞行的动力装置，将来主要
是涡喷、涡扇发动机，或者是涡扇加上冲压式发动机，再加上火箭发动机。这个组合动力
，如果这种组合功力一旦能够实现，就是航空动力与航天动力相结合。将来就可以实现10
倍音速的、或者跨大气层的往返。一旦研制成功，将来出现什么局面呢？就是我们从北京
到纽约的飞行时间大概二、三小时就到纽约了。所以就要开创人类的一个崭新的纪元，这
里我们看到涡喷、涡扇发动机大概是马赫数2。二十公里以下涡喷发动机可以飞到马赫数3
。然后就打开亚燃冲压发动机，然后速度再高，打开超燃冲压发动机。最后如果要飞到外
层空间去，60公里以上空气就很稀薄了，基本上没有多少空气了。这时候就必须用火箭，
因为它没有空气了，你必须要有火箭。所以这样的话，我们人类有可能将来坐飞机上到太
空。现在大概一个人要4000万美元，我们将来可能就很便宜了。实现这一种飞行，将来而
且不仅有火箭，像美国航天飞机用火箭打上去，那个成本很高，将来我们实现正常的起飞，正常的着陆，但是可以实现超声速巡航。这就要我们动力，你必须要�
缫徊健�
第三个是超微型发动机。将来我们的发动机也有很小的类型，飞机做出来像一个手掌
那么大。甚至我们未来有纳米发动机，做出来之后，就有可能装这个发动机的飞行器也像
蚊子那么大小。过去的《西游记》，孙猴子钻到铁扇公主的肚皮里面去了。将来有可能我
们用那种小飞机从你的鼻子里飞下去，完了到你身体去巡视一周，检查你有什么毛病。这
是将来技术的发展，21世纪我相信这一点可以实现。
再一个就是新能源。我们地球上的石油资源总是要用完的，现在人类又开始在探索，
如果用完了怎么办？另外还有一个环境污染问题，现在大家正在探索无辐射无污染的能源
。
这个是太阳能飞机，俄罗斯已经试飞了。主要是由氢、液态天然气、太阳能做燃料的
。我的结束语：纵观航空发展的历史，可以毫不夸张地说，发动机在飞机的发展中起着关
键性的作用。发动机是飞机的心脏，是推动飞机快速发展的原动力。过去一百年航空动力
技术已经取得了巨大的成就，极大推动了航空技术的发展，并推动了人类文明的进步。未
来的一百多年，随着新的理论、方法持续发展和应用，21世纪的航空动力技术必将加速发
展，取得更加辉煌的成就。希望在未来的一百年中，中国能够对世界的航空动力技术的发
展做出更大的贡献。我也希望在座的朋友们，能够在这方面有新的发明创造，谢谢各位！
（来源：cctv-10《百家讲坛》栏目）
(编辑：兰华来源：CCTV.com)
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