航空發動機對戰機飛行性能的影響

飛機在飛行時所受的升力、阻力、推力、重力之中，維持最基本的等高度等速度飛行，或進行各種飛行機動的力，就是升力和推力。

升力的大小和主翼的設計有關，推力的大小，就要看發動機的設計了。其中，升力的大小除了要看主翼的氣動外型之外，飛行的速度也是個很關鍵的因素，而飛機能飛多快，要取決於發動機所提供的推力和阻力之間的對抗；此外，發動機本身很重，且它是要燒燃油的，所以飛機還必須搭載一定程度重量的燃油以供其使用，如此一來，發動機本身的構造，和它所需要的燃油總量（和它在不同推力下的耗油率、飛機的航程或續航力要求有關），就會對飛機所受的總重力造成顯著影響。

由前述可知，發動機的重量、推力、耗油率等，會不同程度，直接或間接的影響飛機所受的四個力的大小，對飛機的飛行性能表現影響深遠。那逐次逐項來說，它會從哪些面向去影響飛機的性能呢？

第一，發動機推力要夠大，飛機才飛的起來。

在萊特兄弟成功之前，很多飛機都飛不起來的一個重要原因，是當時的引擎科技比較落後，要麼推力不夠，要麼推力大但重量更重、推重比太低（轉個彎來說還是推力不夠的意思，只是這裡更強調推重比不夠）。

第二，發動機是很重的，它的重量會對飛機總重造成很大影響。

飛機有多重，會影響到它需要多大升力才飛的起來，飛機需要產生多大升力和它會同時造成多少阻力是息息相關的，以上二者就會直接影響飛機的氣動外型設計。

飛機的氣動外型設計，和飛機所需、發動機必須要能提供的推力大小，在飛機的設計階段是會彼此產生交互作用的。
另外，發動機安裝位置的前後，會很大程度決定飛機重心的位置，而重心的位置對飛機的穩定性設計來說極為重要。

渦輪發動機的壓縮機（藍色者）負責壓縮空氣，燃燒室（紅色前段）負責噴灑燃油，並引爆燃油和空氣中的氧氣，渦輪（紅色後段）則從噴射氣流中汲取一部份氣體動能，來透過中軸轉動壓縮機。 （圖片由作者提供）

第三，發動機的耗油率決定飛機得扛多少重量的燃油，以及整架飛機的航程（能飛行的最遠距離）或續航力（能維持飛行的最長時間）表現。

以戰機來說，除了在起飛、緊急攔截或空戰等狀態，不然平時在巡航，或警戒、巡邏時，是不需要用到最大推力的。在這樣的情況下，飛機若以一微小攻角（對次音速飛機來說通常是2~5度）進行巡航，可獲得最佳升阻比，進而可以用最小的推力來維持飛行。

舉例而言，對「噴射」飛機來說，當發動機輸出的推力是飛機本身的「最小需求推力」時，它在那個條件下的耗油率，就決定了這架飛機的「最大續航力」。

發動機的耗油率會決定飛機需要帶多少燃油才能達到預定的航程或續航力指標，然而多帶燃油會讓飛機更重，這些因素是互相牽連的，而相關的計算會有點複雜，因為飛行時燃油會消耗，所以飛機會越飛越輕。

第四，發動機在不同高度、速度的飛行條件下的推力/功率輸出，會影響飛機的飛行性能，如最大速度、爬升率、轉彎率等。

發動機畢竟是吸氣的，所以它在不同飛行高度（意味著不同空氣密度）、不同飛行速度下，會吸到怎樣的氣流，對它的推力、油耗等表現，是有影響的。

在一個特定的飛行高度，飛機的最大速度和發動機所能提供的最大推力有關，飛機的加速性能和整架飛機的推重比有關，飛機的爬升率和剩餘功率（剩餘功率=發動機在該速度條件下可提供的最大功率—飛機在該速度下維持飛行的需求功率）有關，也就是和發動機能提供的功率有關，飛機的轉彎率和轉彎時的飛行速度有關，這也會受發動機推力影響。
如果以能量（飛機在天空中飛行時的動能和位能）的角度來看，發動機的能量輸出會直接影響到飛機所擁有的動能。

發動機除了追求性能，也非常注重可靠度。 （圖片由作者提供）

簡單做個總結，發動機就是個透過熱力學循環，將燃油中的化學能釋放出來，以把能量賦予給氣體的方式，藉由推力的輸出，給予飛機動能的裝置。其中更高的壓縮比、更高的渦輪前溫度，都可以提高發動機的推力輸出，同時獲得更高的效率，不過，發動機性能的改進，時常會同時遇到熱力學、熱傳學（如冷卻技術）、流體力學、結構強度、材料科學、冶金工藝上的挑戰，具有相當程度的挑戰性。

對飛機來說，發動機的性能固然重要，但發動機除了必須具備至少及格的推力與油耗等性能之外，更重要的是，它還要能在不同的飛行姿態（不同進氣條件）、空氣密度、飛行速度、發動機轉速，甚至各項條件急遽變化之時，持續不斷的穩定、可靠運轉，為飛機提供動力，也保障飛行的安全。

※作者畢業於成功大學航空太空工程學系，著有《戰鬥機設計與運作原理》