飞机燃料燃烧需要氧气，这是一个人人皆知的基本常识。但是，万米高空空气稀薄，飞行在这里的飞机是如何获得充足的动力呢？

为了解决这个问题，聪明的科学家们想出了一个好办法 : 不是氧气含量少吗？那就给发动机增加进气量！多给发动机送入空气，以满足燃料燃烧时所需要的氧气。为此 科学家发明了压气机，安装在发动机燃烧室前面。

原来，这个压气机，就是一个上面装满了叶片的轮子，当飞机发动机转起来的时候，压气机转子也同时转动，转动的叶片和静止的叶片形成对空气的挤压，随着压力的提高，空气中的氧气量也多了起来，这种高压空气进入燃烧室，燃料燃烧就不会缺氧了。

航空发动机要想提高效率，需要极高的增压比，我们平时所说的优秀的航空发动机要具有“三高”，高增压比就是其中之一，另两个“高”是高涵道比和高涡轮前温度。

世界著名航空发动机GE9X，增压比达到61，就是可以将空气压缩到原体积的1/61，这么大压力的空气，不仅可以提高燃烧效率，还可以通过外涵道送出去增进发动机的推力，使得整个发动机推力得到大幅提高。

由于地面的氧气量和高空的氧气量不同，航空发动机在这两种情况下的工作状态是不相同的。科学家们对于航空发动机在各种高度下的工作状态早已经考虑得非常全面，而压气机，就是科学家为了保证发动机在万米高空工作不缺氧而设计的，既提高燃油的燃烧效率，还为发动机增加了推力。

下面这张图，是告诉我们发动机在不同的高度，转速与燃烧效率的关系，一目了然。

因此，科学家让大家尽管放心，飞机飞得再高，也不会因为缺氧而发生问题。

充分燃烧需要氧气，那么飞机使用燃烧航空煤油，在高空中氧气稀薄，如何保证有充足动力前行？

先说结论：在高空，由于氧气稀薄，发动机为了维持正常的推力，需要增大单位时间内的进气量来保证；可能有人要说，这不废话吗？的确是废话，但本文的价值，在于揭示飞机和飞机发动机在高空下是如何工作来保证进气量的。办法有两个，一个是增大压气机转速，让空气增压比升高；另一个是飞机本身飞的要快。

由于空气的稀薄程随高度变化，而且是非线性的，在17公里出有一个拐点，过了这个拐点，空气密度将随高度的增加而剧烈变小。所以在高空状态下，飞机要想尽办法来增加进气量，不然就死定了。

空气压强随高度的变化曲线，可见当飞机在17高度时，此时的空气压强只有地面的1/10

我们就以使用最普遍的涡扇发动机来说明，飞机在高空如何保证推力满足要求。涡扇发动机是：风扇-低压压气机-高压压气机-燃烧室-高压涡轮-低压涡轮-加力燃烧室的结构。任何空气来流，都要线先在进气口减速、预压缩，然后通过流经进气道，由涡扇发动机的风扇吸入，并经过低压压气机和高压压气机对空气逐渐增压，最终才会送到燃烧室进行燃烧，在这个过程中，稀薄的空气在近似绝热的条件下被逐渐压缩成高压空气。

以F414-GE-400为例，说明航空涡扇发动机的结构

比如F-15配备的F100涡扇发动机，增压比可达28.5：1，也就是说经过高压压气机后的压缩空气总压将达到发动机进口总压的的28.5倍；F-16配备的F110发动机更是可达到29.9-30.4：1；而民用的GE90X大涵道比甚至达到了十分变态的61：1！能够给空气增压到如此高的程度，涡扇发动机压气机可以说功不可没，压气机也承担了十分恶劣的工况。也正因如此，高压压气机也是除了发动机热端以外第二难设计的部件。

那么压气机工作，本身也要有动力来源，它的动力来源是哪里呢？其实是靠后端燃气涡轮的传动来带动旋转的。一般来说发动机会设置两级涡轮，分别是高压涡轮和低压涡轮。低压涡轮和低压压气机以及风扇通过传动轴连接，高压压气机和高压涡轮通过另一根独立的传动轴传动。这样，压气机可以自由调节转速，使风扇和涡轮都各自工作在最佳状态，满足各种状态下的进气要求，以及避免喘振事故的发生。

两级传动的涡扇发动机，分别用绿色和紫色代表两个传动组

除此之外，飞机在高空必须满足一定的最小速度，才能保证发动机的正常循环，而这个最小速度要比飞机在低空时的失速速度要大的多了。在20公里以上的高空，一般至少要达到1倍多音速的速度才行。为啥呢？其实这也是为了发动机的保证进气量足够。因为单位时间进气量=截面积X空气相对流动速度X空气密度，高空空气稀薄，因此空气密度小；只有达到一定速度时，空气的流量才能满足发动机最起码的工作循环要求，否则推力不足，甚至可能导致熄火。而截面积是没法改变的，所以只能改变空气相对流动速度，也就是自己要飞的快一些。

如下图是AL-31F发动机的推力曲线图。横坐标代表飞行马赫数，纵坐标代表推力，每条曲线都代表一个高度下测到的推力。可以看到，在0高度时，飞机发动机的速度允许是0，而随着高度增加，曲线的最小速度也就随之增加，在20km高度时，速度不能小于1.4马赫。而在每一种高度下，随着飞行马赫数增加，推力也随之增加。这也说明飞机速度越快，单位时间进气量越大，也就越能够产生更高推力。所以一般高空飞机我们都叫高空高速飞机，只有飞得够快，才有能产生足够的推力维持升力平衡。有人说飞的快那阻力不也大吗？确实，当飞机飞到一定速度时，阻力和推力就达到了平衡，就再也无法提速了，所以飞机都是有极限速度的。但是由于高空空气稀薄，反而让飞机的飞行阻力变低，所以一般飞机的极限速度都是在一定高度下的高空飞出来的。（当然了，不可能无限高，不然发动机没法工作）。

AL-31F发动机推力曲线

只有像U-2这种特殊设计的，用超大展弦比和超大机翼面积的飞机才敢在高空飞低速。而像民用客机波音777，虽然发动机推力巨大，无奈它太重了，而且那个夸张的大涵道比发动机阻力也较大，飞不了高速，所以升限也就只有10000多米。

低速飞机能飞到25公里以上的也就U-2了

适合飞高空高速的战斗机，其实长这样

虽然有历史上有少数飞机可以达到20公里以上高度的升限，比如U-2，SR-71，歼-8等，但是实际上高空高速现在意义已经不大了，目前大多数的飞机实用升限都小于20公里。

充分燃烧需要氧气，那么飞机使用燃烧航空煤油，在高空中氧气稀薄，如何保证有充足动力前行？

航空发动机专业的同学来回答一下。

现在的航空发动机一般都是涡轮燃气发动机，这种发动机的结构中，都必然有一种被称为压气机的结构（Compressor），这种结构通过层层叠叠的叶片【如下图所示，就是航空发动机里面的多级压气机叶片】，将空气加压，所以即便是稀薄的空气也能够在高压之下为燃烧室内的燃烧提供充足的氧气。我看到有的答主说是“风扇”在加压，这个说法是错误的，风扇的加压能力极为有限，主要用途是提供推力，而不是增加压力。

下面这张图就是正在旋转的压气机。而且随着压力的增高，发动机的效率也会提高，因此发动机的压气机给空气增压的能力是非常重要的，我们称之为“增压比”，而我们常说的发动机“三高”，也就是高增压比、高涵道比、高涡轮前温度是航空发动机效率提高的关键因素。

比如说最先进的民用发动机之一GE9X的增压比可以达到61，由此带来了这一型号发动机超高的运行效率。【如下图所示，就是GE9X的介绍】

当然，高空空气的稀薄也给发动机的设计带来了很大的问题。

从理论上说，即便是最先进的发动机，随着飞行高度的增加，空气越来越稀薄，发动机是一定会在某一个高度再也不能工作。而为了保证飞机能够应付这种空气稀薄的状态、发挥发动机的最高效率，飞机发动机的工程师们要花费更多的心思。

最简单的说，我们在计算发动机工作状态的时候，有一个很重要的概念，就是要把所有的跟发动机性能相关的特性曲线转化成“海平面标准大气压”状态，也就是说，发动机的形状、转速什么都不变，随着海拔和温度的变化，发动机的运行状态在特性曲线上的位置也会发生改变。这就有利于我们不必考虑发动机实际工作的海拔和温度了。

总之，高空空气稀薄这个事情，对于航空发动机是一个很重要的问题，但是我们的工程师已经充分考虑到了这个问题，并且提出了对应的办法呀。