航空發(fā)動機的研制難在哪兒？
航空發(fā)動機的研制難在哪兒？航空裝備中,，最受關(guān)注的當屬航空發(fā)動機。航空工業(yè)被比作現(xiàn)代工業(yè)的“皇冠”,，航空發(fā)動機更被稱為現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”，是飛機的心臟,。長期以來,，一直有人不理解，為什么中國造得出神舟飛船,、造得出殲-10戰(zhàn)機,，偏偏造不出先進的航空發(fā)動機？航空發(fā)動機的研制究竟難在哪兒,？中國該如何通過自主創(chuàng)新進行突破,？記者進行了采訪。研制究竟難在哪兒要承受1700℃以上溫度,，以及相當于3倍的蓄滿水后的三峽大壩底部壓力“航空發(fā)動機是經(jīng)典力學在工程應用上逼近極限的一門技術(shù),，本身具有超常的難度。具體說來,，航空發(fā)動機是為飛行器提供動力的熱力機械,，需要在高溫、高壓,、高速旋轉(zhuǎn)的條件下工作,，對研制的要求很高?！敝泻焦I(yè)發(fā)動機公司總經(jīng)理龐為介紹說,。溫度有多高？目前先進的航空發(fā)動機工作溫度在1700攝氏度以上,，大大超過發(fā)動機渦輪葉片鎳基合金的熔點,。壓力有多大？發(fā)動機壓氣機增壓后的壓力高達50多個大氣壓,，相當于3倍的蓄滿水后的三峽大壩底部壓力,。旋轉(zhuǎn)有多快,？轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn)幾萬轉(zhuǎn)，葉尖承受的離心力相當于40噸重卡車的拉力,。有的人認為,，高溫、高壓,、高轉(zhuǎn)速固然對研制提出了高要求,，但是宇宙飛船不也會面臨高溫問題嗎？海洋裝備不也要處理高壓問題嗎,？為什么航空發(fā)動機研制就被難住了,？龐為解釋說,，高溫,、高壓和高速，單獨看的確可以通過一些技術(shù)手段解決,。比如：宇宙飛船,、火箭，可以在高溫處覆蓋隔熱瓦,，解決高溫問題,；地面和水面動力，可以把發(fā)動機做得大一點,，解決壓力,、強度問題；一次性產(chǎn)品,，如導彈動力,、火箭動力，不需要考慮長壽命,，一些難題也就迎刃而解,，最后燒掉或者不再使用就行了。但是,，航空發(fā)動機不一樣,，其研制還有“體積要小、重量要輕,、壽命要長,、可以重復使用”的要求，這意味著難度成倍增加,?！霸O計航空發(fā)動機就是要讓它在這些苛刻的約束條件下使性能得到******發(fā)揮。了解這些特點,，也就能夠理解研制航空發(fā)動機為什么這么難,?！饼嫗檎f,。航空發(fā)動機之所以被比作現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”,，一定程度上因為其研制集中了現(xiàn)代工業(yè)最尖端的技術(shù),、*********的工業(yè)成果,。因此,，航空發(fā)動機發(fā)展水平也是一國綜合國力,、工業(yè)基礎(chǔ)和科技水平的集中體現(xiàn),。如果一個國家在部分技術(shù)環(huán)節(jié)、部分工業(yè)門類上存在短板,，就會制約航空發(fā)動機發(fā)展。龐為舉例說,，如果材料工業(yè)拿不出最好的高溫材料,，發(fā)動機的性能就上不去。航空發(fā)動機使用的精密電子元器件需要其他配套工業(yè)部門研制,，如果這方面無法突破,，就會影響到航空發(fā)動機性能的發(fā)揮?！澳壳皣H上能搞火箭,、導彈,、核彈的國家有很多,，能搞飛機的也有十幾個國家,。但真正能搞航空發(fā)動機的國家只有美國、英國,、俄羅斯,、法國等幾個國家,。綜合國力,、工業(yè)基礎(chǔ)、科技水平,，任何一方面跟不上,，都搞不出先進的發(fā)動機,。”龐為說,。為何需要那么多錢航空發(fā)動機不單是設計,、制造出來的，更是試驗出來的,。反復試驗,，近似于“燒錢”不久前，中航工業(yè)集團董事長林左鳴表示,，資金投入不足是制約航空發(fā)動機取得突破的主要因素之一。這一說法立刻引起爭議,。有的人認為，干不出來就說是錢的事兒,，難道錢少一些就真不行嗎？記者了解到，能夠生產(chǎn)航空發(fā)動機的國家,，在這一項目上投入的資金的確不少,，且歷時較長。根據(jù)統(tǒng)計,，過去50年,，美國投入航空發(fā)動機預研經(jīng)費就超過1000億美元,。裝備美國第四代飛機F—22的F119發(fā)動機,，從最初的部件研究到具備完全作戰(zhàn)能力歷經(jīng)32年,，其中僅驗證機研制和原型機研制共投入31億美元,。在這些國家，研制主體是企業(yè),，但大量投資來自政府,。政府往往直接向企業(yè)投資研制軍用發(fā)動機，獲得的技術(shù)再間接向民用發(fā)動機領(lǐng)域轉(zhuǎn)移,。政府也向航空發(fā)動機基礎(chǔ)研究和應用技術(shù)領(lǐng)域進行大量投資,。這么多錢用在哪兒,？林左鳴說，航空發(fā)動機不單是設計出來的,，也不單是制造出來，更是試驗出來的,。反復的試驗,，一定程度上就相當于“燒錢”。航空發(fā)動機研制,，必須借助大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù),。由于航空裝備的特殊性，這些數(shù)據(jù)只能靠自己試驗獲得,。做試驗要購買原材料,、加工試驗件，研制試驗設備,，研究試驗技術(shù),，試驗過程本身也要消耗大量物資和能源。航空發(fā)動機設計制造出來后,，還要做大量的試驗進行驗證,，以充分暴露問題,。很多試驗是研制程序和規(guī)范要求必須做的,，包括零件試驗、部件試驗,、系統(tǒng)試驗,、核心機試驗、整機試驗等等,，一級一級往上做,，一項不能少,。其中,，整機試驗就要做幾千小時，甚至上萬小時,，是真的在“燒”發(fā)動機。一臺大推力發(fā)動機一小時要燒掉十幾噸煤油。有人會問,，難道不能少“燒”一陣子嗎,？據(jù)了解,，按照規(guī)范,，一些性能指標，比如疲勞壽命,，試驗累積不到一定時數(shù),，就無法知道達不達標。試驗暴露出的問題,，改進后還要繼續(xù)試驗,。有些試驗是破壞性試驗,，需要破壞零件或整機,。如渦輪盤破裂試驗，做完就報廢,，而且一做就是幾十個盤,，因為要累積數(shù)據(jù)。再比如民用飛機發(fā)動機中的風扇包容試驗和鳥撞試驗,，試驗需要損毀整臺發(fā)動機,。這些試驗不做又不行，是適航體系,、設計體系為了保證飛行安全而規(guī)定必須進行的試驗,。個別試驗是不是可以省略？龐為告訴記者,，我國在航空發(fā)動機研制過程中也曾想走捷徑,，省去一些試驗不做或做的次數(shù)少一些，但最后產(chǎn)品技術(shù)問題集中暴露,，還得補充投資做試驗,，而且耽誤了項目的總體推進。除了試驗外,，制造技術(shù),、材料技術(shù)也需要相當數(shù)量的投入，開展基礎(chǔ)研究,、應用研究,，并通過反復迭代試驗進行驗證?！爸v這些不是為了要錢,，而是講清楚航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)是典型的資金密集型和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè),，離不開大量的投入，更依托于一國的總體科技經(jīng)濟實力,?！绷肿篪Q說。換個角度看,，航空發(fā)動機研制雖然“費”錢,，但研制成果運用的時間也很長，不會花一大筆錢,、幾年就過時,。國際上，一些型號的航空發(fā)動機成型后三四十年還在用,。研制正進入最好的時候到2025年,，中國的航空發(fā)動機裝備有較大把握取得突破，實現(xiàn)與世界航空動力強者同臺競技有一種說法,，稱“我國航空發(fā)動機在上世紀50年代與國外相當,，后來才逐漸拉大差距?！苯陙?，我國航空發(fā)動機研制過程逐漸解密。記者從中航工業(yè)了解到,，我國真正從預研開始研究發(fā)動機,，是在上世紀70年代，型號研制則是從上世紀80年代開始,。50,、60年代，中國只是做一些航空發(fā)動機的修理和跟蹤研制,。后來中國從蘇聯(lián)引進了幾型發(fā)動機生產(chǎn),，但蘇聯(lián)只轉(zhuǎn)讓生產(chǎn)圖紙，而且轉(zhuǎn)讓的是其即將淘汰的發(fā)動機型,。如從蘇聯(lián)引進離心式渦噴—5發(fā)動機的時候,，蘇聯(lián)的軸流式發(fā)動機已經(jīng)出來了，離心式技術(shù)面臨淘汰,?！斑@些告訴我們，花再大的代價也買不來航空發(fā)動機先進的設計,、試驗,、制造、材料技術(shù),，我們必須堅定不移地走自主創(chuàng)新之路,。”龐為說,。摘取現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”不容易,。不過，在中航工業(yè)發(fā)動機公司采訪,，不論是科研人員還是制造人員,，許多人都對記者表示，眼下正是研制航空發(fā)動機最好的時候,。其一,，經(jīng)過多年持續(xù)的自主研制，今天航空發(fā)動機研制部門已掌握了一定的研制規(guī)律和設計制造技術(shù),，取得了一些成績,，有利于加快推動航空發(fā)動機技術(shù)取得突破。其二,，我國國家綜合實力不斷增長,，對航空發(fā)動機發(fā)展的支持將越來越大。今年《政府工作報告》將航空發(fā)動機列為重大項目,，《中國制造2025》也將航空發(fā)動機作為重點發(fā)展的領(lǐng)域,。“航空發(fā)動機研制迎來了難得的發(fā)展機遇,?！绷肿篪Q表示。其三,，隨著新技術(shù)的發(fā)展,，以大數(shù)據(jù)、大聯(lián)接,、云計算,、3D打印、新一代互聯(lián)網(wǎng)等為特征的“智能智慧化”新業(yè)態(tài)將提升航空發(fā)動機的生產(chǎn)自動化,、智能化水平,。其四，資金狀況日漸改善,。在最新公布的世界500強中,，中航工業(yè)位居159位，正把更多的財力和人力用于航空發(fā)動機研制,。中航工業(yè)旗下目前有29家境內(nèi)外上市公司,，正積極通過資本市場融資，用于發(fā)動機項目,。同時,，社會資本也在積極進入航空發(fā)動機領(lǐng)域,，有利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。龐為說,，隨著國家綜合實力的增強和企業(yè)自身的發(fā)展壯大,，到2025年，中國的航空發(fā)動機裝備有較大把握取得突破,，實現(xiàn)與世界航空動力強者同臺競技,。(原標題為《航空發(fā)動機，我們?nèi)笔裁?？?延伸閱讀中國的國產(chǎn)太行發(fā)動機,，也叫渦扇10系列發(fā)動機。太行發(fā)動機的1978年預研,，1987年立項,，2005年12月28日完成設計定型審查考核，歷時27年,。但到目前為止,，它仍然無法成為中國主力戰(zhàn)機的可靠動力來源。中美航空發(fā)動機技術(shù)的差距令人感到不安,，80年代,，當F-15戰(zhàn)斗機已經(jīng)開始安裝推重比達到8的F-110發(fā)動機，而同一時期的中國還在落后的渦噴發(fā)動機上苦苦掙扎,，如今,，即便我們在WS15發(fā)動機上取得了巨大成就，但是我們?nèi)匀慌c美國差距至少30年,。中國渦扇-10“太行”渦扇發(fā)動機及其改進型的性能指標與美國普惠F100和通用電氣F110相當,，這兩款發(fā)動機是目前美軍F-15和F-16戰(zhàn)機的動力裝置?！疤小奔易鍝?jù)說還是殲11B的動力,，可能最后取代俄制AL-31，成為殲10和殲15的動力,。2010年11月有媒體報道,，一款推力27 500磅(約125千牛)的渦扇10“太行”發(fā)動機已投入批生產(chǎn)，將用于裝備殲11B,。盡管如此,，仍然有證據(jù)表明中航工業(yè)在擴大渦扇-10量產(chǎn)過程中質(zhì)量穩(wěn)定性控制存在問題，造成發(fā)動機可靠性不足,，致使中國戰(zhàn)機仍然嚴重依賴俄羅斯進口發(fā)動機,。中國發(fā)動機還存在以下問題：1、在航空發(fā)動機的發(fā)展歷程中,，缺少像錢學森院士那樣學貫中西的大師級人物,?；仡櫋皟蓮椧恍恰钡难兄茪v程，大師級領(lǐng)軍人物所起的作用至關(guān)重要,；2,、雖然我國航空工業(yè)長期受俄羅斯的影響，但是并沒有很好地領(lǐng)會他們的設計理念,。他們在經(jīng)濟上并不富裕、研究人數(shù)相對較少的情況下,，利用系統(tǒng)的觀念把復雜問題簡單化,，將蘇聯(lián)各個生產(chǎn)或研發(fā)部門提供的性能并不算高的部件和材料，集成出主要性能突出,、綜合技術(shù)水平較高的航空發(fā)動機,；3、我國歷來重學術(shù)而輕技術(shù),，加上我國當前教育體制,、模式的限制，使得航空發(fā)動機行業(yè)嚴重缺乏對機械產(chǎn)品悟性深刻的設計師和技術(shù)工人,。航空發(fā)動機行業(yè)的一位廠長曾對筆者說：他發(fā)現(xiàn)一個兒童時代很少玩玩具的人很難成長為“心靈手巧”的技術(shù)工人,。外界估計，中國將在2到3年內(nèi)在批量制造高性能噴氣發(fā)動機方面取得突破,，但對于制造可靠的頂級航空發(fā)動機,，則還需要5到10年。一旦中國邁上這一臺階,，將會促成中國空軍和海軍航空兵的強勢崛起,。目前中國需要重點監(jiān)控的領(lǐng)域是設計能力、工裝設備,、制造能力和系統(tǒng)運營與維護能力,，這些問題將會影響國產(chǎn)發(fā)動機的性能及使用效能?！爱斍拔覈娇瞻l(fā)動機面臨著前所未有的嚴峻挑戰(zhàn),，也迎來了前所未有的發(fā)展機遇。舉全國之力,，我們一定能夠取得徹底根治飛機‘心臟病’的成功,，一定能夠為軍民用航空裝備提供健康強勁的‘中國心’?！眲⒋箜懺菏空f,。