航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制難在哪兒,？
航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制難在哪兒,？航空裝備中，最受關(guān)注的當(dāng)屬航空發(fā)動(dòng)機(jī),。航空工業(yè)被比作現(xiàn)代工業(yè)的“皇冠”,，航空發(fā)動(dòng)機(jī)更被稱為現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”，是飛機(jī)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(jī),，偏偏造不出先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)？航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制究竟難在哪兒,？中國該如何通過自主創(chuàng)新進(jìn)行突破,？記者進(jìn)行了采訪。研制究竟難在哪兒要承受1700℃以上溫度,，以及相當(dāng)于3倍的蓄滿水后的三峽大壩底部壓力“航空發(fā)動(dòng)機(jī)是經(jīng)典力學(xué)在工程應(yīng)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(dòng)機(jī)是為飛行器提供動(dòng)力的熱力機(jī)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(dòng)機(jī)公司總經(jīng)理龐為介紹說,。溫度有多高？目前先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度在1700攝氏度以上,，大大超過發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片鎳基合金的熔點(diǎn),。壓力有多大？發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)增壓后的壓力高達(dá)50多個(gè)大氣壓,，相當(dāng)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(dāng)于40噸重卡車的拉力,。有的人認(rèn)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(huì)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(dòng)機(jī)研制就被難住了？龐為解釋說,，高溫,、高壓和高速，單獨(dú)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(dòng)力，可以把發(fā)動(dòng)機(jī)做得大一點(diǎn),，解決壓力,、強(qiáng)度問題；一次性產(chǎn)品,，如導(dǎo)彈動(dòng)力,、火箭動(dòng)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(dòng)機(jī)不一樣,，其研制還有“體積要小,、重量要輕、壽命要長,、可以重復(fù)使用”的要求,，這意味著難度成倍增加?！霸O(shè)計(jì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)，也就能夠理解研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)為什么這么難,?！饼嫗檎f。航空發(fā)動(dòng)機(jī)之所以被比作現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”,，一定程度上因?yàn)槠溲兄萍辛爽F(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(dòng)機(jī)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(gè)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(huì)制約航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的性能就上不去。航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)影響到航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的發(fā)揮?！澳壳皣H上能搞火箭,、導(dǎo)彈、核彈的國家有很多,，能搞飛機(jī)的也有十幾個(gè)國家,。但真正能搞航空發(fā)動(dòng)機(jī)的國家只有美國、英國、俄羅斯,、法國等幾個(gè)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(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī),?！饼嫗檎f。為何需要那么多錢航空發(fā)動(dòng)機(jī)不單是設(shè)計(jì),、制造出來的，更是試驗(yàn)出來的,。反復(fù)試驗(yàn),，近似于“燒錢”不久前，中航工業(yè)集團(tuán)董事長林左鳴表示,，資金投入不足是制約航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(rèn)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(dòng)機(jī)的國家,，在這一項(xiàng)目上投入的資金的確不少，且歷時(shí)較長,。根據(jù)統(tǒng)計(jì),，過去50年，美國投入航空發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)研經(jīng)費(fèi)就超過1000億美元,。裝備美國第四代飛機(jī)F—22的F119發(fā)動(dòng)機(jī),，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(yàn)證機(jī)研制和原型機(jī)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(dòng)機(jī),，獲得的技術(shù)再間接向民用發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移。政府也向航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行大量投資,。這么多錢用在哪兒,？林左鳴說，航空發(fā)動(dòng)機(jī)不單是設(shè)計(jì)出來的,，也不單是制造出來,，更是試驗(yàn)出來的,。反復(fù)的試驗(yàn)，一定程度上就相當(dāng)于“燒錢”,。航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制,，必須借助大量的經(jīng)驗(yàn)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(yàn)獲得,。做試驗(yàn)要購買原材料、加工試驗(yàn)件,，研制試驗(yàn)設(shè)備,，研究試驗(yàn)技術(shù)，試驗(yàn)過程本身也要消耗大量物資和能源,。航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造出來后,，還要做大量的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以充分暴露問題,。很多試驗(yàn)是研制程序和規(guī)范要求必須做的,，包括零件試驗(yàn)、部件試驗(yàn),、系統(tǒng)試驗(yàn),、核心機(jī)試驗(yàn)、整機(jī)試驗(yàn)等等,，一級一級往上做,，一項(xiàng)不能少。其中,，整機(jī)試驗(yàn)就要做幾千小時(shí),，甚至上萬小時(shí)，是真的在“燒”發(fā)動(dòng)機(jī),。一臺大推力發(fā)動(dòng)機(jī)一小時(shí)要燒掉十幾噸煤油,。有人會(huì)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(biāo),，比如疲勞壽命,，試驗(yàn)累積不到一定時(shí)數(shù)，就無法知道達(dá)不達(dá)標(biāo),。試驗(yàn)暴露出的問題,，改進(jìn)后還要繼續(xù)試驗(yàn)。有些試驗(yàn)是破壞性試驗(yàn)，需要破壞零件或整機(jī),。如渦輪盤破裂試驗(yàn),，做完就報(bào)廢，而且一做就是幾十個(gè)盤,，因?yàn)橐鄯e數(shù)據(jù),。再比如民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的風(fēng)扇包容試驗(yàn)和鳥撞試驗(yàn)，試驗(yàn)需要損毀整臺發(fā)動(dòng)機(jī),。這些試驗(yàn)不做又不行,，是適航體系、設(shè)計(jì)體系為了保證飛行安全而規(guī)定必須進(jìn)行的試驗(yàn),。個(gè)別試驗(yàn)是不是可以省略,？龐為告訴記者，我國在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中也曾想走捷徑,，省去一些試驗(yàn)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(bǔ)充投資做試驗(yàn),，而且耽誤了項(xiàng)目的總體推進(jìn)。除了試驗(yàn)外,，制造技術(shù),、材料技術(shù)也需要相當(dāng)數(shù)量的投入，開展基礎(chǔ)研究,、應(yīng)用研究,，并通過反復(fù)迭代試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證?！爸v這些不是為了要錢,，而是講清楚航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)實(shí)力,。”林左鳴說,。換個(gè)角度看,，航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制雖然“費(fèi)”錢，但研制成果運(yùn)用的時(shí)間也很長,，不會(huì)花一大筆錢,、幾年就過時(shí)。國際上,，一些型號的航空發(fā)動(dòng)機(jī)成型后三四十年還在用,。研制正進(jìn)入最好的時(shí)候到2025年，中國的航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝備有較大把握取得突破，實(shí)現(xiàn)與世界航空動(dòng)力強(qiáng)者同臺競技有一種說法,，稱“我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)在上世紀(jì)50年代與國外相當(dāng),，后來才逐漸拉大差距?！苯陙?，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(yù)研開始研究發(fā)動(dòng)機(jī),，是在上世紀(jì)70年代，型號研制則是從上世紀(jì)80年代開始,。50,、60年代，中國只是做一些航空發(fā)動(dòng)機(jī)的修理和跟蹤研制,。后來中國從蘇聯(lián)引進(jìn)了幾型發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)型,。如從蘇聯(lián)引進(jìn)離心式渦噴—5發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候,，蘇聯(lián)的軸流式發(fā)動(dòng)機(jī)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(jià)也買不來航空發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)的設(shè)計(jì),、試驗(yàn),、制造、材料技術(shù),，我們必須堅(jiān)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)最好的時(shí)候,。其一,，經(jīng)過多年持續(xù)的自主研制，今天航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制部門已掌握了一定的研制規(guī)律和設(shè)計(jì)制造技術(shù),，取得了一些成績,，有利于加快推動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)取得突破,。其二，我國國家綜合實(shí)力不斷增長,，對航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的支持將越來越大,。今年《政府工作報(bào)告》將航空發(fā)動(dòng)機(jī)列為重大項(xiàng)目，《中國制造2025》也將航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域,?！昂娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)研制迎來了難得的發(fā)展機(jī)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(jì)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(dòng)機(jī)的生產(chǎn)自動(dòng)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(qiáng)中,，中航工業(yè)位居159位,，正把更多的財(cái)力和人力用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)項(xiàng)目,。同時(shí),，社會(huì)資本也在積極進(jìn)入航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，有利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展,。龐為說,，隨著國家綜合實(shí)力的增強(qiáng)和企業(yè)自身的發(fā)展壯大，到2025年,，中國的航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝備有較大把握取得突破,，實(shí)現(xiàn)與世界航空動(dòng)力強(qiáng)者同臺競技。(原標(biāo)題為《航空發(fā)動(dòng)機(jī),，我們?nèi)笔裁?？?延伸閱讀中國的國產(chǎn)太行發(fā)動(dòng)機(jī)，也叫渦扇10系列發(fā)動(dòng)機(jī),。太行發(fā)動(dòng)機(jī)的1978年預(yù)研,，1987年立項(xiàng),，2005年12月28日完成設(shè)計(jì)定型審查考核，歷時(shí)27年,。但到目前為止,，它仍然無法成為中國主力戰(zhàn)機(jī)的可靠動(dòng)力來源。中美航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的差距令人感到不安,，80年代,，當(dāng)F-15戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)開始安裝推重比達(dá)到8的F-110發(fā)動(dòng)機(jī)，而同一時(shí)期的中國還在落后的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)上苦苦掙扎,，如今,，即便我們在WS15發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)及其改進(jìn)型的性能指標(biāo)與美國普惠F100和通用電氣F110相當(dāng),，這兩款發(fā)動(dòng)機(jī)是目前美軍F-15和F-16戰(zhàn)機(jī)的動(dòng)力裝置?！疤小奔易鍝?jù)說還是殲11B的動(dòng)力,，可能最后取代俄制AL-31，成為殲10和殲15的動(dòng)力,。2010年11月有媒體報(bào)道,，一款推力27 500磅(約125千牛)的渦扇10“太行”發(fā)動(dòng)機(jī)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(kuò)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(dòng)機(jī)可靠性不足,，致使中國戰(zhàn)機(jī)仍然嚴(yán)重依賴俄羅斯進(jìn)口發(fā)動(dòng)機(jī),。中國發(fā)動(dòng)機(jī)還存在以下問題：1、在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程中,，缺少像錢學(xué)森院士那樣學(xué)貫中西的大師級人物,。回顧“兩彈一星”的研制歷程,，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(huì)他們的設(shè)計(jì)理念,。他們在經(jīng)濟(jì)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(fù)雜問題簡單化,，將蘇聯(lián)各個(gè)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(dòng)機(jī),；3,、我國歷來重學(xué)術(shù)而輕技術(shù)，加上我國當(dāng)前教育體制,、模式的限制,，使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)嚴(yán)重缺乏對機(jī)械產(chǎn)品悟性深刻的設(shè)計(jì)師和技術(shù)工人。航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的一位廠長曾對筆者說：他發(fā)現(xiàn)一個(gè)兒童時(shí)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(jì),，中國將在2到3年內(nèi)在批量制造高性能噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)方面取得突破，但對于制造可靠的頂級航空發(fā)動(dòng)機(jī),，則還需要5到10年,。一旦中國邁上這一臺階，將會(huì)促成中國空軍和海軍航空兵的強(qiáng)勢崛起,。目前中國需要重點(diǎn)監(jiān)控的領(lǐng)域是設(shè)計(jì)能力,、工裝設(shè)備、制造能力和系統(tǒng)運(yùn)營與維護(hù)能力,，這些問題將會(huì)影響國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及使用效能,。“當(dāng)前我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)面臨著前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),，也迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇,。舉全國之力，我們一定能夠取得徹底根治飛機(jī)‘心臟病’的成功,，一定能夠?yàn)檐娒裼煤娇昭b備提供健康強(qiáng)勁的‘中國心’,。”劉大響院士說,。