|
中国造不出航空发动机因为缺钱？
日期：2015-08-07 09:02:47|2015-08-07 09:02:47 来源：360军迷俱乐部
航空装备中，最受关注的当属航空发动机。航空工业被比作现代工业的“皇冠”，航空发动机更被称为现代工业“皇冠上的明珠”，是飞机的心脏。长期以来，一直有人不理解，为什么中国造得出神舟飞船、造得出歼—10战机，偏偏造不出先进的航空发动机？
航空发动机的研制究竟难在哪儿？中国该如何通过自主创新进行突破？中美之间在航空发动机上的差距还有多大？
研制究竟难在哪儿
要承受1700℃以上温度，以及相当于3倍的蓄满水后的三峡大坝底部压力
“航空发动机是经典力学在工程应用上逼近极限的一门技术，本身具有超常的难度。具体说来，航空发动机是为飞行器提供动力的热力机械，需要在高温、高压、高速旋转的条件下工作，对研制的要求很高。”中航工业发动机公司总经理庞为介绍说。
温度有多高？目前先进的航空发动机工作温度在1700摄氏度以上，大大超过发动机涡轮叶片镍基合金的熔点。
压力有多大？发动机压气机增压后的压力高达50多个大气压，相当于3倍的蓄满水后的三峡大坝底部压力。
旋转有多快？转子每分钟旋转几万转，叶尖承受的离心力相当于40吨重卡车的拉力。
有的人认为，高温、高压、高转速固然对研制提出了高要求，但是宇宙飞船不也会面临高温问题吗？海洋装备不也要处理高压问题吗？为什么航空发动机研制就被难住了？
庞为解释说，高温、高压和高速，单独看的确可以通过一些技术手段解决。比如：宇宙飞船、火箭，可以在高温处覆盖隔热瓦，解决高温问题；地面和水面动力，可以把发动机做得大一点，解决压力、强度问题；一次性产品，如导弹动力、火箭动力，不需要考虑长寿命，一些难题也就迎刃而解，最后烧掉或者不再使用就行了。
但是，航空发动机不一样，其研制还有“体积要小、重量要轻、寿命要长、可以重复使用”的要求，这意味着难度成倍增加。“设计航空发动机就是要让它在这些苛刻的约束条件下使性能得到最大发挥。了解这些特点，也就能够理解研制航空发动机为什么这么难。”庞为说。
航空发动机之所以被比作现代工业“皇冠上的明珠”，一定程度上因为其研制集中了现代工业最尖端的技术、最先进的工业成果。因此，航空发动机发展水平也是一国综合国力、工业基础和科技水平的集中体现。如果一个国家在部分技术环节、部分工业门类上存在短板，就会制约航空发动机发展。庞为举例说，如果材料工业拿不出最好的高温材料，发动机的性能就上不去。航空发动机使用的精密电子元器件需要其他配套工业部门研制，如果这方面无法突破，就会影响到航空发动机性能的发挥。
“目前国际上能搞火箭、导弹、核弹的国家有很多，能搞飞机的也有十几个国家。但真正能搞航空发动机的国家只有美国、英国、俄罗斯、法国等几个国家。综合国力、工业基础、科技水平，任何一方面跟不上，都搞不出先进的发动机。”庞为说。
为何需要那么多钱？
航空发动机不单是设计、制造出来的，更是试验出来的。反复试验，近似于“烧钱”。
不久前，中航工业集团董事长林左鸣表示，资金投入不足是制约航空发动机取得突破的主要因素之一。
这一说法立刻引起争议。有的人认为，干不出来就说是钱的事儿，难道钱少一些就真不行吗？
 | |
其实，能够生产航空发动机的国家，在这一项目上投入的资金的确不少，且历时较长。根据统计，过去50年，美国投入航空发动机预研经费就超过1000亿美元。装备美国第四代飞机F—22的F119发动机，从最初的部件研究到具备完全作战能力历经32年，其中仅验证机研制和原型机研制共投入31亿美元。在这些国家，研制主体是企业，但大量投资来自政府。政府往往直接向企业投资研制军用发动机，获得的技术再间接向民用发动机领域转移。政府也向航空发动机基础研究和应用技术领域进行大量投资。
这么多钱用在哪儿？
林左鸣说，航空发动机不单是设计出来的，也不单是制造出来，更是试验出来的。反复地试验，一定程度上就相当于“烧钱”。
航空发动机研制，必须借助大量的经验数据。由于航空装备的特殊性，这些数据只能靠自己试验获得。做试验要购买原材料、加工试验件，研制试验设备，研究试验技术，试验过程本身也要消耗大量物资和能源。
航空发动机设计制造出来后，还要做大量的试验进行验证，以充分暴露问题。
很多试验是研制程序和规范要求必须做的，包括零件试验、部件试验、系统试验、核心机试验、整机试验等等，一级一级往上做，一项不能少。其中，整机试验就要做几千小时，甚至上万小时，是真的在“烧”发动机。一台大推力发动机一小时要烧掉十几吨煤油。有人会问，难道不能少“烧”一阵子吗？据了解，按照规范，一些性能指标，比如疲劳寿命，试验累积不到一定时数，就无法知道达不达标。试验暴露出的问题，改进后还要继续试验。
有些试验是破坏性试验，需要破坏零件或整机。如涡轮盘破裂试验，做完就报废，而且一做就是几十个盘，因为要累积数据。再比如民用飞机发动机中的风扇包容试验和鸟撞试验，试验需要损毁整台发动机。这些试验不做又不行，是适航体系、设计体系为了保证飞行安全而规定必须进行的试验。
个别试验是不是可以省略？其实，我国在航空发动机研制过程中也曾想走捷径，省去一些试验不做或做的次数少一些，但最后产品技术问题集中暴露，还得补充投资做试验，而且耽误了项目的总体推进。
除了试验外，制造技术、材料技术也需要相当数量的投入，开展基础研究、应用研究，并通过反复迭代试验进行验证。
“讲这些不是为了要钱，而是讲清楚航空发动机产业是典型的资金密集型和技术密集型产业，离不开大量的投入，更依托于一国的总体科技经济实力。”林左鸣说。
换个角度看，航空发动机研制虽然“费”钱，但研制成果运用的时间也很长，不会花一大笔钱、几年就过时。国际上，一些型号的航空发动机成型后三四十年还在用。
美军第五代航发测试：中国已落后40年
近日，美国GE公司公布了在俄亥俄州Evendale实验室进行的第五代发动机演示画面，目前，美国将在其他国家还未研制完成大推力第四代航空发动机的情况下，提前进入五代航发时代，其意义非同小可。
美国对军用航空发动机技术的投入和关注可以用“极端重视”来形容，自1998年开始的IHPTET计划，到2006年接手的VAATE计划。这两个计划的共同特点是不针对具体发动机型号，而是注重于关键技术的研究和试验验证，为型号发展提供技术基础和直接的技术支持，据估算，目前在领域的投资已高达300亿美元。
国内外的实践证明，航空动力的发展离不开强大的工业基础和技术能力。为了保持在该领域的领先地位，美国从20世纪60年代开始，由军方和政府相继实施了十几个航空动力研究计划，促进了推重比为10以上级发动机和先进民用动力的研制和发展。比如耗资50亿美元的宏伟工程——综合高性能发动机技术（IHPTET）历时长达17年。
为了发展用于第六代战斗机的动力，美国空军已通过自适应通用发动机技术（ADVENT）、自适应发动机（AETD）技术发展和下一代（NextGen）项目推进第六代战斗机F-X配套发动机的技术成熟，而海军则通过变循环先进技术（VCAT）项目实现相关技术成果满足海军的应用需要。
IHPTET计划成功结束之后，美国从2006年开始实施其后续计划——“经济可承受的通用先进涡轮发动机”(VAATE)计划。这个计划的特点是不针对具体发动机型号，而只注重于关键技术的研究和试验验证，为型号发展提供技术基础和直接的技术支持。相比之下，我国航空动力的基础研究工作经费投入太少．尤其缺少技术验证阶段。
在VAATE的技术支撑下，美军又开始实施了ADVENT项目和HEETE项目，前者主要解决发动机节省燃料提高航程的问题，而后者则主要将注意力放在了新型高性能压气机上面，这些技术的成功为新一代发动机提供了坚实的基础。由于新一代自适应变循环发动机采用了新型进气道设计，这种发动机进气结构要求飞行器结构的横面积更大，未来战斗机可能会更“扁”，未来战斗机的进气道很有可能设在飞机脊背上。
ADVENT的关键技术就是是自适应风扇，这个风扇系统可以通过一个在正常核心空气流和外涵道空气流之外的第3股空气流，提供一个可变的涵道比，能够在起飞时为增加推力而关闭，在巡航时为减少燃油消耗和阻力而打开。最终，ADVENT的技术将被应用在下一代轰炸机、运输机和大型无人机领域，这些飞机将因为这项技术而飞得更远。
从近日美国公布的ADVENT技术核心机测试来看，美国已经完成了对五代发动机最关键技术的技术研究，即将转向发动机研制的第三个阶段，即发动机整机研制，这是发动机研制历程上的一个关键阶段，将决定美军发动机发展的进度。
AETD技术最终目的是研制一种先进的变循环发动机，所谓变循环发动机，是指在一台发动机上，通过改变发动机的一些部件的几何形状、尺寸或者位置，来实现不同热力循环的燃气涡轮发动机。目前美国GE公司在变循环发动机研制中处于世界领先地位。
20世纪70年代，美国开始加大力度研究军用变循环发动机。GE公司研制了从YJ101第一代变循环验证机到GE21、GE33即后来的YF120，以及可控压比发动机等一系列变循环预研验证机。尤其是YF120还参加了美国第四代动力的选型，是世界上第一种经飞行验证的战斗机用变循环发动机。
变循环发动机能够通过更改配置实现任意速度、高度点的最高效率。例如，它可以像涡喷发动机一样在超声速飞行，也可以在亚声速巡航时具有大涵道比涡扇发动机的效率。现有迹象意味着第六代战斗机将设计需要更好地满足超声速巡航性能要求，即使这项性能并非明确的要求。
目前，美军的ADVENT和AETD两大发动机研制技术进展顺利，而在AETD之后，是在美国空军的NextGen项目下进行实用型自适应发动机的研制，这个计划将在2016年开始实施，未来至2025年左右下一代新型发动机将可能装备第六代战斗机。按照美军目前六代战斗机的研制计划，美军将在2020年之后开始六代机研制，2025年左右首飞，2030年左右装备部队，按照这个规划，美军的下一代发动机也将同步推出。
而与此同时，我国第四代发动机仍处于试制阶段，中国必须加快下一代发动机的研制，不能让中美差距继续拉大，一些分析人士不无忧心地说：“再等，就要落后40年了”。
（综合环球网、网易军事、凤凰军事等报道）
|
