中国航空发动机卡在哪?设计加工材料全落后

文章来源：pengchengzk 更新时间：2015-04-01

2014年建军节前夕，运-20第三架原型机着灰色涂装，编号“783”，在完成试飞后稳稳降落，未来中国运-20需2000台发动机。日前，C919大型客机首架机机头部段在中航工业成飞民机装配下线。首架飞机的前机身、中央翼和副翼此前分别在南昌和西安下线，其他机体部段也将在近期陆续下线和交付。首架试飞飞机计划在下半年开始总装。同时，关于国产发动机去年将实现“七机首飞”和“两机立项”的消息一直引发人们的广泛关注。曾经为人诟病的中国航空工业“心脏病”的问题似乎有望在未来几年得到缓解。然而，研制先进发动机并非“毕其功于一役”的事，中国国产航空动力装置的发展，还需要多些耐心。 国产发动机想打翻身仗 军事专家、空军指挥学院乔良少将曾表示，2014年建军节前夕试飞成功的运-20安装了4台俄罗斯的D-30发动机，推力略小。但我国正在研发的用于运-20的国产发动机已接近尾声，而且未来运-20的载重量还能再提升10吨左右。这种表态，似乎暗示中国大飞机的发动机性能要超过D-30很多。中航工业发动机曾在2013年度工作会表示，2012年已实现了“六机首飞”和“四机鉴定”，2013年发动机公司将力争实现“七机首飞”和“两机立项”。 从数量上看，中国的航空动力产业已经进入了一个大发展的时期。中航工业公布了国产航空发动机追赶世界先进水平的“三步走”战略：最终目标是确保和发达国家“并驾齐驱”，而近期目标是到2015年左右达到西方先进国家80年代的水平。中航工业董事长林左鸣则希望用5年时间在“十二五”期间打一个航空发动机的翻身仗。 中国军事专家王亚男曾乐观估计，5年之内，保守估计10年之内，中国的完全自主知识产权、具有国际先进水平发动机将取得重大突破。最重要的一个军用发动机型号“太行”的一比一样机，已经在珠海航展上亮过相，相信距离量产不会太远了。 中国航空发动机差距在哪？ “心脏病”的问题，一直是困扰中国航空工业发展的瓶颈。目前，中国研制的歼-10、歼-20、歼-31以及“枭龙”，都被广泛认为是使用了俄罗斯的AL-31和RD-93发动机。那么中国发动机和世界水准差在哪里？一名中国军事专家说，高性能航空动力装置研发有“三难”：设计难、加工组装难、材料难。航空发动机的零部件工作在高温、高压、高转速条件下，而且要有几千小时的工作寿命，达到很高的可靠性，这对设计、加工以及航空材料的要求非常高。中国发动机在上述三个领域都落后于世界先进水平。由于在相当长一段时间内认识不到位，投入少，中国大多以仿制和授权生产为主，高性能发动机的工程经验非常少，发动机的研制也是“摸索着来”，在设计理论方面就落后于发达国家。而在加工制造方面，则受制于整个基础工业水平和缺乏高素质工人的限制，例如涡轮盘出现零点几毫米的安装误差，发动机的性能就会降低10%。在材料方面，目前国产最先进“太行”发动机仍未使用国外第三代航空动力装置广泛使用的单晶涡轮叶片和整体粉末冶金涡轮盘。上述几方面的差距累计起来，直接导致了目前发动机落后于飞机型号的局面。 在这三大难关之上，还有一个核心问题过去一直困扰中国航空工业。从建国开始，国产发动机很长时间之内都没有按照发动机研发的科学规律发展，而是发动机一直在追赶飞机型号，而一款发动机的研制周期要比研制飞机长得多，所以我们永远是疲于奔命。直到世纪之交时，才开始重视发动机的预先研究和技术储备，军用的“太行”、大飞机的发动机“长江-1000”都得益于这种思想的转变。 很多人一直在纠结，为什么中国已经把卫星送上了天，运载火箭的可靠性和运载能力在国际上也数得着，为什么高性能的航空发动机却研制不出来？与火箭发动机相比，先进涡扇发动机的研制难度更大。火箭发动机的结构通常要比涡轮风扇发动机结构更为简单，而且大多数情况下是一次性使用，累计寿命也就几分钟。另外，在大众眼中，评价火箭性能优劣的指标无非是可靠性、运载能力和经济性，而只做到这几个指标优秀并不难。这就形成了中国火箭“先进”的印象。实际上，就运用的具体技术而言，中国火箭在世界各国中的地位和航空发动机基本持平。中国目前现役的最先进的“长征-3号”运载火箭采用的液氢液氧发动机，与欧洲的“阿里亚娜-5”、日本的H-2A火箭使用的发动机，在很多技术指标上都有较大差距。而中国正在研制的“长征-5号”运载火箭，国际上同类性能的产品也已出现二三十年了。 学技术，更要学理念 航空发动机从很大程度上决定了一种机型的性能，决定了一支空军的水平，体现一个国家航空甚至是整个基础工业的水平。发动机不仅仅决定了飞机的命运。美国在航空发动机核心机基础上研发的LM2500燃气轮机成为西方大多数驱逐舰、护卫舰的动力装置。美国通用电气公司就在GE9核心机的基础上，经过一系列改进，衍生出F101、F404、F110、CMF56等型号发动机，用于满足B-1B战略轰炸机、F/A-18系列舰载战斗机、F-15和F-16战斗机以及众多民航客机的动力需求。王亚男认为，研制核心机已经是国际航空发展的重要趋势之一。中国的“太行”绝对可以看做是一颗中国航空发动机的种子，一旦它发芽，将开出百种花千种花。 中国应学习西方军事大国的发动机预研机制，美国的某一型号发动机从立项到生产过程很短，这是因为美国军方和工程方始终在对发动机的材料、总体设计、燃气循环的处理等子领域进行预先研究，五角大楼每年都有很多的发动机预研的立项，每年都要投资，有些项目甚至进行了几十年。这些才是美国发动机持续进步的关键。