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    中國航空發動機卡在哪?設計加工材料全落后

    文章來源:pengchengzk 更新時間:2015-04-01

    2014年建軍節前夕,運-20第三架原型機著灰色涂裝,編號“783”,在完成試飛后穩穩降落,未來中國運-20需2000臺發動機。日前,C919大型客機首架機機頭部段在中航工業成飛民機裝配下線。首架飛機的前機身、中央翼和副翼此前分別在南昌和西安下線,其他機體部段也將在近期陸續下線和交付。首架試飛飛機計劃在下半年開始總裝。同時,關于國產發動機去年將實現“七機首飛”和“兩機立項”的消息一直引發人們的廣泛關注。曾經為人詬病的中國航空工業“心臟病”的問題似乎有望在未來幾年得到緩解。然而,研制先進發動機并非“畢其功于一役”的事,中國國產航空動力裝置的發展,還需要多些耐心。 國產發動機想打翻身仗 軍事專家、空軍指揮學院喬良少將曾表示,2014年建軍節前夕試飛成功的運-20安裝了4臺俄羅斯的D-30發動機,推力略小。但我國正在研發的用于運-20的國產發動機已接近尾聲,而且未來運-20的載重量還能再提升10噸左右。這種表態,似乎暗示中國大飛機的發動機性能要超過D-30很多。中航工業發動機曾在2013年度工作會表示,2012年已實現了“六機首飛”和“四機鑒定”,2013年發動機公司將力爭實現“七機首飛”和“兩機立項”。 從數量上看,中國的航空動力產業已經進入了一個大發展的時期。中航工業公布了國產航空發動機追趕世界先進水平的“三步走”戰略:最終目標是確保和發達國家“并駕齊驅”,而近期目標是到2015年左右達到西方先進國家80年代的水平。中航工業董事長林左鳴則希望用5年時間在“十二五”期間打一個航空發動機的翻身仗。 中國軍事專家王亞男曾樂觀估計,5年之內,保守估計10年之內,中國的完全自主知識產權、具有國際先進水平發動機將取得重大突破。最重要的一個軍用發動機型號“太行”的一比一樣機,已經在珠海航展上亮過相,相信距離量產不會太遠了。 中國航空發動機差距在哪? “心臟病”的問題,一直是困擾中國航空工業發展的瓶頸。目前,中國研制的殲-10、殲-20、殲-31以及“梟龍”,都被廣泛認為是使用了俄羅斯的AL-31和RD-93發動機。那么中國發動機和世界水準差在哪里?一名中國軍事專家說,高性能航空動力裝置研發有“三難”:設計難、加工組裝難、材料難。航空發動機的零部件工作在高溫、高壓、高轉速條件下,而且要有幾千小時的工作壽命,達到很高的可靠性,這對設計、加工以及航空材料的要求非常高。中國發動機在上述三個領域都落后于世界先進水平。由于在相當長一段時間內認識不到位,投入少,中國大多以仿制和授權生產為主,高性能發動機的工程經驗非常少,發動機的研制也是“摸索著來”,在設計理論方面就落后于發達國家。而在加工制造方面,則受制于整個基礎工業水平和缺乏高素質工人的限制,例如渦輪盤出現零點幾毫米的安裝誤差,發動機的性能就會降低10%。在材料方面,目前國產最先進“太行”發動機仍未使用國外第三代航空動力裝置廣泛使用的單晶渦輪葉片和整體粉末冶金渦輪盤。上述幾方面的差距累計起來,直接導致了目前發動機落后于飛機型號的局面。 在這三大難關之上,還有一個核心問題過去一直困擾中國航空工業。從建國開始,國產發動機很長時間之內都沒有按照發動機研發的科學規律發展,而是發動機一直在追趕飛機型號,而一款發動機的研制周期要比研制飛機長得多,所以我們永遠是疲于奔命。直到世紀之交時,才開始重視發動機的預先研究和技術儲備,軍用的“太行”、大飛機的發動機“長江-1000”都得益于這種思想的轉變。 很多人一直在糾結,為什么中國已經把衛星送上了天,運載火箭的可靠性和運載能力在國際上也數得著,為什么高性能的航空發動機卻研制不出來?與火箭發動機相比,先進渦扇發動機的研制難度更大?;鸺l動機的結構通常要比渦輪風扇發動機結構更為簡單,而且大多數情況下是一次性使用,累計壽命也就幾分鐘。另外,在大眾眼中,評價火箭性能優劣的指標無非是可靠性、運載能力和經濟性,而只做到這幾個指標優秀并不難。這就形成了中國火箭“先進”的印象。實際上,就運用的具體技術而言,中國火箭在世界各國中的地位和航空發動機基本持平。中國目前現役的最先進的“長征-3號”運載火箭采用的液氫液氧發動機,與歐洲的“阿里亞娜-5”、日本的H-2A火箭使用的發動機,在很多技術指標上都有較大差距。而中國正在研制的“長征-5號”運載火箭,國際上同類性能的產品也已出現二三十年了。 學技術,更要學理念 航空發動機從很大程度上決定了一種機型的性能,決定了一支空軍的水平,體現一個國家航空甚至是整個基礎工業的水平。發動機不僅僅決定了飛機的命運。美國在航空發動機核心機基礎上研發的LM2500燃氣輪機成為西方大多數驅逐艦、護衛艦的動力裝置。美國通用電氣公司就在GE9核心機的基礎上,經過一系列改進,衍生出F101、F404、F110、CMF56等型號發動機,用于滿足B-1B戰略轟炸機、F/A-18系列艦載戰斗機、F-15和F-16戰斗機以及眾多民航客機的動力需求。王亞男認為,研制核心機已經是國際航空發展的重要趨勢之一。中國的“太行”絕對可以看做是一顆中國航空發動機的種子,一旦它發芽,將開出百種花千種花。 中國應學習西方軍事大國的發動機預研機制,美國的某一型號發動機從立項到生產過程很短,這是因為美國軍方和工程方始終在對發動機的材料、總體設計、燃氣循環的處理等子領域進行預先研究,五角大樓每年都有很多的發動機預研的立項,每年都要投資,有些項目甚至進行了幾十年。這些才是美國發動機持續進步的關鍵。

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