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【特邀专栏】志澄观察:现代工业皇冠上的明珠——《空天大视野》选载之三

2015-10-24 战略前沿技术

本文由作者黄志澄和电子工业出版社共同授权转载,选自黄志澄著《空天大视野》(电子工业出版社2015年10月出版),作者更多文章请回复“志澄”“zhicheng”,或点击文后相关链接查阅欢迎添加微信tech9999(注明空天)加入战略前沿(空天)俱乐部,与相关专家进行交流!


中国的航空工业经过60年的发展,取得了举世瞩目的巨大成就。然而,与世界航空强国相比,航空发动机仍是我们的“软肋”,也让国人为之纠结。

在珠海航展上,中航工业展出了国产大涵道比涡扇发动机的金属同比例模型。这款“长江1000A”发动机,将用于中国造的大飞机C919。全球150座级飞机的发动机只有两类,CFM56系列和V2500系列。前者由美国通用电气与法国斯奈克玛公司的合资公司CFM国际公司所生产。后者是由美国普惠公司、英国罗尔斯·罗伊斯公司为主,德、意、日企业等参与合作组建的IAE公司生产。中国的航空发动机何时才能打破他们的垄断呢?

2012年10月29日,路透社在香港发表了题目为《由于无法复制,中国努力制造自己的飞机发动机》的文章。该文指出:“中国既设计了核导弹,又将航天员送上了太空,但仍有一项重要技术没有掌握。尽管进行了几十年的研发工作,中国迄今仍然未能建造出一台可靠的、高性能的飞机发动机。”文章最后说:“ 一些专家说,即使进行密集研发,并且有可能获得技术转让,外国发动机仍将继续统治中国的天空。据平可夫说,这一状况至少在未来10年到15年内不会改变。”

喷气式飞机发动机,从前端吸入的空气,经过压气机和燃烧室后,变为高温、高速的燃气,再从喷管向后喷射出去,产生向前的推力。所以,航空发动机的特点是高温、高压、高转速、高负荷。燃气温度越高,发动机推力越大;通过的空气流量越大,发动机推力也越大。

80年代中期,中国决意发展新一代大推力涡扇发动机,即涡扇10系列的“太行”发动机。这款发动机在2006年定型时,曾让人们兴奋不已,但 “太行”的技术水平,仅相当于俄罗斯20年前投产的航空发动机AL-31F。军用发动机要求适合军机的灵活、快速、高机动性的特点,而民用发动机则强调高可靠性、长寿命、低噪声和经济性,因此它对发动机性能的要求就更高。国际上民用发动机的涵道比要达到10以上,即通过外涵道不参加燃烧的空气是内涵道的10倍。这就需要大涵道比的风扇叶片。军用发动机风扇叶片一般只有300毫米至400毫米长,而民用的发动机需要1米多长,A380飞机的发动机叶片更长达3米,这就对叶片材料和加工都提出了巨大的挑战。2012年11月14日在珠海召开的“飞机关键制造技术高层论坛”上,有发动机专家表示,目前我国的材料和工艺技术,还不能满足航空发动机研制的需求,这是中国当前大飞机发动机制造遇到的两大难题。

实际上,我国航空发动机的发展还面临其它方面的挑战。虽然我国航空发动机在理论上早就有许多建树,如吴仲华院士在上世纪50年代提出的“叶轮机械三元流动通用理论”,曾得到了国际公认;但由于航空发动机的研制涉及气体动力学、工程热物理、机械、电子、自动控制许多学科,其内部的气动、热力和结构材料特性十分复杂,因而目前仍不能从理论上给予详尽而准确的描述,所以研制航空发动机,主要依靠试验。国外研制一台发动机,要进行整机地面试验超过10000h,飞行试验则需5000h以上。因此,毫不夸张地说:“航空发动机是试出来的。”我国的地面试验能力,目前还明显不足,如目前我国还没有一座推进风洞。更重要的是我国缺乏掌握复杂试验技术和能对设计进行调整的人才。美国的一些著名大学航空系的实验室,都有若干非常敬业的高级技工,他们的工资和受尊敬的程度,也都不低于教授。2011年7月29日,中国青年报发表了空军工程大学程礼的文章《中国航空发动机弱在哪儿》,文中指出:“我国历来重学术而轻技术,加上我国当前教育体制、模式的限制,使得航空发动机行业严重缺乏对机械产品悟性深刻的设计师和技术工人。”

由此可见,发展中国的航空发动机,不能就技术论技术,还要考虑文化因素。我国必须克服 “万般皆下品,唯有读书高”、“学而优则仕”的“官本位”思想和重“道”轻“器”,重理论轻实践、重解释轻技术等倾向,勇于创新,勇于实践,才能摘下这颗现代工业皇冠上的明珠。

作者简介
黄志澄,空气动力学家、航天技术专家、技术评论家。长期从事空气动力学、航天发展战略研究,为我国大型试验基地建设、载人航天方案论证、新型航天器研制做出了突出贡献。近十年来从事科学、技术与社会(STS)等宏观科学领域研究,所取得的成就在国内外有较大影响。


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