為什么中國發(fā)動機這么落后 看后沉默了

為什么中國發(fā)動機這么落后看后沉默了為為中校發(fā)表于：2015-05-08這個世界上能自行制造第三代戰(zhàn)斗機的國家/地區(qū)有12個（暫不算配套航發(fā)按制造地區(qū)計按服役計按中國戰(zhàn)機世代劃分美俄中瑞法歐韓日臺印還有按照wiki標準我很不要臉的把巴基斯坦和伊朗也算上了請拍磚）能自行制造核武器的國家有9個（美俄中英法印巴以朝）能自行制造洲際彈道導(dǎo)彈的國家有5個（美俄中英法）能自行制造大推力軍用渦扇發(fā)動機的國家有3個（美俄中）能自行制造大涵道大推力高性能民用渦扇發(fā)動機的國家則就只剩2個了（美英：GE羅羅普惠或者我打腫臉再撐死算你一個IAE）（我知道以上標準里爭議太多咱可以評論區(qū)慢慢討論請輕拍。。）可以很直觀地看到在這個殘酷競爭的人類金字塔上中國目前距離塔頂還真是有段距離的工業(yè)之花人類工業(yè)皇冠上的明珠：航發(fā)渦扇航發(fā)大涵道大推力高性能高可靠度渦扇航發(fā)可也同時是我們目前怎么繞也繞不開的心臟病一、航發(fā)為什么這么難？想象一下，蘇27的AL-31渦扇發(fā)動機最大加力推力是12.5噸，2臺AL-31可推動蘇27以超過2倍音速飛行。但AL-31的風(fēng)扇直徑不到900毫米，渦輪直徑不到300毫米；基本物理學(xué)原理，力是相互作用的，也就是說這么小尺寸的風(fēng)扇、渦輪反過來要時刻承受著12.5噸的力。形象一點說，大家應(yīng)該都看過壯漢用喉嚨頂著鋼槍推動汽車的表演，渦扇發(fā)動機也大概如此，只是壯漢推汽車是慢慢挪動，而渦扇發(fā)動機要推動飛機以2倍音速飛行，各部件要承受住異常嚴酷的高溫高壓考驗。另外，一臺用于超音速戰(zhàn)機的渦扇發(fā)動機直徑一般僅1米左右、長度4米左右。以AL-31為例，這么小的一個圓筒狀物體，要塞進4級風(fēng)扇、9級壓氣機、2級渦輪、可收斂-擴張噴管、燃燒室、加力燃燒室，還要在之間安排冷卻空氣通道，周圍安裝燃油控制系統(tǒng)等。所以，設(shè)計、制造一臺高性能的渦扇發(fā)動機，可謂”螺螄殼里做道場”，難度極大。在世界范圍內(nèi)，掌握一流水平渦扇發(fā)動機制造技術(shù)的僅有英國羅?羅、美國普惠和通用3家公司，俄法兩國都屬于二流，這是一個真正的壟斷行業(yè)。專業(yè)一點地描述，渦扇發(fā)動機要達到更大推力、更低的油耗，首要的是提高增壓比、提高熱效率，渦輪前溫度是衡量熱效率的一個重要指標。例如，第三代蘇27的AL-31發(fā)動機的渦輪前溫度是1665K，而第四代F-22的F-119發(fā)動機將這個指標提高到了1977K；AL-31的渦輪前溫度尚在普通鋼材熔點之下，但F-119的已超出約200度。要在這樣高的溫度下正常工作，F(xiàn)-119的渦輪采用了第三代單晶空心葉片。具體什么是單晶空心葉片，在此很難展開描述，只能說一片面積僅幾平方厘米的葉片具有大量自由曲面、復(fù)雜的內(nèi)腔（用于進氣冷卻），還要控制合金晶體生產(chǎn)連續(xù)一致，這需要極高超的精密鑄造工藝。俄羅斯、中國至今尚未或是剛展開單晶空心渦輪葉片的工業(yè)化制造。（不過3/19我們在這方面有好消息：《中國突破發(fā)動機單晶葉片核心技術(shù)打破壟斷》中國突破發(fā)動機單晶葉片核心技術(shù)打破壟斷）而發(fā)動機要提高推力與自身重量之比，還要將壓氣機和渦輪造得更輕巧。壓氣機和渦輪的傳統(tǒng)制造工藝是將葉片以榫頭、榫槽鎖緊的方式連接在葉盤上，但西方先進發(fā)動機已開始采用整體葉盤。即用電子束焊接等方法將單晶空心精鑄葉片固定在葉盤上，重量可比傳統(tǒng)工藝制造的降低30%。整體葉盤的制造工藝有10多種，但除了上述的美英3家航發(fā)巨頭，其它國家也還未能應(yīng)用于批量生產(chǎn)。渦扇發(fā)動機的風(fēng)扇遠離燃燒室，熱負荷低，但它的氣動效率也被繼續(xù)精進。通用F-119和羅?羅瑞達900發(fā)動機的風(fēng)扇都采用了寬弦葉片，其加工方法是將鈦合金毛坯用切削方法加工成兩半葉片，用真空擴散焊成一整體空心葉身，最后超塑成極為復(fù)雜的曲面。這又是一種全新的加工工藝。這么說，美軍F-22A隱身戰(zhàn)機所采用的F-119渦扇發(fā)動機為例，它的6級壓氣機、2級渦輪全部采用帶空心單晶葉片的整體葉盤，3級風(fēng)扇則全部采用寬弦葉片，所以它的推重比達到10，在迎風(fēng)面積較小的情況下，最大加力推力超過15噸。所以，美軍F-22A隱身戰(zhàn)機能以1.7倍音速進行超音速巡航；而中俄的四代機殲20、T-50只能暫時采用第三代渦扇發(fā)動機，要等待第四代發(fā)動機研制成功，飛機才能真正完成研制。二、中國航發(fā)水平為何與世界一流水平如此之大我國軍事工業(yè)以蘇聯(lián)技術(shù)援助起家，擅長逆向仿制，在過去解決了多個領(lǐng)域的"有無"問題，甚至有輕武器專家以"山寨之王"自居。對于很多一般裝備，逆向仿制即便"不知其所以然"，也至少做到"知其然"。但渦扇發(fā)動機這個"工業(yè)王冠"，應(yīng)用有各種新理論、新材料、新工藝，要做到"知其然"都難，可以說是無法簡單復(fù)制的。甚至，在沒有操作手冊的情況下，要將渦扇發(fā)動機正確拆開都困難。例如，我們非常熟悉的CFM-56,其使用在波音737、空客A320這些主流商業(yè)客機上，是世界上使用范圍最廣的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機之一，但是拆解CFM-56的難度仍然很大，幾平方厘米的葉片上分布著許多小孔，這些孔隙的作用是散熱的，小孔的位置設(shè)置極為講究，是根據(jù)氣路走向而定的……因此CFM-56的維護都是由專業(yè)公司來完成的。即便是能制造出各種類型的發(fā)動機構(gòu)件，但是在裝配上仍然需要技術(shù)、工藝支撐，同一生產(chǎn)線上制造出來的不同批次發(fā)動機都存在差別，推比相差甚至可以達到0.2。隨著推比達15以上的發(fā)動機開始研制，各種新材料被大量應(yīng)用，發(fā)動機結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，對加工工藝要求也更高。你要仿制別人的新型發(fā)動機，所要花的時間可能比自己從零開始研發(fā)還要多，而且仿制產(chǎn)品的性能還很可能不及原型機。這方面我國是有慘痛教訓(xùn)的，例如“太行”渦扇發(fā)動機，其核心機就源于CFM-56,太行發(fā)動機在05年完成設(shè)計定型，但8年過去了仍然問題不斷，只用在雙發(fā)的殲11戰(zhàn)斗機上。單發(fā)的殲10戰(zhàn)斗機對發(fā)動機可靠性要求高，直到殲10B量產(chǎn)，殲10系列戰(zhàn)機都只能采用俄制AL-31FN發(fā)動機。從科研體制來看，我國以前航空發(fā)動機的研發(fā)是跟隨型號的，即要研制一款飛機，才會去研發(fā)一款配套的發(fā)動機；飛機如果下馬了，發(fā)動機也就隨之下馬了。但美英等發(fā)達國家，發(fā)動機與飛機研發(fā)基本是分開的，發(fā)動機核心機的研發(fā)提前很多。例如，美國F-22戰(zhàn)機所用的F-119發(fā)動機屬于第四代發(fā)動機，但美國的核心機技術(shù)已發(fā)展到第六代，用于接替F-119的第五代發(fā)動機核心機也已制造出來。但正因為難沒有任何捷徑可走才更要完全自主研發(fā)下工夫花時間砸銀子在所不惜三、別說中國了毛子這種老牌工業(yè)強國都落下一大截了蘇（俄）的航空發(fā)動機制造理念不同。美國制造發(fā)動機，考慮了翻修期和壽命，因為一臺發(fā)動機能更長時間的使用，就說明飛機能更少的更換發(fā)動機，這樣比較經(jīng)濟?？墒翘K聯(lián)根據(jù)衛(wèi)國戰(zhàn)爭經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)坦克和飛機的實際戰(zhàn)場壽命往往只有幾十到一百多個小時，然后就被摧毀了，所以蘇聯(lián)設(shè)計武器就以簡單、便宜、容易大規(guī)模生產(chǎn)為原則。而二戰(zhàn)后蘇聯(lián)軍隊總是枕戈待旦準備打第三次世界大戰(zhàn)，所以更認為航空發(fā)動機沒有必要需要長壽命和翻修期。在這種指導(dǎo)思想下，蘇聯(lián)制造的發(fā)動機翻修和壽命要比美國的短得多。蘇聯(lián)解體以后，俄羅斯認識到了這種思想已經(jīng)過時，所以也在改正。現(xiàn)在AL31的改進型號的首翻期和總壽命已經(jīng)比早期型號有所增加，但是因為基礎(chǔ)設(shè)計問題，俄羅斯航空發(fā)動機的推力、壽命、耗油率、噪聲水平和環(huán)保水平等主要指標都落后于世界先進水平，所以仍然遠不及美國同類的發(fā)動機。美國則由于有強大的工業(yè)基礎(chǔ)，生產(chǎn)武器不計成本，精益求精，不怕最貴，但求最好，所以美國有很多天價武器裝備，而且都是做工精良，技術(shù)先進，使用壽命也很長。這里就講一個段子：“記得原來有一門課是航空發(fā)動機，講課老師是北航一個毛系航發(fā)大師級人物，（俄語說得絕對比漢語標準，妥妥的），參與過WP11,WP7，（等等）的研制，后面就不方便透露了，一次上課，老師給我們講解毛系發(fā)動機和鷹系對比的時候，拿的老先生最得意的WP7,一個同學(xué)很細心的問燃燒室邊上為什么會有兩個像熱水瓶膽容器，而美國發(fā)動機沒有，老先生說，兩個瓶子一個裝的汽油，一個裝的純氧，大伙不解，老先生悠然自得地說，因為毛發(fā)有個毛病，容易熄火，加上J7的設(shè)計機頭進氣，導(dǎo)致每次導(dǎo)彈發(fā)完幾乎必然熄火，然后老先生轉(zhuǎn)而一臉得意，傲嬌萬丈啟動：這個時候就打進霧化汽油混合純氧，加上內(nèi)燃裝置2000K+打火，所以，我們的發(fā)動機雖然容易熄火，但是空中再點火成功率百分之百！同學(xué)們不要擔(dān)心！”綜合考慮美俄發(fā)動機在型號研制和技術(shù)實力方面的因素，兩國在航空發(fā)動機研制領(lǐng)域的差距可能已經(jīng)增加到了20年以上。四、擁有先進的航發(fā)的意義到底在哪里大英帝國日薄西山，可以放棄飛機工業(yè)，但卻矢志不渝的呵護羅羅公司，因為憑借羅羅的先進航發(fā)，就沒人能夠輕視英國在世界航空工業(yè)中的地位。前蘇聯(lián)盡管擁有強悍的航空工業(yè)，但在民用大推力渦扇發(fā)動機方面比起前三個西方公司也不過爾爾，再加上之前在適航標準制定上吃的大虧，毛子始終沒能在世界商用飛機這塊無比巨大的蛋糕上分到一口。即便是我自己一個小本科生而言，都能感受到“只要引擎猛，板磚也上天”的意義：去年DBF我們prototypeNO.1首飛時，連夜加裝的landinggear硬是沒用上二二發(fā)動機馬力太給力幾乎直接垂直起飛了俺們的小寶貝更何況大國重器的心臟更何況那未來就是是大把大把的銀子啊即便退一萬步就光從看臉效果來講：分別為俄中美當(dāng)家大運你告訴我配上哪家的發(fā)動機最好看？？D30那小細管子看著都脆五、中國航發(fā)的現(xiàn)狀及未來之路中國致力于開發(fā)國產(chǎn)高性能航空發(fā)動機，用于裝備國產(chǎn)軍用飛機的戰(zhàn)略方向已經(jīng)明晰，這一戰(zhàn)略選擇包含著重大的航空技術(shù)挑戰(zhàn)，世界上僅有少數(shù)幾家大公司真正掌握著這項技術(shù)。中美航空發(fā)動機技術(shù)的差距令人感到不安，80年代，當(dāng)F-15戰(zhàn)斗機已經(jīng)開始安裝推重比達到8的F-110發(fā)動機，而同一時期的中國還在落后的渦噴發(fā)動機上苦苦掙扎，如今，即便我們在WS15發(fā)動機上取得了巨大成就，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)動機及其改進型的性能指標與美國普惠F100和通用電氣F110相當(dāng)，這兩款發(fā)動機是目前美軍F-15和F-16戰(zhàn)機的動力裝置。“太行”家族設(shè)計為殲11家族、殲10家族的標準動力，可能最后取代俄制AL-31。目前情況是已有大批筷子B開始使用了太行。盡管如此，仍然有證據(jù)表明中航工業(yè)在擴大渦扇-10量產(chǎn)過程中質(zhì)量穩(wěn)定性控制存在問題，造成發(fā)動機可靠性不足，致使中國戰(zhàn)機仍然嚴重依賴俄羅斯進口發(fā)動機。F119發(fā)動機是F-22戰(zhàn)斗機的動力來源，到目前為止，我們只能仰視它的偉大，而它僅僅只是美國上世紀90年代的產(chǎn)品。我們還需要看到的是，那些技術(shù)領(lǐng)先者在絲毫沒有放慢前進腳步的同時，又不斷以環(huán)保等堂而皇之的理由在我們前面設(shè)置障礙。美國從上世紀50年代開始核心機預(yù)研計劃，至今已經(jīng)發(fā)展出七代核心機，而F119的核心機僅僅是其中的第四代，其航空動力工業(yè)的技術(shù)潛力由此可見一斑。但美國政府從未放松過對航空發(fā)動機技術(shù)的控制，不僅對我國保持封鎖，甚至在某些核心技術(shù)上對其歐洲盟友也實行“禁運”。與此同時，發(fā)達國家還在人力資源方面實行看不見的封鎖，不僅限制其他國家人員進入航空發(fā)動機核心研制領(lǐng)域，而且限制本國相關(guān)人才向國外轉(zhuǎn)移，以此來保持產(chǎn)業(yè)實力。太行發(fā)動機，到目前為止，它仍然無法成為殲-10B單發(fā)戰(zhàn)斗機的動力來源。著名航空動力專家劉大響院士曾撰文認為中國航空發(fā)動機研制較世界先進水平主要存在五點較大差距：1.基礎(chǔ)研究薄弱，技術(shù)儲備不足，試驗設(shè)施不健全；2.國家經(jīng)濟相對落后，研制經(jīng)費嚴重不足；3.對發(fā)動機的技術(shù)復(fù)雜性和研制規(guī)律認識不足；4.基本建設(shè)戰(zhàn)線過長、攤子過大、力量過散、低水平重復(fù)；5.管理模式相對落后，缺乏科學(xué)民主的決策機制和穩(wěn)定、權(quán)威的中長期發(fā)展規(guī)劃。外界估計，中國將在2到3年內(nèi)在批量制造高性能噴氣發(fā)動機方面取得突破，但對于制造可靠的頂級航空發(fā)動機，則還需要5到10年。一旦中國邁上這一臺階，將會促成中國空軍和海軍航空兵的強勢崛起。目前中國需要重點監(jiān)控的領(lǐng)域是設(shè)計能力、工裝設(shè)備、制造能力和系統(tǒng)運營與維護能力，這些問題將會影響國產(chǎn)發(fā)動機的性能及使用效能。美國人認為中國的發(fā)動機發(fā)展差距巨大，主要是體制問題。比技術(shù)問題更難解決的，是體制問題。中國國防目前存在裝備來源單一的問題。中國國產(chǎn)軍用航空發(fā)動機完全由中航工業(yè)提供，該集團公司旗下的沈陽、西安和貴州等發(fā)動機企業(yè)在某種程度上存在競爭，但競爭的積極效應(yīng)并不明顯。如果存在適度競爭，那么競爭壓力會促使企業(yè)生產(chǎn)具有創(chuàng)新技術(shù)且價格較低的產(chǎn)品，加快研制進度，提高售后服務(wù)的水平。上世紀70年代末80年代初，針對當(dāng)時美國空軍航空發(fā)動機領(lǐng)域普惠一家獨大的情況，美國政府決定促進通用電氣和普惠之間的合理競爭，此舉使得美國戰(zhàn)斗機在設(shè)計過程中可以擁有兩家競爭企業(yè)提供的諸多動力選擇方案，成果顯著。中國目前的情況與美國不同，發(fā)動機領(lǐng)域宏觀的競爭不足，而在微觀問題的競爭又過多，這會造成局部利益交換和利益保護，進而造成重復(fù)工作，資源使用不當(dāng)，延長研制和生產(chǎn)周期。中國需要決定其航空發(fā)動機行業(yè)的組織系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行方式，這樣才能從上層解決其結(jié)構(gòu)和體制問題。和美英等國軍用航空發(fā)動機工業(yè)相比，中國航空發(fā)動機工業(yè)在人員規(guī)模上仍顯不足，但已經(jīng)超過了俄羅斯和法國的水平。黎明公司和西安航發(fā)這兩家中航工業(yè)最大的軍用發(fā)動機企業(yè)，人員總和接近20000人。與之相