2015年3月,美国媒体集中报道一则消息引起国内外的广泛关注,美国GE公司开始进行人类首个六代机发动机核心机的测试,这是美国在航空发动机领域的一次重要飞跃,标志着人类航空发动机技术的新一轮革命即将开始。
在中国、俄罗斯等国还在为五代机发动机刻苦攻关的时候,美国人已经拉开了六代战机发动机研发竞赛的序幕,而竞赛的跑道上只有独孤求败的美国人,作为领跑者,美国的技术优势是压倒性的,美国人再次轻松拉开了与中、俄、欧等航空大国之间的技术差距,一些媒体甚至评论说,又来拉开了40年的技术鸿沟。
为什么中国发动机发展如此艰难?今天的策划就聊聊研制航空发动机有多难。俄罗斯航空发动机终身院士法沃尔斯基说过这样的话:“所有飞行器上的东西,它们都是提高阻力增加重量的,唯独发动机是提高动力的。只要发动机好,绑上一块木板也能飞起来。”
正是这个让木板也能飞起来的发动机,作为飞机的“心脏”。而航空发动机在被誉为大工业之花的航空工业领域中,犹如皇冠上那颗最璀璨的明珠。指导美军21世纪联合作战的纲领性文件《2020年联合设想》中,提到构成美国未来战略基础的九大优势技术,其中航空发动机排在第二位,位于核技术之前。
众所周知,航空制造业乃当今高科技的综合利用,是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新技术与新兴工业的综合体,是多学科交叉、技术密集的高科技领域,是集现代科学技术成果之大成的科学技术,其发展水平标志国家的顶尖制造技术水平
对整个装备制造业的发展起着引领的作用。而航空发动机更被喻为“工业皇冠上的明珠”,民用航空发动机基本上形成了GE公司、罗罗公司和普惠公司的三足鼎立局面。就我国整体科研水平和工业制造能力来说,我国与欧美发达国家的差距不可同日而语。
目前能够研制第三代大推力涡扇发动机的国家,只有美国、俄罗斯和中国。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,航空发动机领域仍是我们的“软肋”。
航空发动机由上万个高精密零部件组成,必须同时解决超高速、超高压、超高温三大技术难题,其性能及技术水平对于飞机整体而言,在安全性、经济性、舒适性等关键指标上均占据超过半数权重,研制技术难度大,风险高,投入多,周期长。目前全球民机发动机市场由美国和欧洲垄断。
尽管在军用航空发动机研制上有一定基础,例如太行发动机的研制成功和公开,向世界证明了中国航空动力行业的整体实力和技术水平,也意味着中国能在关系到国计民生的重大动力领域实现独立自主,如以太行核心机为基础改进的大涵道比涡扇发动机、舰用燃气轮机,已经用于部分国产大型运输机等。
但在民用产品方面,我国还没有探索出一个从研发到生产的完整路径。按国家大型客机重大专项战略决策,我国已首次立项研制商用航空发动机,尝试向大飞机“心脏”难点攻坚。而军用飞机发动机的探索,成为主要立足点。
从加拿大、巴西到中国,全球大大小小飞机制造厂很多,但民用航空发动机基本上只能从美国、西欧国家购买。一代发动机决定了一代飞机。世界上为数极少的能够自主研制飞机发动机的国家,历来严格限制此项技术的转移。美国国防部十大严格保密行业中,航空发动机占第二位。
近年来,我国尽管在军用航空发动机研制上有一定基础,但在民用产品方面,还没有探索出一个从研发到生产的完整路径。中航工业集团航空发动机研究院院长张键说,我国航空发动机工业起步晚,欧美起步于上世纪30年代,而我们国家起步于上世纪50年代初,相关研究条件也是渐渐完美
最重要的是航空发动机的研制是建立在整个国家的工业基础和科研水平之上,这一点达不到,发动机制造便无从谈起。改革开放以来,随着我国国力的提高,航空发动机制造业也是突飞猛进,就在10年前,我国的发动机制造水平离欧美国家差距还非常大
而10年后,我们已经拥有了昆仑、秦岭和太行等型号的航空发动机产品,特别是太行发动机的诞生,已经使中国跻身于目前世界上仅有的、能够独立自主研制航空发动机的5大常任理事国。
著名航空动力专家刘大响院士曾撰文认为中国航空发动机研制较世界先进水平主要存在五点较大差距:1.基础研究薄弱,技术储备不足,试验设施不健全;2.国家经济相对落后,研制经费严重不足;3.对发动机的技术复杂性和研制规律认识不足
4.基本建设战线过长、摊子过大、力量过散、低水平重复;5.管理模式相对落后,缺乏科学民主的决策机制和稳定、权威的中长期发展规划。除了以上差距外,还存在以下问题:1.在航空发动机的发展历程中,缺少像钱学森院士那样学贯中西的大师级人物。
回顾“两弹一星”的研制历程,大师级领军人物所起的作用至关重要;2.虽然我国航空工业长期受俄罗斯的影响,但是并没有很好地领会他们的设计理念。他们在经济上并不富裕、研究人数相对较少的情况下,利用系统的观念把复杂问题简单化
将苏联各个生产或研发部门提供的性能并不算高的部件和材料,集成出主要性能突出、综合技术水平较高的航空发动机;3.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。
航空发动机行业的一位厂长曾对笔者说:他发现一个儿童时代很少玩玩具的人很难成长为“心灵手巧”的技术工人。我国在航空发动机领域的落后是多种复杂原因造成的。研制高性能的航空发动机本身就是一项难度极大的系统工程。
这种难度首先体现在,高性能的航空发动机要求通过不断结构创新,才能达到先进的总体设计和高循环参数要求。其次,研制航空发动机难在,超过极限的参数要求最终都要落实到发展尖端的材料、制造工艺上。
我国航空发动机研制的困难和性能差距主要体现在涡轮叶片以及涡轮盘材料和工艺两个方面。航空发动机的制造是现代技术和传统技艺的集成。装配是产品制造的最后环节,产品的装配质量在很大程度上决定了产品的最终质量。
为了保证装配完成后达到规定的结构强度、空气动力性能等指标,航空发动机对装配的要求非常高,特别是转子结构的装配。发动机装配还主要采用手工方式,装配精度高低和装配质量稳定依赖于装配工人的操作经验和熟练程度。长期以来,我国对装配工作的重视程度不够,因此也吃了不少亏。
【环球军事报道 记者 刘昆】美国空军日前正式确定了将研制下一代战略轰炸机B-21,据分析,该轰炸机的主要作战目标包括中国,美军寄希望用B-21渗透中国防空体系,对中国重要目标进行精确打击。美军在已经拥有B-2这一独步全球的隐形轰炸机情况下,依然重视下一代战略轰炸机的研发,这也引发了中国是否要研制一款新型战略轰炸机的思考。
据美国“国家利益”网站3月31日报道,中国正在研发两种隐型战斗机、隐形无人机、新型巡航导弹、弹道导弹,但是,北京迄今为止尚未尝试研发一种新型轰炸机,中国空军主要依赖源自老旧的前苏联图-16轰炸机的升级版轰-6K轰炸机。但考虑到太平洋的广阔以及一旦冲突爆发时中美战斗机需要飞越的距离,对中国来说研发一种能够打击遥远美国基地或航母的远程轰炸机是非常合理的选择。此外,如果美国军队在战争中袭击中国大陆,中国可能只有两种选择回击。一种是核武器,这将导致第三次世界大战的爆发,另一种是网络袭击。
文章称,有传言称中国曾经试图从俄罗斯引进图-22“逆火”轰炸机的生产线,但最终没有成功。但对中国来说这是完全合理的,因为中国“自我吹嘘”的反介入/区域拒止战略很大程度上是模仿前苏联在爆发“热战”之时切断北美洲和欧洲的计划。前苏联也曾设想用潜艇、军舰和空射巡航导弹对美国航母战斗群发动饱和打击。中国唯一创新的地方就是多了一个反舰弹道导弹。
美媒认为,中国还缺少足够的空射巡航导弹,升级后的轰-6K虽然是个不错的平台,但是更强大的新型轰炸机显然会更适合中国。中国的新型轰炸机可能会是一种远程隐身轰炸机,或者是类似俄罗斯图-160那种防区外远程巡航导弹载机。迄今为止,中国尚未研发新型远程轰炸机的原因是什么?很可能还是因为发动机,多年来中国始终未能研发一种能够大批量生产的可靠航空发动机。中国人也承认,其发动机技术还不够好,中国军事技术和发达国家还存在着一定的差距。
然而,中国已经将航空发动机技术作为优先发展的方向。据估计,未来20年,中国将斥资3000亿美元研发军用和民用航空发动机,美媒称,中国航空工业已经聘请了外国的工程师和退役空军人士帮助其研制发动机。这意味着中国最终将能造出国产的航空发动机,届时,我们将期待中国新型轰炸机的出现。
军事专家表示,有关中国研制新型轰炸机的传闻由来已久,但是迄今为止仍未有可靠证据证明。对中国来说,最大的问题不是资金,而是发动机和材料工艺,一旦克服了这两点,中国制造新型战略轰炸机将水到渠成。新型轰炸机将弥补现有的轰-6K轰炸机缺乏突防能力,作战半径较低以及载弹量不足的缺点,打击范围将覆盖整个西太平洋和印度洋地区,届时,超级大国在第二岛链和印度洋的军事基地将直接暴露在我军的兵锋之下,对于遏制战争爆发,维护世界和平都有极为重要的现实意义。