7月13日,国资委发布关于组建中国航空发动机集团有限公司的公告。业内普遍认为,随着公司的正式组建,中航发将成为我国航空发动机专项行动的实施主体,有助于促进这一专项行动的顺利推进。航空发动机产业在全球制造业中占有举足轻重的地位。一直有人不理解,为什么中国造得出神舟飞船、造得出歼—10战机,偏偏造不出先进的航空发动机?航空发动机的研制究竟难在哪儿?中国该如何通过自主创新进行突破?
“悲壮”的中国航空发动机研发史
涡喷发动机的原理很简单,就是作用力和反作用力的牛顿第三定律的原理,可真正从原理到上天,人们用了几个世纪的时间。
随着朝鲜战争的结束,中国人民空军的战斗机也在进行着新一轮的更新换代。飞机和发动机的制造也提到了国家的议事日程上来。之后,我国开始仿制苏联的发动机,涡喷5,涡喷6,涡喷7等一系列发动机的仿制增强了中国航空工业的实力。可仿制也有尽头,随后的事件证明,没有真正的自主研制,中国的发动机还是要受制于人的。
人是要有点精神的,中国挺过了3年困难时期,原子弹和氢弹的爆炸震惊了世界,也鼓舞着中国人民的士气,一个大胆的想法在航空动力人的心中产生,研制自己的发动机,最新式的涡扇发动机。
当时该发动机的代号是910,也就是我们后来俗称的涡扇6,当时的想法是把该发动机的加力型作为新研制的歼击机歼9的动力,而把该发动机的无加力型910甲作为轰6和运9以及大型客机的动力。有开始就有终结,再苦难的日子终究还是有个头,WS6熬过来了,迎来了飞行前50小时试车,可百废待兴的祖国已经无法将它养大,它下马了,它死在襁褓之中,尽管它已经不小了。
70年代初,随着中美关系的解冻,英国人来了。
1972年,英国同意向我方单方面出售民用”斯贝”发动机,1973年7月17日,英方又约见我驻英大使,表示已授权罗·罗,谈判向我方出售军用斯贝发动机,1975年8月,中英双方进行实质性谈判。1975年12月13日,签定了中国引进英国斯贝发动机专利的合同。斯贝发动机,中国型号定名为涡扇9,定点西安航空发动机厂试制生产。
1984,就在WS6下马的那一年,昆仑发动机开始进行验证机研制。可以说WS6的骨血在昆仑上得到一定程度的继承,就当时而言昆仑是中国人所能拿出的最好方案,他集合了中国所能掌握的发动机上的所有技术,而且基本上都是对原有发动机的继承。但事实证明,我们还太年轻,经验还很不够,就是这个不是很难的型号,中国整整用了18年。
2005年12月,我国自行研制并拥有自主知识产权的大推力、高推重比涡轮风扇发动机“太行”设计定型,标志着我国已经继美、英、俄、法之后,成为世界第五个具备自主研制航空发动机能力的国家,目前,中国实现了航空发动机从第二代向第三代、从涡喷向涡扇的跨越,从中等推力向大推力的迈进。
为什么造个发动机这么难?
是的,这个话题必须要从头说起了。发动机的原理可以说是及其简单,而且这个原理在内燃机存在的200多年里从来没变过:燃料燃烧致气体膨胀推动活塞做功。但是这种科学说起来容易,如何用这些人类都知道的白开水一般的理论做出按人类意志行为的工程却完全是另一回事:如何把功率提上来,重量减下去,寿命延长,效率提高可以说是无穷无尽的漫漫长征。
科学我们都可以学得懂,我们国家的高等科学教育也可谓非常成功,但是传统工业的工程学教育可以说是一塌糊涂,生产技术和理论严重脱节。
航空发动机被誉为飞机的心脏,受制于基础研究能力不足,目前我国民用航空发动机基本依赖进口,军用战机发动机虽然有了一定进步,但是关键性能指标与发达国家还有差距。而另一个残酷的现实,中国汽车工业对国外的依赖比一般人想象中要严重的多。国内零部件厂存在大量的合资企业,博世、电装、辉门、博格华纳这些国际零部件巨头在国内都有厂。但是,回过头来想想,如果把这些国外资本的零部件供应商都扔一边,我们的“纯国产”依然面临很大的考验。
在人类进入电气时代之前,西方国家有一段特殊的时期,这段时期是机械工业飞速发展的一段时期,被誉为“大蒸汽时代”。这一时期内几乎所有能动的东西都是齿轮机械,其繁荣程度前无古人,后无来者。
工程积累的核心就是两个字:秘方。无论是做饭、酿酒、制药还是冶钢、加工,其技术本质不外乎这两个字。而秘方则是完全私有的,一般由家族或公司的形式来传承。传承需要时间沉淀,也需要民族氛围。
研制航空发动机,存在极大的高风险性和高投入性,研制一种现代涡扇发动机的经费,让世界上99%的国家都承担不起。由于航空发动机研究属于实验性科学,任何一种高性能航空发动机都必须进行数以万计的科学试验和适应性检测,大量的试验就像“一边大规模投入一边取得实验数据”的“烧钱游戏”。由于我国在上世纪60、70年代世界航空发动机大发展时代,却没有资金投入到发动机科研领域,那个时代就造成我们的航发断档落后了30年。
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。
尽管全球大大小小飞机制造厂很多,世界上能够制造飞机的国家超过二十个,但能够独立研制高性能航空发动机的国家,只有美、英、法、俄等少数几个国家,技术门槛之高可见一斑。有数据显示,过去50年中,美国在航空发动机领域的累计投入达到1000亿美元。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。
据不完全统计,美、英、俄几种典型的第三代军用航空发动机的地面试验和飞行试验所用发动机台数少则51台、多则114台,发动机地面试验都要上万小时,最高达16000小时以上,飞行试验则需5000小时以上。2010年年初,在经过13000多小时的性能测试之后,普惠公司才向美国空军交付了第一台F135型涡扇发动机,用于装备F-35战斗机。而我国由于设备、经费等原因,在试验方面的差距还很大,据统计我国在发动机领域的投入还不及美国的15%,差距可想而知。
研制正进入最好的时候
近年来,我国航空发动机研制过程逐渐解密。从中航工业了解到,我国真正从预研开始研究发动机,是在上世纪70年代,型号研制则是从上世纪80年代开始。50、60年代,中国只是做一些航空发动机的修理和跟踪研制。后来中国从苏联引进了几型发动机生产,但苏联只转让生产图纸,而且转让的是其即将淘汰的发动机型。如从苏联引进离心式涡喷—5发动机的时候,苏联的轴流式发动机已经出来了,离心式技术面临淘汰。
这些告诉我们,花再大的代价也买不来航空发动机先进的设计、试验、制造、材料技术,我们必须坚定不移地走自主创新之路。摘取现代工业“皇冠上的明珠”不容易。不过,在中航工业发动机公司采访,不论是科研人员还是制造人员,许多人都表示,眼下正是研制航空发动机最好的时候。
其一,经过多年持续的自主研制,今天航空发动机研制部门已掌握了一定的研制规律和设计制造技术,取得了一些成绩,有利于加快推动航空发动机技术取得突破。
其二,我国国家综合实力不断增长,对航空发动机发展的支持将越来越大。今年《政府工作报告》将航空发动机列为重大项目,《中国制造2025》也将航空发动机作为重点发展的领域。
其三,随着新技术的发展,以大数据、大联接、云计算、3D打印、新一代互联网等为特征的“智能智慧化”新业态将提升航空发动机的生产自动化、智能化水平。
其四,资金状况日渐改善。在最新公布的世界500强中,中航工业位居159位,正把更多的财力和人力用于航空发动机研制。中航工业旗下目前有29家境内外上市公司,正积极通过资本市场融资,用于发动机项目。同时,社会资本也在积极进入航空发动机领域,有利于产业发展。
航空发动机产业在全球制造业中占有举足轻重的地位。国家制造强国建设战略咨询委员会公布的权威报告预测,未来十年,全球市场对航空发动机产品需求旺盛。同期,我国国内干线客机对大型发动机累计需求将超6000台,总价值超500亿美元。随着低空空域的开放,对通用飞机的航空发动机需求也将随之放量。
据国家制造强国建设战略咨询委员会介绍,启动航空发动机专项行动是推进我国航空发动机产业快速发展的重要推手,配合中国制造2025战略,“十三五”末我国航空发动机产业规模将突破700亿元,部分产品打入国际市场;到2025年,产业规模突破1000亿元,产业进入世界第一梯队。
招商证券等券商研报指出,随着中航发的组建以及航空发动机专项行动的启动,我国航空发动机产业将加速发展,并有望在未来打破巨头垄断进入国际市场。此外,航空发动机产业的做大做强,也将进一步增强我国航空工业的整体国际竞争力,促使商用大飞机等产品快速进入国际市场。