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我国现代航空作业重新我国树立初期开端起步,至今现已获得长足进步,近年来跟着歼20、运20等国产飞机的露脸,更显奇光异彩。可是,我国航空发起机的打开却相对滞后,社会各阶层遍及对此感到困惑。我国科学院、我国工程院联合组织多位院士,打开有关航空发起机和燃气轮机工程的咨询,剖析局势,研讨对策,为高层决议方案供给主张。笔者作为长时刻从事相关作业的人员,也有感而发。
新我国航空发起机作业的打开路线图可以归纳为,从引入、修补起步,再完成拷贝,从而进入自行研发,逐渐构成具有必定预研、研发、出产和确保才干的工业系统,有力确保了空军配备打开建造底子需求,为国防现代化建造做出了重要贡献。但也应看到,我国航空发起机总体水平仍属落后,仍是限制航空配备继续打开、影响配备牢靠运用的杰出瓶颈和短板。比照中外航空涡轮发起机打开前史,有三个现象值得重视:
一是路途附近,但成果不同。新我国与苏联、法国二战后打开航空发起机的初期路途非常相似,都是在引入专利出产和测绘拷贝之后转为自行研发,乃至榜首批引入类型都有一起的根由。比方法国斯奈克马“阿塔”系列发起机,配备到“超奥秘”和部分“幻影”战役机上,其前身可追溯到二战德国研发的BMW 003发起机。苏联的RD-20发起机就仿自BMW 003,首要用于米格-9战役机,新我国也曾进口。再比方首台国产涡喷5发起机(首要配备歼5,即米格-17)是依据苏联VK-1F的技能资料拷贝的。VK-1F的前身是苏联出产的不带加力的VK-1A。从VK-1A往上推,根底是苏联的RD-45,而RD-45是苏联依据二战后引入的英国“尼恩”发起机的专利技能出产的。
建国之初,新我国空军配备的喷气发起机与国外产品水平适当,距离只要几年。进入50年代中后期,进口了VK-1F、RD-9B、RD-3M喷气发起机,与苏联空军配备的时刻差也只要几年。50年代末我国自行研发推力5 000千克力的红旗二号发起机,与其时苏联正在研发的R-11、法国正在研发的“阿塔”9适当,但走到今日的成果却完全不同。我国工业部门自主研发涡喷射动机已50多年,国家立项研发航空发起机也已30多年,但50年前开端引入拷贝的涡喷7、涡喷13仍占有适当位置。
二是起点相同,但距离扩展。我国航空涡轮发起机作业起步时刻与美国、苏联、法国等航空强国相差并不多,自行研发喷射1A(依据VK-1缩形规划)与东欧国家一起,自行研发涡扇5、涡扇6与苏联、法国底子同步。但几十年曩昔,不只没有跟上国外打开脚步,反而距离越拉越大。我国涡扇发起机起步与国外只差几年,半个世纪曩昔,歼击轰炸机和教练机还在运用引入专利出产和拷贝的发起机,主战飞机仍许多运用进口发起机。跟着美国发起施行一系列进步发起机经济可接受性和打开下一代非常规发起机技能的高新预研方案,我国航空发起机与国际先进水平的距离或许继续扩展。
三是投入不少,但产出不多。小推力涡喷/涡扇发起机,1958年开端先后研发和拷贝了喷射1A、涡喷10、涡喷12、涡扇11等类型,但至今仍面对先进教练机涡扇发起机难题。中等推力涡喷/涡扇发起机,1958年开端先后研发和拷贝了红旗二号、涡喷7、涡喷9、涡喷13、“昆仑”、涡扇13等类型,但至今当家类型仍是涡喷。大推力涡喷/涡扇发起机,1964年开端先后研发和拷贝了涡扇6、涡扇9、涡喷15、“太行”等类型,进口了AL-31F,49年如一日,还在为推力12 500千克力的涡喷/涡扇发起机而斗争。还有多个类型没有走完研发全进程,功败垂成。这都反映出决议方案多变、重复糟蹋、低水平徜徉现象非常严峻。
现在,国际航空发起机范畴的主用配备和标志性产品是,推重比10的加力涡扇发起机和大涵道比涡扇发起机。美国1997年研发成国际榜首型推重比10的军用加力涡扇发起机,2003年配F-22开端配备部队。欧洲现役军用涡扇发起机推重比到达9。大涵道比涡轮电扇发起机在美国和欧洲都有多型老练产品,简直完全占有了国际民航机发起机商场。
在航空发起机范畴,我国与外国的距离现已明显扩展。原因和阅历,值得沉思。关键在于,要知道规则,掌握规则,遵从规则,严厉依照航空发起机作业的内涵规则就事。
航空发起机大功率、轻分量、高牢靠性、空中运用的特色,决议了航空发起机是机械制造范畴皇冠上的明珠,是国家工业才干的会集体现。航空发起机的高度杂乱性决议了其打开周期必定善于飞机,所以有必要坚持动力先行,发起机有必要独立打开,而不能把发起机置于飞机的隶属位置。这是国际各国成功的底子阅历,是航空发起机作业打开有必要遵从的底子规则。
在进入喷气年代初期,苏联从前用一型发起机配多型飞机。比方VK-1A既用于米格-15歼击机,又用于伊尔-28轰炸机,还用于其他类型飞机。但这种现象并非是由于知道正确,而是受前期喷气发起机类型资源匮乏限制构成的。所以,当苏联自行研发第二代喷气发起机的方案完成后,很快就呈现了许多发起机类型。各飞机规划局与发起机规划局底子构成相对固定的协作联系。这种苏联“老大哥”形式对我国产生了影响,就构成了我国一型飞机配一型发起机的观念和形式,构成一一对应的“夫妻联系”。在我国打开现代航空作业几十年间的大都时刻里,发起机被置于隶属位置,没能独立抢先打开。致使重复呈现这种状况:只要飞机立项研发,配套的发起机才干立项研发。由于飞机、发起机一起打开研发作业,发起机进展必定要慢,就会拖死飞机;而一旦飞机项目下马,又拖死了发起机。下次立项研发飞机,仍是没有发起机,再次重复,恶性循环。这种恶性循环重复了几十年,是导致航空发起机作业堕入困局最底子的原因和阅历。
我国的航空发起机作业长时刻在方案经济体制下运转,在处理其有无的前史阶段,方案经济的确完成了会集力量办大事。可是,方案经济可以确保快速,但却无法确保功率和质量,假如缺少远景规划,则必定导致方向性过错,乃至长时刻难以纠正。
与此比较,美国是坚持航空发起机独立打开最成功的国家,因而成为航空业全球抢先的大国。美国在上世纪40年代末也曾有许多发起机类型,也曾呈现一型飞机配套一型发起机的局势,可是很快就纠正了这种做法。
美国普·惠公司1947年开端研发J-57系列发起机,上世纪50年代成为美国主力军用航空发起机,既用于空军,也用于水兵,简直包括美军各品种各类型军用飞机。J-57的民用类型是JT3C,许多用于榜首代喷气民航机,如波音707、DC-8。J-57/JT3C系列发起机累计出产12年约21 000台。当JT3C改型成为涡扇发起机JT3D(军用类型TF-33)后,先替换民航机发起机,再替换轰炸机、空中加油机、高空侦察机、长途运送机,以及预警机。JT3D从1961年投产,运用超越半个世纪,到上世纪的1985年,产值就超越了8 000台。美国另一型主力军用喷气发起机J-79一路打开到CJ805,也是相似的路子,从1958年到1981年间累计出产约18 000台。
上世纪60年代中期,美国GE公司按空军合同施行第二代先进涡轮发起机燃气产生器方案,GE-9验证机获得成功,成为涡轮电扇年代运用最广泛的航空发起机中心计,由此发起研发用于B-1A轰炸机的F101加力式涡轮电扇发起机。1977年B-1A项目下马,F101发起机继续研发,到达可运用水平。为1981年重启的B-1B轰炸机项目供给了杰出动力。随后改型派生出用于F-14、F-15、F-16三大主力战役机的F110发起机;再改型打开出F118发起机,用于B-2A隐身轰炸机和U-2S高空战略侦察机;再运用成功的中心计改型,派生出用于民航机和军用运送机、加油机、预警机的CFM56发起机,成为波音、空客两大系列民航机运用量最大的发起机。B-1A轰炸机类型下马,而F101发起机继续研发。从F101派生出的两大经典系列发起机,几十年占有国际军、民用航空发起机主力类型位置不不坚定,给了咱们多么深入的启示。
英国作为老牌工业大国和喷气发起机的开创国,也是一型发起机配套用于多型飞机。罗尔斯·罗伊斯公司“埃汶”系列涡轮喷气发起机,1950年投产,用于舰载战役机“海雌狐”、国际榜首型喷气轰炸机“堪培拉”、超声速喷气战役机“闪电”;添加2级压气机和1级涡轮后,用于榜首代喷气民航机——英国的“彗星”和法国的“快帆”。1950年在许多承继“埃汶”发起机根底上,罗·罗开端研发涡轮电扇发起机“康维”,1956年首要将其用于喷气轰炸机“胜利者”,之后许多用于美国民航机波音707、DC-8,用于英国长途民航机VC-10及其军用运送型、空中加油型,成为榜首代涡轮电扇发起机的领跑者。1959年,罗·罗开端研发涡轮电扇发起机“斯贝”,1964年投入航线个推力等级的发起机宗族,用于“三叉戟”、BAC111、福克F28等民航机,以及“湾流”商务飞机;带加力燃烧室的军用型“斯贝”MK202用于英国空军F-4M和英国水兵F-4K“鬼魅”战役机。60年代中期,罗·罗开端研发高涵道比涡轮电扇发起机RB211,先用于美国民航机L-1011,再用于空客A300、A310、波音747、波音757。
航空发起机类型过多是一种虚伪的外表昌盛,实则有百害而无一利。类型研发过多,必定导致科研经费中用于类型研发部分的份额偏高,用于前瞻探索性研讨、根底性预先研讨、资料工艺研讨的份额偏低。更何况是低水平重复的类型研发。假如发起机打开首要依托类型研发费投入,有了类型才有研发经费和技改经费,那么发起机科研范畴出资缺少就必定成顽症。再加上类型研发费投入水平低,构成实验试飞样机数量少,实验试飞时刻缺少,许多技能质量问题就必定带进批出产和运用阶段。久而久之,必定导致缺少自主打开才干,乃至从自主研发阶段倒退到测绘拷贝阶段。
航空发起机是典型的工业产品,是工业产品就存在出产规模数量问题。大规模出产,可以超越盈亏平衡点,经济效益必定好。小规模出产,发起机的战术技能指标再先进,亏本也是必定的。一个国家的航空发起机类型多少,与每一品种型的出产规模数量成反比联系。类型过多,每一品种型的出产规模数量必定少,亏本是必定的。类型削减,每一品种型的出产规模数量必定多,获利才有期望。美国从上世纪50年代以来,主力航空发起机批出产规模数量遍及超越万台,企业有打开潜力,航空发起机职业全体也有打开潜力。反观苏联的状况,航空发起机类型过多,其时看似热烈,一型发起机出产几百台,乃至几十台,企业、职业如何能保持?所以从苏联崩溃至今22年,俄罗斯底子没能推出成功的新式航空发起机,现在仅有用于支线喷气客机的新式涡扇发起机也是与法国联合研发的。
航空发起机的运用环境条件极为严苛。为进步军用飞机的作战功能和民用飞机的经济功能,飞机有必要严厉操控分量,做到克克计较。而发起机是飞机上的分量大户,减轻分量是发起机打开的永久课题,由此导致航空发起机结构强度储藏有必要操控在最低。航空发起机不断寻求高功率、高经济性、寻求更高的功率分量比,导致航空发起机的作业状况趋向极限,作业转速到达每分钟上万转乃至几万转、十几万转,高温部件的作业温度迫临高温合金的熔点温度。航空发起机装在飞机上高速飞翔,飞机升降以及空中机动会产生高过载,这就使航空发起机要接受不同方向、不断改变的载荷,比在停止状况以及车载、船载状况作业的环境条件要严格得多。各种交变应力构成的零部件疲惫损坏,是导致航空发起机失效的重要原因。航空发起机轴承被视为战略工业,第二次国际大战期间盟军曾会集轰炸德国轴承工厂。高温、高负载、极限转速、交变载荷极易构成航空发起机轴承失效,而轴承失效已成为一些类型航空发起机失效的榜首位原因,
航空发起机空中运用的特色,决议其牢靠性、老练度乃至比战术技能功能指标更重要。航空发起机为飞机供给飞翔动力,飞翔动力是飞机升力的来历,是飞机得以飞翔而不坠地的生命之源。航空发起机还为飞机供给电力、液压、气压、座舱压力调理等动力,是操作操控飞机所必不可少的。航空发起机一旦产生损坏性毛病,失掉动力是必定的,还或许导致失火,以及飞机结构、系统的连带性损坏。所以许多航空发起机类型的失利,不是败在战术技能功能指标落后,而是败在牢靠性、老练度问题上。
综观国际航空发起机打开前史,任何一型成功的、闻名的类型,都曾有过“走麦城”的阅历,无一例外。国际民航发起机现已打开到牢靠性很高的阶段,新一代民航发起机的牢靠性比前期类型现已进步了几个数量级。即便如此,便是波音、空客标榜为“NG”(新一代)的民航机类型,以及空客A380、波音787这样的最新类型,发起机毛病仍在新闻中频频呈现。美国军用航空发起机现在居于国际抢先水平,但每年仍因发起机问题导致多起飞翔事端和许多停飞。俄罗斯闻名的苏-27战役机,大部分严峻飞翔事端都是AL-31F发起机毛病导致的。另一型装用AL-31F发起机的闻名战役机,一切机械原因严峻飞翔事端也全都是发起机毛病导致的。
所以,在航空发起机研发作业进程中,除了许多理论剖析核算、地上实验,飞翔实验成为最重要的一部分内容。每型航空发起机都需通过许多空中实验检测,才干进入定型。可是,航空发起机研发进程中的飞翔实验还缺少以模仿一切飞翔环境条件,更缺少以露出一切问题。实在的飞翔运用,是对航空发起机最好的查验,也是完全露出航空发起机毛病缺点的首要进程,新发起机走向完善牢靠老练的进程。所以说,航空发起机不可是研发出来的,也是运用出来的。我国的涡喷6、涡喷7发起机,是苏联上世纪50年代规划的产品,固有牢靠性很低,毛病率从前很高,从前导致过许多严峻飞翔事端,可是通过上万台、几千台的出产、运用、改善,后期毛病率很低,再没有导致过严峻飞翔事端。一型航空发起机一般要通过20万飞翔小时的空中运用,才干底子老练,这在国际各国都是客观规则。阐明任何新式航空发起机都需求在运用进程中露出问题,在运用进程中老练。
一型航空发起机在空中运用的时刻强度越大,老练的日历时刻就越短,牢靠度进步得就越快。出产交给上万台的发起机,必定比出产交给几百台的发起机要老练牢靠得多。只出产交给几十台的发起机,简直不存在到达老练牢靠的或许性。这便是美国航空发起机、英国航空发起机比俄罗斯航空发起机优异的原因。
用老练牢靠的零部件组成的航空发起机,必定比用不老练、不牢靠零部件组成的航空发起机要老练牢靠得多。所以航空发起机打开着重承继性,着重严厉操控改动面,着重只选用通过充沛预先研讨和充沛实验的先进技能。在成功发起机根底上改善改型、运用专门研发的先进中心计(燃气产生器)派生打开类型,可以确保大部分部件老练牢靠、各部件间作业和谐,因而成为打开航空发起机最重要的途径。
美国、英国是多么先进的工业大国,前期打开涡轮电扇发起机,底子都是以老练的涡轮喷气发起机为根底改善改型而成。专门研发先进中心计(燃气产生器),再派生打开成为涡轮电扇发起机以及其它燃气涡轮发起机,现已成为一种新的重要的打开形式。可是,着重新发起机的承继性,只作必要的改善改动,严厉操控改动量(一般不超越30%),仍然是航空发起机打开的底子原则。美国从1960年开端,以J-52军用涡喷射动机为根底,添加2级电扇和2级涡轮,打开成JT8D民用涡轮电扇发起机,用于波音727、DC-9、“快帆”、波音737等多型民航机,成为国际上榜首型出产交给超越万台的涡轮电扇发起机。美国以涡喷射动机YJ101为根底,打开出涡扇发起机F404,以及用J-57/JT3C打开出JT3D,用J-79打开出CJ805,都选用了相似方法。英国从“埃汶”打开出“康维”,法国从“阿塔”9K50打开出M53,也都是经典事例。
反思我国航空发起机打开前史,由于国家工业根底薄弱,咱们国家真实进入工业化的前史应该是在改革开放之后,咱们自己在航空发起机打开研发范畴并无可承继学习的资源。在改革开放之前,国家遭受外界封闭,自己也并无多少沟通愿望,学习国外类型研发阅历底子没有或许。由于种种原因,咱们又特别期望立异,特别鼓舞立异,乃至把立异多少作为点评科技成果、奖赏科技成果的最重要标准。成果,航空发起机打开研发就或者是完全的测绘拷贝,或者是完全的全新规划,牢靠性、老练度问题成了长时刻难以霸占的绊脚石。
独立打开航空发起机是战略层面的问题,承继打开航空发起机则是战术层面的问题。战略和战术层面都存在误差,走入困局便是必定。
动力是工业社会的根底,人类现代社会的根底。人类社会现代化进程起源于蒸汽机,之后是内燃机、电动机、汽轮机和燃气轮机。没有蒸汽机,就没有工业革命,人类社会或许还停留在农耕年代。没有航空发起机,就没有航空运送,经济全球化也就不或许完成。以航空发起机为中心的现代燃气涡轮发起机,既是占有主力位置的航空动力,也是最重要的舰船动力,仍是核电站的重要构成,在陆地的运用规模也在逐渐扩展。因而,航空发起机的研发出产才干,代表了一个国家的工业打开实力和未来。
需求系统思想,统筹规划。航空发起机作业不是一般的工程问题,而是巨大的系统工程问题,需求科学的系统思想和顶层规划。应在学习国外阅历,总结国内阅历阅历的根底上,确认打开路线图,树立可以满意当时急需、习惯久远打开、增强航空配备抗危险才干的航空发起机型谱系统,统筹规划未来航空发起机打开方向。涡扇、涡桨、涡轴发起机都应按功率等级构成大中小调配的系统,自行研发、拷贝、协作出产、纯进口的类型应别离占有适宜的份额。航空发起机成为货架产品,飞机、直升机能按需选用。
需求遵从规则、加大投入。航空发起机的打开,有必要以理论研讨、部件研讨和实验为根底,阅历中心计、验证机、类型研发、实验试飞验证、交给运用等阶段。航空发起机是极点杂乱的高科技工业产品,触及学科专业多、作业条件到达资料极限,需求巨额资金投入到理论研讨、根底条件建造、关键技能预研、地上空中继续实验、技能堆集等范畴。应坚持走中心计派生类型、底子型系列化的打开路途,最大极限下降危险,稳步前进。切忌动辄就完全推倒重来,更不能对已走到批出产阶段的类型不坚定决心。对生长中的国产发起机要有宽恕情绪,加大拔擢力度。
需求打牢根底、提高才干。加强根底研讨和根底设施建造,加速改造实验设备、测验手法和加工设备。加强资料、工艺系统建造,深化资料根底研讨、运用研讨和先进工艺研讨,打牢资料和工艺根底。加强航空发起机规划系统、规划原则、标准规范和数据库建造,不断完善航空发起机自主研开打开系统。活跃遵循军民交融打开严重政策,引导吸纳优势民营企业参加航空发起机研发出产,补偿弱项,填补空白,鼓舞竞赛,打破独占。多渠道多形式加强航空发起机专业人才队伍建造,树立健全人才培养、运用、保存机制,造就一大批高水平的技能和办理专家,建造专业完全、结构合理、事务精深、爱岗敬业的人才队伍。