美國阿諾德工程發展中心發展戰略淺析

秦臻，張波

(中國航空規劃建設發展有限公司工程技術院，北京100120)

美國阿諾德工程發展中心發展戰略淺析

秦臻，張波

(中國航空規劃建設發展有限公司工程技術院，北京100120)

介紹了美國阿諾德工程發展中心(AEDC)的發展概況，分析了其戰略思想、方法和取得的效果，以及在試驗能力建設中采取的措施。AEDC在時間和空間規劃方面，有效踐行了“謀萬世，謀全局，謀一時，謀一域”的策略。在時間規劃方面既有長遠規劃，又有在有限經費條件下的短期計劃；在空間規劃方面從全局著眼，在全國范圍內統籌協調，同時又注重自身建設。在淺析AEDC發展戰略的基礎上，總結出了有助于我國試驗能力建設的幾點啟示。

阿諾德工程發展中心；試驗能力建設；戰略規劃；策略分析；航空發動機試驗

1 引言

試驗技術是航空發動機研制的三大技術支柱之一[1]，試驗的重要性體現在發動機研制過程中所占時間長和費用占比高兩個方面[2-4]。隨著人們對飛機性能要求的越來越高，飛機對航空發動機的技術要求也不斷提高，這對航空發動機試驗能力也提出了新的挑戰。如試驗的性能、適用性和功能完整性任務越來越詳細，試驗的效率、準確性、科學性要求越來越高。

長期以來，美國在航空發動機技術方面一直占據領先地位，其相關試驗能力也是世界領先，并將試驗視為航空發展的重要支柱。在航空發動機的更新換代中，美國十分重視工程研制階段的試驗，并由此充分暴露研制中的各種問題，以降低批生產和使用中的風險，這讓試驗在發動機不同壽命階段都占有重要的地位。

阿諾德工程發展中心(AEDC)是世界上最大、最先進的飛行模擬測試基地，在美國航空推進動力研究、發展、試驗和評估工作中占有絕對重要的地位，為美國太空飛行、航空、導彈和衛星等每個高精尖航空航天項目都做出了實質性貢獻。其通過科學合理的戰略規劃與決策、先進的管理流程與方法及不斷更新升級的技術與設備，一直處于世界領先地位。研究其發展戰略，對我國航空動力試驗能力建設具有重要的借鑒意義。

2 阿諾德工程發展中心發展概況

AEDC始建于20世紀50年代初，隸屬美國空軍裝備司令部，由美國空軍負責管理，為國家重要戰略資源。

AEDC負責推進風洞地面試驗、葉輪機地面試驗、航天器與導彈試驗[5]，擁有超過30個氣動和推進風洞、火箭和渦輪發動機試驗艙、空間環境模擬艙、電弧加熱器、彈道測量及其他特種設備，能模擬從海平面到480 km高空、從亞聲速到馬赫數20的飛行條件，能進行性能、結構強度、環境結冰、操縱性與穩定性和動態任務模擬等各類試驗[6]。除科研試驗外，還進行生產型發動機鑒定試驗。其用戶包括美國空軍、海軍、陸軍、NASA、聯邦航空管理局、其他研究機構、工業界、大學及一些同盟國政府。

3 阿諾德工程發展中心發展戰略

AEDC在試驗能力方面長期保持世界領先地位，依靠的不僅是各項先進技術，更重要的是其科學合理的戰略規劃。AEDC的戰略規劃具有長遠眼光，在滿足當前各方對試驗能力需求的同時，還對未來的試驗能力進行投資——不僅包含資金、技術和硬件等有形投入，還包括時間、精力等無形投入。即使在面臨國防開支緊縮、經費大幅下降的情況下，依然能通過有效方法保持并不斷提升試驗能力，在滿足當前試驗需求的同時，也為未來發展打下良好基礎。經過多年發展，AEDC積累了豐富的經驗和教訓，在制定規劃和戰略時能立足于全國試驗能力的建設與發展，將自身決策和投入與全局形勢聯系起來，不計較個體對某種試驗能力的擁有和掌控。

3.1 謀萬世

發動機試驗設施建設面臨技術難度大、費用昂貴和建設周期長等困難。以美國高空模擬試驗設備的建設為例，論證和設計用了10多年，建設到投入使用歷經13年，花費6.25億美元。若不具備一定的前瞻性，高空模擬設備建成后或許無法滿足后繼試驗的需求。為此，發動機試驗設施的建設規劃，必須有“謀萬世”的戰略眼光。

AEDC在建設初期把現有能力作為大膽預測基礎的發展戰略，為規劃和戰略制定工作打下了良好基礎，其投資與發展在現有能力和未來需求方面達到了精妙平衡。戰略規劃不僅能謀得長遠效益，而且還能保持組織穩定發展、長期繁榮。

這種前瞻性和長遠的戰略眼光，為AEDC在幾十年發展歷程中始終能優質高效地滿足用戶需求奠定了堅實基礎。目前，仍在服役的很多設備已有40～50年歷史，但仍能出色完成當前技術要求下的試驗任務，這與建設之初放眼未來的思想分割不開。

3.2 謀全局

試驗能力建設所需費用巨大，且這些投資的收益很難用簡單的數字衡量，還有一些必需特種設備利用率極低。在這種情況下，如果沒有“謀全局”的規劃，重復冗余的試驗能力建設，勢必帶來維護成本高、使用效率低等問題。

建設初期，AEDC對此并沒有深刻認識，其投資重點主要是解決試驗能力的有無和提升問題，在規劃時更多聚焦現有條件，這種離散式點狀的發展方式帶來了大量重復投資及能力冗余等問題。隨著美國國防預算的逐步縮減，AEDC清晰地意識到要保持和建設新的試驗能力，就必須優化試驗能力結構，縮小資金缺口和降低日常消耗。而最有效的途徑就是全國范圍內統籌規劃，把新舊設備都納入到一個體系中，因此其戰略規劃出發點逐漸轉變為了國家安全價值最大化。雖由空軍管轄，但AEDC在制定戰略規劃時采取了寬廣的視角和大局觀，把自身需求視為全國重點試驗設施的一部分，放眼整個航空行業的發展需要來統籌安排。通過深入解讀國防部、空軍和裝備司令部等高層的頂層規劃與方針，確定自己在其中所能起到的作用，然后再深入剖析自身的優勢與劣勢、機遇與挑戰，進而進行戰略規劃。雖然這樣會造成自身個體利益受損，但從長期發展看，這無疑十分有益。另外，這種統籌規劃還有利于專業人才培養、專業技能提升和試驗準確性提高。

AEDC在努力發展自己的同時，還參與全國范圍內的投資決策。通過測試評估投資規劃與空軍共同規劃決策基礎設施的升級與現代化，通過集中測試評估投資計劃與國防部一同規劃和選擇國防部長辦公室投資方向，同時還是空軍在空間技術領域的客戶唯一代理和領域專家，是國防部測試環境和空間技術方面的投資主管[7]。

在AEDC參與、倡導和推動下，美國國防部、空軍、海軍、NASA和工業界等諸多單位和部門，在試驗能力建設方面達成共識：無論是NASA還是AEDC，在項目評估時都從全國范圍內出發考慮經費的預算和使用，最大限度地提高資金的使用效率，確保所有試驗中心或基地都未建設實施的項目才會投資興建，注重可用、有效，不追求簡單的擁有權[8]。

3.3 謀一時

AEDC既要滿足當前軍方和研究機構的試驗需求，還要不斷開拓建設新的試驗能力。如何在資源有限的情況下保持世界級水平，對AEDC“謀一時”的能力提出了很高要求。

為確保試驗設施完好可用，AEDC搭建了設備設施數據庫，對每一層級的設備設施(包括公共設施建筑物等)都進行狀態跟蹤。系統工程師和架構師每年都會通過詳細的評估和分析，出具年度需求報告，這既是對中心現狀的評估，也是對行動計劃的建議。這就使得AEDC能準確把握當前設備設施的工作狀態，在應對設備故障、老化和整修等問題時占據主動權，也使得其在試驗能力建設中占得先機。此外，在資金有限條件下確定設備設施的升級優化計劃時，該數據庫也發揮了基礎卻關鍵的作用。

隨著時間推移，AEDC很多設備進入壽命后期，其維護費用、運營保障成本不斷增加。根據AEDC的財務記錄，一套設備設施每年的維護費用就需要約150萬美元[9]。AEDC不乏已服役40～50年的設備，即使這些設備主體仍能正常工作，但其配套的信息設備、數據采集系統、數字控制和軟硬件等都迫切需要換代升級。若在日常維護的同時更新升級設備，不僅會影響AEDC正常的運作及試驗需求，還會受到資金預算的限制而無法實現。鑒于此，AEDC開展了一項服務壽命拓展項目(SLEP)，對其相關設備設施進行現狀(重要性、預計壽命、健康度、維修與替換價值等)評價，然后根據所有評價要素給出綜合服務年限評估，并在此基礎上制定維修替換和更新升級工作相關的計劃、設計、實施時間表。SLEP項目的成功實施，確保了AEDC能在有限時間和預算條件下完成設備設施的維修與升級，同時又不影響正常的試驗安排。

3.4 謀一域

作為美國軍方最大、最權威的研究和試驗中心，AEDC歷來重視發展其專業能力，通過實施多項措施來不斷提高其運作效率和工作水平，以“謀一域”來推動美國航空科技工業的發展。

建設初期，AEDC缺乏統籌規劃，在技術、設備、設施、軟件、硬件、通訊和電氣等方面的巨大投資，多針對某一具體試驗能力。這使得設備設施十分復雜，個別性突出，相對獨立且維護費用極高[10]。

對此，AEDC近年來開始實施一項革新計劃。將所有測試設備的電腦、通信、控制、數據采集、數據分析系統、儀器儀表、軟硬件、個人終端和典型商務系統，全部集中到一個信息技術系統指揮部統一組織管理。將信息技術方面能力分解，拆分能力模塊，形成通用的共適能力組件，如軟件模塊、硬件、專業人才等，組成服務共享模塊庫。這些工作在AEDC內部即可完成，這種能力建設模式更加高效、靈活和經濟，同時又不損失當前能力。但這打破了原有的組織文化慣性，部門需放棄一些控制、資金和人力，組織層面上需要高層的支持和改革魄力，組織行為要向通用功能和服務型方向發展。

從長期看，這種能力建設模式可有效降低全壽命周期費用，提高靈活性和便捷性，降低軟件和硬件的保有量。在這種共享能力模塊的使用中，使用者可節約大量用于熟悉、掌握不同軟硬件使用方法的時間，將主要精力放在試驗本身和分析上，進而提升試驗能力和效益。

另外，信息技術系統的更新換代十分迅速，未來的應用也具有很大的不確定性。在此情況下，最好的辦法就是將系統建設得靈活便捷、實用性強、可塑性強，且可重復利用。這樣在確定具體業務后，就可在最短時間內完成系統的應用性改造，同時也不會大幅增加成本。

除了大力降低運行成本外，AEDC還不斷努力提升自身的技術服務水平和質量。近些年由于預算緊縮，軍方和國防部把越來越多的重點放在提高試驗效率和降低試驗成本上，放松了對試驗效果的要求。但AEDC內部通過加強管理和提高標準等方法，提升了技術分析在試驗任務中的地位，為中心保持技術優勢、進行技術積累和傳承等知識管理工作奠定了基礎。

4 對我國航空發動機工業試驗能力建設的啟示

(1)進一步強化發動機試驗能力建設先行的理念，在能力建設規劃中一定要具有前瞻性，不僅要滿足近期需求，還要給未來發展留下足夠空間。

(2)試驗能力建設一定要統籌規劃，避免低水平重復建設。對于分散的各種試驗能力，要建立起有效的合作機制。

(3)加強對現有試驗設施能力的統計和評估，提高設施維護和升級改造投資的針對性及效率，積極探索擴展設施功能和性能的方法。

(4)借助模塊化的信息化建設降低試驗成本，打造具有靈活性、便捷性、交互性、可維護性和可復用性的信息技術模塊，縮短試驗周期。

(5)打造試驗能力的過程中應鼓勵技術創新，注重人才和知識的積累，進一步提高國內相關試驗設施的服務質量和水平。

(6)在借鑒相關研制經驗和發展規律的基礎上，結合我國國情，對航空發動機試驗的發展進行科學、合理規劃，促進試驗能力的進步和發展。

[1]吳大觀.試驗技術是航空發動機研制的三大技術支柱之一[J].測控技術，1992，(3)：9—11.

[2]張健.航空發動機地面試驗技術的近期發展及我們的對策[J].燃氣渦輪試驗與研究，2002，15(1)：6—10.

[3]方昌德.航空發動機的發展研究[M].北京：航空工業出版社，2009.

[4]劉大響，陳光，徐通源，等.航空發動機——飛機的心臟[M].北京：航空工業出版社，2003.

[5]Abbott C D，Mickle E J，Brooks W K，et al.Status of AE?DC transonic,supersonic,and hypersonic wind tunnel im?provement programs[R].AIAA 2012-3172，2012.

[6]盧傳義.AEDC的航空推進試驗設備和試驗能力(上)[J].國際航空，2001，(1)：52—54.

[7]Tirres C，Baxter L E.AEDC test facility planning“toward new horizons”to today[R].AIAA 2004-2731，2004.

[8]Marshall T J.An overview of the NASA aeronautics test program strategic plan[R].AIAA 2010-4666，2010.

[9]Baker Jr W B，Jackson F M.Service Life Extension Pro?gram(SLEP)for Arnold Engineering Development Center (AEDC)aerodynamic,propulsion,rocket,and space test?ing capabilities[R].AIAA 2010-1734，2010.

[10]Schug K，Barnes W.AEDC strategic plan:capabilities via shared functionality and services[R].AIAA 2010-1728，2010.

Analysis on the strategic plan of arnold engineering development center

QIN Zhen，ZHANG Bo
(China Aviation Planning and Construction Development Co.LTD，Beijing 100120，China)

The general state of arnold engineering development center(AEDC)is introduced.The princi?ples,procedure and effects of AEDC strategic planning,along with the efficient methods in the testing capa?bility construction are presented.AEDC carries out the strategy of emphasizing on"the long term,the whole situation,the short term and my center".There are long term plan towards tomorrow development,while short time plan to deal with the lack of funds.Concerning location distribution,the whole situation over the country is considered as well as the center itself.Some suggestions about our national testing development are proposed.

arnold engineering development center；testing capability construction；strategic plan；tactics analysis；aero-engine test

V37

B

1672-2620(2016)01-0060-03

2014-01-11；

2014-05-03

秦臻(1986-)，男，遼寧阜新人，助理工程師，碩士，主要從事動力工程及工程熱物理研究。