僅次于核武的軍事技術(shù)如何掌握

僅次于核武的軍事技術(shù)如何掌握

自上世紀(jì)開始，美國便把航空發(fā)動機(jī)列為僅次于核武器的第二大軍事敏感技術(shù)。航空發(fā)動機(jī)的重要性，由此可見一斑。長期以來，一直有人不理解，為什么中國造得出神舟飛船、造得出殲-10戰(zhàn)機(jī)，偏偏造不出先進(jìn)的航空發(fā)動機(jī)？

花再大代價(jià)也買不來先進(jìn)的航空發(fā)動機(jī)

國資委日前發(fā)布公告，宣布組建中國航空發(fā)動機(jī)集團(tuán)有限公司（“中航發(fā)”），位列國家電網(wǎng)、“兩桶油”和三大運(yùn)營商等超大副部級央企之前，足見國家之重視。

航空裝備中，最受關(guān)注的就是飛機(jī)的心臟——航空發(fā)動機(jī)。

目前真正具有技術(shù)和商業(yè)優(yōu)勢的只有美、英、法三國的四家公司?！斑@四家公司在全世界民用發(fā)動機(jī)市場份額接近90%。”國防973首席科學(xué)家丁水汀表示。

中國的國產(chǎn)太行發(fā)動機(jī)，也叫渦扇10系列發(fā)動機(jī)。太行發(fā)動機(jī)的1978年預(yù)研，1987年立項(xiàng)，2005年12月28日完成設(shè)計(jì)定型審查考核，歷時(shí)27年。但到目前為止，它仍然無法成為中國主力戰(zhàn)機(jī)的可靠動力來源。

中美航空發(fā)動機(jī)技術(shù)的差距令人感到不安，80年代，當(dāng)F-15戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)開始安裝推重比達(dá)到8 的F-110發(fā)動機(jī)，而同一時(shí)期的中國還在落后的渦噴發(fā)動機(jī)上苦苦掙扎，如今，即便我們在WS15發(fā)動機(jī)上取得了巨大成就，但是我們?nèi)匀慌c美國差距至少30年。

2010年11月有媒體報(bào)道，一款推力27500磅的渦扇10“太行”發(fā)動機(jī)已投入批生產(chǎn)，將用于裝備殲11B。盡管如此，仍然有證據(jù)表明中航工業(yè)在擴(kuò)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(jī)可靠性不足，致使中國戰(zhàn)機(jī)仍然嚴(yán)重依賴俄羅斯進(jìn)口發(fā)動機(jī)。

有一種說法，稱“我國航空發(fā)動機(jī)在上世紀(jì)50年代與國外相當(dāng)，后來才逐漸拉大差距。”

“這些告訴我們，花再大的代價(jià)也買不來航空發(fā)動機(jī)先進(jìn)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造、材料技術(shù)，我們必須堅(jiān)定不移地走自主創(chuàng)新之路?！敝泻焦I(yè)發(fā)動機(jī)公司總經(jīng)理龐為說。

必須“燒錢”試驗(yàn)

“航空發(fā)動機(jī)是經(jīng)典力學(xué)在工程應(yīng)用上逼近極限的一門技術(shù)，本身具有超常的難度。”北京航空航天大學(xué)航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)專家杜發(fā)榮表示。

航空發(fā)動機(jī)的主軸承，是關(guān)鍵部件之一，要在高速、高溫、受力復(fù)雜的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其質(zhì)量和性能直接影響到發(fā)動機(jī)的性能、壽命、可靠性。目前，國外發(fā)達(dá)國家航空發(fā)動機(jī)主軸承的壽命均能達(dá)到1萬小時(shí)以上，國內(nèi)基本在900小時(shí)以內(nèi)。

高溫、高壓和高速，單獨(dú)看的確可以通過一些技術(shù)手段解決。比如：宇宙飛船、火箭，可以在高溫處覆蓋隔熱瓦，解決高溫問題；地面和水面動力，可以把發(fā)動機(jī)做得大一點(diǎn)，解決壓力、強(qiáng)度問題；一次性產(chǎn)品，如導(dǎo)彈動力、火箭動力，不需要考慮長壽命，一些難題也就迎刃而解，最后燒掉或者不再使用就行了。

但是，航空發(fā)動機(jī)不一樣，其研制還有“體積要小、重量要輕、壽命要長、可以重復(fù)使用”的要求，這意味著難度成倍增加。“設(shè)計(jì)航空發(fā)動機(jī)就是要讓它在這些苛刻的約束條件下使性能得到最大發(fā)揮。了解這些特點(diǎn)，也就能夠理解研制航空發(fā)動機(jī)為什么這么難?！饼嫗檎f。

航空發(fā)動機(jī)的另一個難點(diǎn)在于，這是一項(xiàng)涉及空氣動力學(xué)、工程熱物理、機(jī)械、密封、電子、自動控制等多學(xué)科的綜合性系統(tǒng)工程，“到現(xiàn)在都還不能從理論上給予詳盡而準(zhǔn)確的描述，只能依靠大量的實(shí)際發(fā)動機(jī)試驗(yàn)。”丁水汀解釋。

因此，一款航空發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)制造出來后，必須做大量的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以充分暴露問題。

比如美國、英國的航空發(fā)動機(jī)的地面試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)所用發(fā)動機(jī)臺數(shù)少則50臺、多則上百臺，發(fā)動機(jī)地面試驗(yàn)都要上萬小時(shí)，最高達(dá)16000小時(shí)以上，飛行試驗(yàn)則需5000小時(shí)以上。

由于航空裝備的特殊性，這些數(shù)據(jù)只能靠自己試驗(yàn)獲得，絕對無法照抄?？梢哉f，“航空發(fā)動機(jī)不單是設(shè)計(jì)出來的，更是反復(fù)試驗(yàn)出來的，一定程度上就相當(dāng)于直接‘燒錢’”。劉江說。

“比如，做整機(jī)試驗(yàn)時(shí)需要幾千小時(shí)，甚至上萬小時(shí)，真的‘燒’發(fā)動機(jī)。”劉江說，“按照規(guī)范，一些疲勞壽命等性能指標(biāo)，試驗(yàn)累積不到一定時(shí)數(shù)，就無法知道達(dá)不達(dá)標(biāo)。試驗(yàn)暴露出的問題，改進(jìn)后還要繼續(xù)試驗(yàn)?！?/p>

“有些就是破壞性試驗(yàn)，需要破壞零件或整機(jī)。如渦輪盤破裂試驗(yàn)，做完就報(bào)廢，而且一做就是幾十個盤，因?yàn)橐鄯e數(shù)據(jù)。再比如民用飛機(jī)發(fā)動機(jī)中的風(fēng)扇包容試驗(yàn)和鳥撞試驗(yàn)，試驗(yàn)需要損毀整臺發(fā)動機(jī)。”劉江說。

據(jù)外國媒體推測，這種大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)已經(jīng)進(jìn)入飛行試飛階段，將在未來5至7年內(nèi)投入使用。至此，我國成為繼美、英、法、俄之后第五個能夠獨(dú)立研制大涵道比高性能渦扇發(fā)動機(jī)的國家。

這些，意味著巨額的研發(fā)投入。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，過去50年，美國投入航空發(fā)動機(jī)預(yù)研經(jīng)費(fèi)就超過1000億美元。裝備美國第四代飛機(jī)F-22的F119發(fā)動機(jī)，從最初的部件研究到具備完全作戰(zhàn)能力，歷經(jīng)32年，其中僅驗(yàn)證機(jī)研制和原型機(jī)研制就投入31億美元。

“不過，研發(fā)過程雖然‘燒錢’，但是最終成果應(yīng)用的時(shí)間也會很長，一款定型的航空發(fā)動機(jī)甚至可以用三四十年?！倍虐l(fā)榮說。

推動中國空軍邁向戰(zhàn)略空軍

目前，中國發(fā)動機(jī)還存在著不少問題——

1、在航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展歷程中，缺少像錢學(xué)森院士那樣學(xué)貫中西的大師級人物?；仡櫋皟蓮椧恍恰钡难兄茪v程，大師級領(lǐng)軍人物所起的作用至關(guān)重要；

2、雖然我國航空工業(yè)長期受俄羅斯的影響，但是并沒有很好地領(lǐng)會他們的設(shè)計(jì)理念。他們在經(jīng)濟(jì)上并不富裕、研究人數(shù)相對較少的情況下，利用系統(tǒng)的觀念把復(fù)雜問題簡單化，將蘇聯(lián)各個生產(chǎn)或研發(fā)部門提供的性能并不算高的部件和材料，集成出主要性能突出、綜合技術(shù)水平較高的航空發(fā)動機(jī)；

3、我國歷來重學(xué)術(shù)而輕技術(shù)，加上我國當(dāng)前教育體制、模式的限制，使得航空發(fā)動機(jī)行業(yè)嚴(yán)重缺乏對機(jī)械產(chǎn)品悟性深刻的設(shè)計(jì)師和技術(shù)工人。航空發(fā)動機(jī)行業(yè)的一位廠長說：他發(fā)現(xiàn)一個兒童時(shí)代很少玩玩具的人很難成長為“心靈手巧”的技術(shù)工人。

外界估計(jì)，中國將在2到3年內(nèi)在批量制造高性能噴氣發(fā)動機(jī)方面取得突破，但對于制造可靠的頂級航空發(fā)動機(jī)，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(qiáng)勢崛起。

“當(dāng)前我國航空發(fā)動機(jī)面臨著前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，也迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。舉全國之力，我們一定能夠取得徹底根治飛機(jī)‘心臟病’的成功，一定能夠?yàn)檐娒裼煤娇昭b備提供健康強(qiáng)勁的‘中國心’。”劉大響院士說。龐為表示，隨著國家綜合實(shí)力的增強(qiáng)和企業(yè)自身的發(fā)展壯大，到2025年，中國的航空發(fā)動機(jī)裝備有較大把握取得突破，實(shí)現(xiàn)與世界航空動力強(qiáng)者同臺競技。

此前，運(yùn)-20運(yùn)輸機(jī)正式加入現(xiàn)役。這意味著中國軍工又填補(bǔ)了一項(xiàng)國產(chǎn)武器空白，為中國實(shí)現(xiàn)自主國防再下一城。但運(yùn)-20存在的最大短板就是發(fā)動機(jī)，一是發(fā)動機(jī)選購自俄羅斯，二是俄羅斯的D30-KP-2發(fā)動機(jī)與伊爾-76所用的一模一樣，單臺推力僅僅12.5噸，這就讓身板強(qiáng)健的運(yùn)-20少了一顆更為脈動強(qiáng)勁的心臟。就算是仿制成功的渦扇-18也就是D30-KP-2發(fā)動機(jī)的技術(shù)水平，改進(jìn)余地不大，僅僅停留在維持運(yùn)-20可用的技術(shù)狀態(tài)。而全力以赴自主研發(fā)的大涵道比的渦扇-20才是運(yùn)-20的“最愛”和最佳拍檔。

據(jù)稱，渦扇-20與現(xiàn)役俄制D-30KP發(fā)動機(jī)相比技術(shù)明顯提高，在同等條件下，將使大型軍用運(yùn)輸機(jī)航程增加10%以上，并具有一定的先進(jìn)性，可滿足我國大型軍用運(yùn)輸機(jī)對動力裝置的需求。只要這個唯一的短板盡快補(bǔ)齊，那么中國的運(yùn)-20整體技術(shù)性能還將有一個很大的提升，與美軍的C-17差距也將進(jìn)一步縮小。

大型軍用運(yùn)輸機(jī)是二十一世紀(jì)軍事強(qiáng)國的名片，也是衡量一國是否具備戰(zhàn)略空運(yùn)能力的重要標(biāo)志。因此，作為戰(zhàn)略空軍的基石，運(yùn)-20裝備中國空軍后，將使中國空軍具備強(qiáng)大的戰(zhàn)略投送能力。而解決了發(fā)動機(jī)問題，無疑會使運(yùn)-20更加強(qiáng)大。

（新華社2016.7.11、《瞭望東方周刊》萬宏蕾/文等）