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国产大发动机与世界的差距在哪里

摘要:近年,我国工业界也有所顿悟,开始投入重金独立研发,但之前的差距太大,要追赶世界先进水平可能还要数十年的艰苦努力。
涡扇发动机CFM56-7B 工作原理动画

        众所周知,航空制造业乃当今高科技的综合利用,是多学科交叉、技术密集的高科技领域,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。
 
世界三大航空发动机生产商分别是美国通用电气、英国罗尔斯·罗伊斯和美国普拉特·惠特尼。
 
通用电气,英文简写GE, 是世界上最大的综合性动力和设备制造商,像世界上单台引擎推力最强的民航发动机GE90、最优越的民用引擎CF6-80C/E、最强大的涡轮轴发动机CT7-8系列都是GE的杰作,使用广泛的波音737使用的CFM56发动机也是GE牵头研发的。

 
 

GE NX-2B商用大涵道比飞机发动机装配制造

罗尔斯·罗伊斯,也叫劳斯莱斯,英文简写RR ,是涡扇发动机领域里仅次于GE的品牌,英国主导的国际型企业。它的发动机市场占有率与GE相当,最有名的当属RB-211型发动机,其余包括像波音787使用的低噪音发动机“遄达”1000系列、空客A380使用的Trent900发动机,世界上噪音最小的客机产品A330/340系列使用的“遄达”500/700系列都是RR的杰作,号称世界最先进中型直升机的AW101使用的RTM332也是RR的产品;大有超越GE的优势。

 
 

 罗罗涡轮轴发动机构造动画

普拉特·惠特尼,简称普·惠,英文简写PW ,是世界知名的军用涡桨/涡扇发动机制造商、直升机用涡轮轴发动机及民航制造商,其生产的发动机以军用为主,例如F-15、F-16的标配动力之一F100就是PW的,同时F-22的标配动力F119也是pw的。金属加工杂志目前世界上最领先的6吨级中型直升机AW139使用的发动机和中国武直-10目前使用的PT6C-67C都是PW的产品,中国最先进的支线客机新舟600的引擎也是普惠的技术。

 
普惠PW1000G齿箱涡扇发动机图解
1
 
研究时间短,经费不足,累积欠缺
 
        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。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。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。
 
2
 
仿制起手
 
        我国军事工业以苏联技术援助起家,擅长逆向仿制,在过去解决了多个领域的"有无"问题,甚至有轻武器专家以"山寨之王"自居。对于很多一般装备,逆向仿制即便"不知其所以然",也至少做到"知其然"。
 
3
 
规格不统一
 
        即便是能制造出各种类型的发动机构件,但是在装配上仍然需要技术、工艺支撑,同一生产线上制造出来的不同批次发动机都存在差别,推比相差甚至可以达到0.2。随着推比达15以上的发动机开始研制,各种新材料被大量应用,发动机结构也越来越复杂,对加工工艺要求也更高。你要仿制别人的新型发动机,所要花的时间可能比自己从零开始研发还要多,而且仿制产品的性能还很可能不及原型机。
 
        这方面我国是有惨痛教训的,例如"太行"涡扇发动机,其核心机就源于CFM-56,太行发动机在05年完成设计定型,但8年过去了仍然问题不断,只用在双发的歼11战斗机上。单发的歼10战斗机对发动机可靠性要求高,直到歼10B量产,歼10系列战机都只能采用俄制AL-31FN发动机。
 
4
 
科研流程路线曲折
 
        从科研体制来看,我国以前航空发动机的研发是跟随型号的,即要研制一款飞机,才会去研发一款配套的发动机;飞机如果下马了,发动机也就随之下马了。但美英等发达国家,发动机与飞机研发基本是分开的,发动机核心机的研发提前很多。例如,美国F-22战机所用的F-119发动机属于第四代发动机,但美国的核心机技术已发展到第六代,用于接替F-119的第五代发动机核心机也已制造出来。
 

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美国GE公司研制的第五代发动机核心机,将用在下一代战斗机上。

        发动机研发是没有捷径的,必须一步一个脚印。没有大量试验作后盾,要研制出新的发动机是不可能的。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、制造工艺和测试手段上。近年,我国工业界也有所顿悟,开始投入重金独立研发,但之前的差距太大,要追赶世界先进水平可能还要数十年的艰苦努力。
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