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中国要成为航空强国,就靠这家公司了!

时间:2019-04-03 19:11:04 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

昨天,有一家新的央企——中国航空发动机集团公司正式成立了。

习近平作指示、李克强批示,国务院副总理马凯、国务委员王勇参加成立大会,规格之高实在罕见。

习近平指示:希望你们牢记使命、牢记责任,坚持国家利益至上,……加快实现航空发动机及燃气轮机自主研发和制造生产,为把我国建设成为航空强国而不懈奋斗。

李克强批示:航空发动机是国之重器,是装备制造业的尖端,尽快在这一领域实现突破,对于增强我国经济和国防实力、提升综合国力具有重大意义。

这家新成立不久,由国务院、北京市人民政府、中国航空工业集团公司、中国商用飞机有限责任公司共同出资,注册资本500亿人民币,拥有职工9.6万人的国有特大型企业,到底意味着什么?

意味着中国要在航空发动机领域发力了。

中国在航空发动机上,大致位于什么水平?

航空发动机,作为飞机的心脏,被誉为飞机制造业“皇冠上的明珠”。

但在中国,这颗明珠还没有发出光彩。

“中国航空工业经过60年的发展,取得了举世瞩目的巨大成就。然而,与世界航空强国相比,航空发动机领域仍是我们的‘软肋’。”国防973首席科学家、长江学者特聘教授、北京航空航天大学能源与动力工程学院院长丁水汀表示。


发动机推重比是非常重要的性能指标,指发动机推力与其结构重量的比值

在世界范围内,掌握一流水平涡扇发动机制造技术的仅有英国罗·罗(罗尔斯·罗伊斯)、美国普惠(普拉特·惠特尼)和通用(GE)3家公司,俄法两国都属于二流,这是一个真正的垄断行业。


英国凯特王妃在罗尔斯·罗伊斯公司的发动机前

自上世纪开始,美国便把航空发动机列为仅次于核武器的第二大军事敏感技术。航空发动机的重要性,从此可见一斑。

当中国希望建造自己的大型客机时,却发现没有一颗可用的“中国心”——“中国几乎所有民航飞机发动机都依赖进口,军用发动机则是仿研+引进为主,自主研制的型号少。”丁水汀说。

中国所有的民航飞机发动机都依赖进口。2015年11月2日总装下线的国产大飞机C919,采用的LEAP-1C发动机,由法国斯奈克玛公司与美国通用公司合资的CFM公司研制。2015年11月29日,中国交付的首架投入商业运营的国产中短航程新型涡扇支线飞机ARJ21,使用了GE航空集团生产的CF34-10A发动机。

军用发动机方面也并不乐观,虽然我们首个具有自主知识产权的WS-10“太行”发动机推力已经相当可观,但专业人员表示,WS-10在发动机寿命和稳定性方面比美俄的三代发动机要差一些。

中国WS-10“太行”发动机

即使是根据他较为乐观的估计“我们的发动机与美国的差距不到10年”,这也需要相当程度的努力追赶。

为什么?

《瞭望东方周刊》曾总结道:“没有制定国家层面、统一的长远发展规划,缺乏充足的资金投入和稳定的政策支持,这是导致中国航空发动机长期落后的重要原因之一。”

具体一些的原因就是,航空发动机是一种非常特殊的装备,很难通过逆向仿制的方法突破,在没有操作手册的情况下,要将涡扇发动机正确拆开都是很困难的。

所以,研制航空发动机并没有什么捷径可走,必须专门进行连续性的自主研发。而不能受具体机型波动的影响。

而在航空发动机“设计—制造—试验—修改设计—再制造—再试验”的反复摸索和迭代的过程中,开销自然极为惊人。

根据《环球时报》整理的资料,目前美军主力三代战机机F-15和F-16的发动机F100就烧钱不少。从其核心机开始研制到1986年发动机最终成熟,横跨28年,投入的总费用估测为336亿人民币,是1987年中国军费(210亿人民币)的1.5倍之多。彼时中国的WS-10“太行”发动机才刚刚立项,中国航空工业的不易可见一斑。

而美国目前最先进的发动机F135,研制费用已经突破了80亿美元。

美国航空发动机F135试车

2009年1月,国家专门成立中航商用航空发动机公司,成为中国大型客机发动机项目的总承制单位,并负责研制与C919飞机配套的长江1000A型发动机。

中航工业集团董事长林左鸣透露,中航工业当时自筹了100亿资金,推动发动机的研制。

林左鸣表示,资金投入不足是制约航空发动机取得突破性进展的主要因素之一。

2015年全国“两会”期间,政府工作报告首次将“航空发动机、燃气轮机”列入国家战略新兴产业中。报告提出,要实施航空发动机、燃气轮机等重大项目,加大国防科研和高新技术武器装备建设力度。

经过2015年年底和今年初的一系列动作,该领域相关的重组已经完成。

航空发动机的研发有多复杂?

“这是当今世界上最复杂的、多学科集成的工程机械系统之一,涉及气动热力学、燃烧学、传热学、结构力学、控制理论等众多领域,需要在高温、高压、高转速和高载荷的严酷条件下工作,并满足推力/功率大、重量轻、可靠性高、安全性好、寿命长、油耗低、噪声小、排污少等众多十分苛刻而又互相矛盾的要求。”此前中国航发的专家接受采访时表示。

以歼10采用的俄制AL-31FN涡扇发动机为例,其最大加力推力是13吨,1台AL-31FN可推动12吨的歼10以超过2倍音速飞行。但AL-31FN的风扇直径不到900毫米,涡轮直径不到300毫米;这么小尺寸的风扇、涡轮为了提供足够的推力,反过来要时刻承受着13吨的力。

俄制AL-31FN涡扇发动机

高温环境也是一个大问题,发动机燃烧室及涡轮处的温度能达到1600—1700℃,加力燃烧室内温度高达1800—1900℃,而目前高温合金材料耐受的最高温度仅为1100℃。这就必须在发动机中采用复杂的冷却系统,设置迷宫一样的冷却通道、成千上万个引入冷气的细微小孔。

另一个难题就是,要把许多复杂的部件塞到一个圆筒里。

一台用于超音速战机的涡扇发动机直径一般仅1米左右、长度4米左右。以AL-31为例,这么小的一个圆筒状物体,要塞进4级风扇、9级压气机、2级涡轮、可收敛-扩张喷管、燃烧室、加力燃烧室,还要在之间安排冷却空气通道,周围安装燃油控制系统等的。所以,设计、制造一台高性能的涡扇发动机,可谓“螺蛳壳里做道场”,难度极大。

据统计,全新研制一型跨代航空发动机,一般需要二十几年,比全新研制同一代飞机时间长一倍。

成立了新公司会怎样?

中国航空发动机集团的成立,原属中航工业的中航动力、成发科技、中航动控等公司划归新的中国航发集团,航空发动机的研发将摆脱中航工业的母体,实现“飞发分离”。

航发集团的成立,将研制周期长于一般机体的发动机独立于整机制造之外,可以不受制于整体飞机制造的限制,对于发动机制造公司而言具备更大的灵活性。

也就是说,先前发动机研发依附于飞机研发的体制被打破,航空发动机研发被提上了重要议程。

而集中力量,“全面整合涉及航空发动机研制的部门机构,打破机构窠臼”将有助于带动与航发有关的大量科研项目的同时进步。

中国发动机将“满足飞速发展的国内市场,同时集中力量向国际市场进军。”


国产大飞机C919

未来几年内我国无论军民领域内,航空发动机的需求都急剧膨胀,在军机领域我国逐步淘汰二代机,以三代机为主体,四代机也将批量服役。军机换代逐渐进入高峰。三四代先进战机,大型运输机等各类机型将陆续大批量交付,未来20年国内军用航空发动机需求近452.1亿美元。

在民机领域,我国民用航空逐渐发达,航空网络不断扩大,相应的机场等基础设施建设加速跟进,客运和货运流量持续高速增长,未来20年国内民用机需求约为6330架。民用航空发动机市场价值为2572亿美元。

此外,航空发动机产业链长,覆盖面广,涉及机械、材料、电子、信息等诸多行业,对基础工业和科学技术的发展有巨大带动作用和产业辐射效应。

“今后十年是中国航空发动机工业发展的重要时期。”中国工程院院士干勇在5月25日的“先进航空材料技术发展论坛”上这样表示。

来源:环球时报、科技日报、军工圈微信公众号、瞭望东方周刊等

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