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6月21日，由科技日?qǐng)?bào)社主辦的“是什么卡了我們的脖子? 亟待攻克的核心技術(shù)” 科學(xué)傳播沙龍上，國家“千人計(jì)劃”特聘專家、天驕航空創(chuàng)新研究院常務(wù)副院長王光秋做了主題演講。
我在歐洲羅爾斯·羅伊斯公司工作了20多年，在國內(nèi)商飛工作了五年，對(duì)航空領(lǐng)域了解比較多。今天演講的主要分三個(gè)方面：第一是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)；第二是技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)；第三是卡脖子。在最后這一部分，我將以歐盟和美國在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域?qū)χ袊隹诘南拗?，來說明哪些領(lǐng)域我們還比較欠缺。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)
航空領(lǐng)域的特點(diǎn)很簡單——安全性第一。高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高科技，最后一點(diǎn)也很重要，長周期、慢回報(bào)。簡單說，光有錢搞不出發(fā)動(dòng)機(jī)，還需要一定條件，需要時(shí)間。但是最重要的還是安全性。
例如，空客A380用的羅羅公司的遄達(dá)900發(fā)動(dòng)機(jī)。有一次我正在新加坡出差，在新加坡起飛的這個(gè)飛機(jī)就發(fā)生了事故，盤旋了近2個(gè)多小時(shí)后才著陸。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的失效，中壓渦輪葉片飛出，在機(jī)翼上打了一個(gè)洞，機(jī)翼上導(dǎo)線也打斷了，導(dǎo)致另一側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)無法控制。好在飛行員能力很強(qiáng)，安全著陸，沒有造成任何人傷亡，但是事故還是很嚴(yán)重的。
后來發(fā)現(xiàn)，事故的原因其實(shí)很簡單：發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造都沒有問題。問題出在一個(gè)軸承支座上幾公分大的噴油嘴上。這是一個(gè)機(jī)油的噴油嘴，由于在加工時(shí)車刀走得不均勻，飛行了8000小時(shí)出現(xiàn)了疲勞斷裂。最終導(dǎo)致漏油并在軸承腔發(fā)生燃燒，造成事故。
高科技意味著高風(fēng)險(xiǎn)。在羅羅公司發(fā)動(dòng)機(jī)研制投資回報(bào)圖中，能看到水平線下面的發(fā)動(dòng)機(jī)都是賠錢的，研發(fā)費(fèi)用有的花10億，有的花30億美元，這些研發(fā)費(fèi)用要賣發(fā)動(dòng)機(jī)才能掙回來，如果要走到上面才說明開始盈利，一般來說10-15年很正常。一個(gè)中等的發(fā)動(dòng)機(jī)，大概得賣2000臺(tái)才能收回研制成本，所以說在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域必須有耐心，有耐性。
一般的風(fēng)投恐怕不會(huì)投資這個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)?0-15年才能開始盈利，而且還是在一切順利的情況，有些機(jī)型則很難盈利。就拿波音787來說，正常情況下賣400-600架飛機(jī)能到達(dá)收支平衡。盡管787這個(gè)項(xiàng)目很成功，賣了1000多架飛機(jī)，但由于延誤多次，很可能需要1300—1400架才能達(dá)到收支平衡。而空客A380僅賣了240架，就很難盈利。發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)行業(yè)一旦進(jìn)入大量服役以后，維修和賣配件是利潤很高的產(chǎn)業(yè)。
技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)挑戰(zhàn)，在役的典型是737、320，中國也搞了919，新一代的787，A350，商飛在搞CR929，也是同類的和這些相競(jìng)爭(zhēng)的。在未來新產(chǎn)品的方案方面，波音也有一些介紹，如翼身融合飛機(jī)（BWB）。我們下一代有可能開始專注超音速發(fā)動(dòng)機(jī)，匹配超音速飛機(jī)。
發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，這個(gè)是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是兩軸、三軸的，和汽車類似。寶馬、奔馳汽車都是后軸驅(qū)動(dòng)，奧迪是前軸驅(qū)動(dòng)，各有特色。而羅羅生產(chǎn)的大型發(fā)動(dòng)機(jī)都是三個(gè)軸，GE和普惠是兩軸。這兩年航空發(fā)動(dòng)機(jī)有技術(shù)革命，普惠公司發(fā)明了一種齒輪發(fā)動(dòng)機(jī)，成功用于現(xiàn)在的A320NEO，還有俄羅斯的干線飛機(jī)，MC21，還有日本的支線飛機(jī)，把低壓去掉安了一個(gè)齒輪，這是革命性的?，F(xiàn)在最先進(jìn)的民用發(fā)動(dòng)機(jī)，787是典型的在役代表，GEnx和Trent1000，比這個(gè)更好的是GE9X，這個(gè)沒有服役，TrentXWB已經(jīng)服役了，這是民機(jī)領(lǐng)域絕對(duì)第一的。
舉一個(gè)例子，3D打印在航空里真正應(yīng)用的很少，GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴是3D打印的。結(jié)合中國的情況，3D打印技術(shù)，國內(nèi)高校和私營企業(yè)、國營企業(yè)，估計(jì)幾千家在搞，非常多。我認(rèn)為，只有真正把3D打印的成果用到飛機(jī)上、航天器上才算是成功的。
還有復(fù)合材料我國也搞得很多，私營企業(yè)碳纖維、樹脂的工廠得有四五十家。我們的產(chǎn)能在世界上數(shù)一數(shù)二，但是我們自己生產(chǎn)的復(fù)材在航空領(lǐng)域用了多少？數(shù)量和產(chǎn)能差距非常大。而GE9X和GEnx都已經(jīng)用復(fù)材的風(fēng)扇了。
再講一下齒輪傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)是了不起的突破，國內(nèi)我們也在學(xué)習(xí)，這可以說是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的革命性的一項(xiàng)技術(shù)，進(jìn)一步降低了耗油率，降低了噪音。當(dāng)然技術(shù)不是一蹴而就的，普惠公司從1980年開始，搞30年才成熟，解決散熱的問題。盡管A320用齒輪傳動(dòng)有點(diǎn)小問題，但是不能抹殺普惠公司做出的革命性貢獻(xiàn)。
下面來說說在軍用航空領(lǐng)域，我們面臨的挑戰(zhàn)。民用領(lǐng)域我們看得很清楚，軍用領(lǐng)域歐盟咄咄逼人，這方面的資料非常少。但是我們可以回顧一下背景，SR-71動(dòng)力系統(tǒng)是普惠公司1958年生產(chǎn)的，1958年到現(xiàn)在60多年了，這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)用在SR-71黑鳥偵察機(jī)上。飛行高度達(dá)到30000米，最大速度可以達(dá)到3.5倍音速。它飛到2萬米高空時(shí)，我們根本追不上，導(dǎo)彈也夠不著，1958年就出來了。
這種飛機(jī)采用的是渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)，它是渦輪(渦噴、渦扇)和沖壓兩種發(fā)動(dòng)機(jī)組合工作的推進(jìn)裝置，兩種發(fā)動(dòng)機(jī)共用進(jìn)氣道和尾噴管。2倍半以上音速時(shí)有一個(gè)閥門打開，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)就變成沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，速度達(dá)到音速3倍。現(xiàn)在國內(nèi)外都在搞的渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)，1958年美國已經(jīng)做了，并且已經(jīng)普遍應(yīng)用了。
在這個(gè)基礎(chǔ)上，美國有兩種主力戰(zhàn)斗機(jī)——F22和F35，F(xiàn)22是重型的戰(zhàn)斗機(jī)，當(dāng)時(shí)有兩種備選發(fā)動(dòng)機(jī)，一是F119，二是F120，F(xiàn)119是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，普惠公司的，F(xiàn)120是GE公司的。我們航空發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)是讓飛機(jī)飛得遠(yuǎn)，飛得快，也就是航程長，速度要快，這個(gè)思想和剛才一樣。低速是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，高速是渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，兩者合一。這樣在沒有任務(wù)的時(shí)候，巡航就用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，飛的距離長。如果有任務(wù)，需要超音速飛行，就用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。
美國覺得F120的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)過高，最終選了F119。但是美國國防部很聰明，繼續(xù)資助GE公司在這個(gè)領(lǐng)域研究，所以又開發(fā)了下一個(gè)更先進(jìn)的ADVENT技術(shù)，它能讓飛機(jī)油耗和機(jī)動(dòng)性根據(jù)不同的任務(wù)要求得到充分的發(fā)揮。
與此相關(guān)的資料非常少。我們認(rèn)為，這個(gè)資料還是五六年前的，現(xiàn)在美國已經(jīng)非常成熟了，美國有一些計(jì)劃，F(xiàn)35和F22換發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)要新一代的自適用循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，這是戰(zhàn)斗力領(lǐng)域的又一次革命。
過去美國洛馬公司搞了SR-71，現(xiàn)在搞了SR-72，雙模態(tài)超燃沖壓，高速下還能點(diǎn)火，就是在超音速以內(nèi)用的，甚至馬赫數(shù)1.5倍，用高速渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。1.5-3倍用亞燃發(fā)動(dòng)機(jī)，3-6倍用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，馬赫數(shù)6以內(nèi)的所有性能都能具備。這種察打一體的戰(zhàn)斗力，美國第一期要無人，以后要有人，這個(gè)非?？膳拢梢燥w幾千公里，速度是3-6的音速倍數(shù)，我們一般導(dǎo)彈可能都追不上。當(dāng)然這方面資料也非常少。 www.aero.cn 航空翻譯 www.aviation.cn 本文鏈接地址：“千人計(jì)劃”專家：中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)哪些技術(shù)被“卡脖”
