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发表于 2013-8-18 14:36:47
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今日话题：中国造大飞机攻克“心脏病”有多难
导语：昨日，在珠海航展上，中航工业展出了国产大涵道比涡扇发动机的金属同比例模型。这款发动机将用于中国造的大飞机C919，它也有个非常中国的名字——“长江1000A”。
飞机发动机被称为“工业皇冠上的明珠”，要研发生产一台合格的发动机，比研制飞机本身所耗费的时间还多。而有报道称，国产大飞机发动机的研发已经取得关键性进展。国产大飞机要治好“心脏病”到底有多难呢？
一、要造一台大飞机发动机困难重重
1、有核弹、有飞船，也不一定能掌握发动机制造技术
路透社的评论说，中国既设计了核导弹，又将航天员送上了太空，但仍有一项重要技术没有掌握。尽管进行了几十年的研发工作，中国迄今仍然未能建造出一台可靠的、高性能的飞机发动机。可见要制造一台飞机发动机实在是难度高。
要造飞机发动机，就得解决一串又一串的难题。简单而言，喷气式飞机发动机就像是一个两端都开口的圆筒，从前端吸入的空气经过压气机、燃烧室等一系列的内部结构，而后变为高温、高速的燃气从后端喷射出去，就产生了向前的反推力。所以，飞机发动机的特点是高温、高压、高转速、高负荷。
这四高，简直是个大难题。一般喷气发动机内部某些部位的温度在1600℃左右，而发动机风扇后的压气机进口空气和出口空气的压强都要比大气压强要高得多。
大飞机用的大涵道比发动机和战斗机的小涵道比发动机又有不同，所谓涵道比就是发动机外涵道与内涵道之比，抛开种种晦涩的技术细节不表，普通人能够直观明白的是，大涵道比发动机比小涵道比发动机的油耗小、推进效率好、经济性能高，不过一些制造要求也更高，更要求稳定性，比如前者的风扇叶片起码有一米多，而后者则只需0.3—0.4米左右。
拿一款非常高端的发动机来说，罗尔斯·罗伊斯公司为A380生产的发动机内部的最高温度达到了太阳表面的一半，发动机内部的压力达到了50个大气压，涡轮叶片的转速达到2000公里/小时，而它的叶片有3米多长。
除了四高难题而外，民用客机的发动机还必须考虑经济性能和舒适度，也就是说，油耗要低，噪音也要低。
这四高两低简直是制造民用大飞机发动机的紧箍咒。
所以，当年日本通产省（日本经济产业省的前身）发布的资料就认为，如果船舶单位重量的价格为1，则轿车为9，彩电为50，电脑为300，喷气式飞机为800，喷气式发动机为1400。而现在全球的大飞机发动机市场，基本被来自英美的三家公司瓜分，许多国家都造不出来像样的大飞机发动机。
、技术、材料、生产都是难题，而我国光是军用发动机就落后欧美俄二三十年
技术难：要解决难题首先得在技术上下功夫，比如要保持燃油火焰在以每秒100多米高速流动的高压气流中稳定燃烧，就要通过燃烧室结构设计，采取冷却手段，降低燃烧室筒壁的温度。
材料难：目前国外发达国家的发动机主轴承的寿命都在1万小时以上，而我国的基本在900小时以内，差距还很大。而现代高性能航空发动机都采取一些高强度、耐高温材料，包括钛、镍、铝、复合材料以及镍基和钴基超耐热合金。有分析认为，中国现在超耐热合金还不能完全自给，据估计中国每年超耐热合金的生产量约为10000吨，而需求量则为20000吨。更有专家指出，制造发动机风扇的复合材料目前国内做不出来。
工业化难：在实验室制造一片叶片是一回事，而批量生产数以千计的标准化且性能可靠的叶片则完全是另一回事。一台喷气发动机往往需要400～500片各类叶片，稳定的量产质量是发动机制造业的必需。拿一款军用的发动机举例，2010年11月有媒体报道，一款名为涡扇10“太行”的发动机已投入批生产，将用于装备歼11B。尽管如此，仍然有证据表明中航工业在扩大涡扇10量产过程中质量稳定性控制存在问题，造成发动机可靠性不足，中国战机仍然严重依赖俄罗斯进口发动机。
中航商用飞机发动机公司2009年在上海成立前，中国的飞机发动机研发、生产几乎都是军用的。而就军用发动机来看，中国的发动机比起欧美俄来也比较落后。2006年，名为“太行”的军用发动机定型，人们兴奋不已，但一个不得不承认的现实是，“太行”的技术水平仅相当于俄罗斯20年前投产的航空发动机AL-31F。而环球网军事频道的分析也认为，即使中国目前最为先进的发动机，也至少和美国有30年的差距。
其实就算是军工非常强的俄罗斯，在研发自己的新款大飞机时也不得不借助外力，俄罗斯MS-21型客机计划在2017年投入市场，将使用美国的普惠公司的PW1400 G发动机。
而中国的飞机发动机“民用化”才开始不久，可想难度之大。
二、 所以在自主力量不够的情况下，目前还是以引进合作消化为主
1、目前能确定的国产大飞机使用的发动机还是国外公司生产的
C919是150座级的民用大客机，从全球飞机发动机的供给来看，150座级水平的市场，被CFM56系列发动机和V2500系列发动机所主导和分享。前者是由目前全球最大的商用飞机发动机制造商CFM国际公司所生产 （这是美国通用电气与法国斯奈克玛公司各持股50%组成的合资公司）。后者是由美国普惠公司、英国罗尔斯·罗伊斯公司为主，德、意、日企业参与合作组建的IAE公司生产。两者在市场份额上不分伯仲。
而C919采取的就是CFM公司的产品。适用于C919的LEAP发动机是在CFM56发动机的基础上改进的，而从启动到正式交付一共要用8年。
2、目前信息看，国产的发动机也引进了德国公司合作，真正投入使用时间尚不能断言
中国造大飞机发动机的初步设计早已有了眉目，不过初步设计和真正的完成技术攻坚是两码事。而发动机的研发技术难度大、风险高、投入多，周期也很长。所以，除了中航商用发动机公司一开始就在打算合作。
而就在去年9月，中航商用发动机公司与德国唯一的航空发动机生产商MTU公司签署了合作协议，根据协议的关键条款，中德两方都将基于各自优势，共同研发装机目标是C919的商用大涵道比涡扇发动机。MTU还是很有实力的，在前文提到的几大公司合作的IAE公司中，MTU占了12%的股份。可见，通过合作，中航商发很可能能够掌握核心的技术，从而吸收、消化。
3、和发动机一样，其它许多大飞机技术也需要引进、合作
事实上，和发动机一样，C919飞机的其它许多关键系统都有外国公司的身影。而这又有两个不同——首先和空客、波音等大公司不同，虽然它们的飞机在经济全球化的背景下也是到处组装的，但是它们始终有很强的自主研发能力，真正掌握的高科技含量的技术不胜枚举；其次和一些媒体所说的C-919完全是外购大件进行组装的飞机不同，基本上除了发动机而外，其它系统都是由外国公司与中国公司合作提供。与中国公司合作，也是外国公司要想得到中国市场这块大蛋糕的准入门槛。也就是说，在合作经营之中，中国本地公司能获得许多经验和技术。这和高铁的发展道路有一些相似。
不过，在研发军用发动机时，就有过一些经验教训。问题在于，专利引进或测绘仿制的发动机型号过多，延续时间过长；在仿制过程中，又没有安排足够的经费和精力认真抓好消化吸收，虽然搞了一轮又一轮的引进和仿制，但许多关键技术并没有吃透，往往是“知其然而不知其所以然”，因而对促进自主研发的作用较为有限。可见，要想掌握到关键核心技术，并自如运用、生产，还是一条非常艰难的道路。
三、要想摘下皇冠上的明珠，还需要许多弥补
1、弥补对象一：人才的严重短缺
航空发动机是个很典型的传统工科专业。我国这一领域院士至今仅有五人，且年龄偏大，年纪最小的也超过了70岁。这一现象不仅存在于航空发动机专业，各个传统工科专业都面临院士级、大师级尖子人才奇缺和后继乏人的局面。有业内人士认为，由于钢铁、机械等传统工科专业早已丧失了对理科生的吸引力，中国顶尖工程技术人才严重短缺的局面短期内无法缓解。
而缺乏的不仅是科研人才，制造人才也是一样，对机械产品悟性深刻的技术工人一样稀缺。
所以，有媒体指出，表面上是技术和材料的落后，实际上，中国大飞机的“心脏病”在于人才培养的落后。
转播到腾讯微博今日话题：中国造大飞机攻克“心脏病”有多难
C919展现出中国科研、工业基础许多方面
2、弥补对象二：研发、生产体制长期缺乏活力
与竞争上世纪70年代末80年代初，针对当时美国空军航空发动机领域普惠一家独大的情况，美国政府决定促进通用电气和普惠之间的合理竞争，此举使得美国战斗机在设计过程中可以拥有两家竞争企业提供的诸多动力选择方案，成果显著。中国目前的情况与美国不同，发动机领域宏观的竞争不足，而在微观问题的竞争又过多，这会造成局部利益交换和利益保护，进而造成重复工作，资源使用不当，延长研制和生产周期。比如，中国航空工业集团公司雇用了40多万名员工，旗下拥有200多家子公司，其中包括20多家上市公司。而就算铁老大，在建设高铁时，也是南车、北车等几个公司都在竞争，自己造自己的动车，每个厂吸收一个成熟技术，最后型号不同、性能也各有偏重。在路透社的报道中，引用了中国航空部门官员的话，也以相互脱节来形容目前的发动机研究计划。
结语：飞机发动机是真正的高精尖难题，从中可以窥见一国真实的科研实力与工业基础。 |
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