我国研制的涡扇10到2005年可装备推重比7.5

http://jczs.sina.com.cn/2003-09-30/153158.html

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涡扇10后年装备 我国航空发动机发展之路(组图)

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http://jczs.sina.com.cn 2003年9月30日 13:44 千龙新闻网




发动机——战斗机的心脏 图为F/A-22的F119发动机试车

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　　摘要：本文从航空发动机的研制规律和航空发达国家发动机的研制道路出发，探讨了我国航空发动机的发展道路选择问题。文章认为集中力量，突破重点型号，在此基础上大力开展预先研究，走以核心机衍生的发展道路，创造条件开展国际合作是我国航空发动机发展的适宜道路。

　　航空发动机是飞机的心脏，是飞机性能的决定因素之一。20世纪40年代初，英国和德
国先后发明了燃气涡轮发动机，在短短的半个世纪中，航空动力技术进步巨大，对航空工业的迅猛发展起到了关键性的作用，特别是对军用飞机，其每一个大的飞跃都与动力的更新换代密切相关。动力的好坏直接影响战斗机的作战使用性能与飞行安全，发动机的发展制约着军用飞机的使用与发展。在未来的高科技战争中，装配先进动力的航空武器是争夺制空权，决定战争胜负的决定因素之一。因此，先进的航空动力是一个国家军事实力的重要标志之一。




高性能发动机是战斗机性能的保证
　　航空发动机是一种集气动热力、燃烧、传热、结构强度、控制与测试、工艺和材料等多学科于一身，温度、压力、应力、间隙和腐蚀等工作条件非常苛刻而且对重量、可靠性、寿命等要求又极高的复杂系统。它的研究与发展工作就是在内部物理化学过程尚无法精确计算的条件下探索材料和零部件工作的极限，因而，它是一个设计、制造、试验和再设计的反复迭代过程。正因为航空发动机是这样一种特殊的高科技产品，航空动力技术已成为一个国家科技水平的重要标志之一。

　　现代高性能的航空发动机的研制是一项耗资巨大的系统工程。在20世纪90年代，国外研制一台100KN级推力的加力涡轮风扇发动机要投资15～20亿美元，研制工程周期约9～15年，研制过程蕴藏着巨大的技术和经济风险。产品一旦研制成功投入使用，其改进改型工作所需的投入和寿命周期的运行费用也很大。另外，美国1988年起实施的"综合高性能发动机技术计划(IHPTET)"投入了50亿美元的巨资。因此，先进的动力技术也是一个国家综合实力的象征。

　　正是由于航空发动机重要的战略地位，各航空发达国家都将其列为重点发展的高科技产品，也正是由于它的这些特点，目前能独立研制高性能推进系统的国家只有美、俄、英、法四国。我国航空动力技术的落后状况一直是制约我国航空武器平台发展的"瓶颈"之一，这个问题的解决在很大程度上取决于技术方针的制定和发展道路的选择，如果说技术水平是成功的保证，那么，选择适合的发展道路则是研究与发展成功的前提。

　　二、航空发动机发展的一般规律

　　从国外航空发动机的发展历程来看，现代高性能航空发动机的发展是一个设计、制造、试验、失败、修改、再制造、再试验，直到一台满意的发动机出现的探索和反复的过程。这是由航空发动机技术上的复杂性和发展过程中组织管理的特点所决定的。这一过程有如下特点。

　　　1.预研先行

　　这一特点是由现代科学技术的发展特点所决定的。加强预先研究，不仅是减小型号研制风险的需要，更是实现跨越式发展的必由之路。预研先行是发动机的发展阶段所决定的。发动机的发展周期比飞机的发展周期要长3～5年，这就决定了只有进行预先研究才能为发动机的发展提供成熟的技术，使发动机的研制周期赶上飞机的研制周期。国内外半个多世纪以来的经验也证明了这一结论。因此，必须加大预先研究，预先研究的工作要尽可能在型号设计之前完成。

　　2.航空发动机技术发展的继承性与优选性

　　在航空发动机的发展中，最大的技术与经济的不确定性来自于不成熟技术的采用，国外经验指出：研制新型号的新技术一般在15%～20%之间，要在继承80%左右成熟技术的基础上发展新型号，否则会冒较大的风险。英国罗-罗公司的小步哲学与法国的渐改发展法的成功经验都说明，发展新型号要充分注意技术的继承性，在一个新型号内不宜过多采用未经验证的新技术。

　　3.技术引进与自行研制

　　当今在航空发动机行业取得成功的国家大多是以技术引进起步的，问题的关键是如何处理好技术引进与自行研制的关系。法国是技术引进与自行研制结合得很成功的国家，把引进的技术消化吸收，进行综合创新后研制出更先进的东西来。二战后，法国引进英国的喷气发动机尼恩和德国的轴流式发动机BMW003进行仿制，同时大力开展自行研制，只用了19年的时间就形成了"引进-仿制-改进改型-自行设计"的发展模式，"阿塔"系列发动机的发展就是成功的例子。应该说这是一种比较理想的发动机发展途径。

　　4.科学的管理与决策方法

　　由于航空发动机在技术与发展道路方面的复杂性，随着性能与技术水平的不断提高，发展周期将越来越长，投资也日益增加，因而技术与经济的风险也将越来越大，这就使发展管理问题越来越居于突出的位置。发动机发展的成败在很大程度上取决于管理水平的高低。20世纪70年代，美国的F401发动机只发展了一半就停止了，F100、TF30、TF34则在投产后发生了严重的作战适用性、可靠性、耐久性与作战维护性问题，美国防部1976年2月发表的《关于飞机燃气涡轮发动机的发展、采购、和后勤支援的国防部采购管理评述》认为，问题的症结在于管理不力，并于20世纪70年代后期在F404、F110和先进发动机计划中进行了补救，同时逐步对发动机的发展管理进行了改革，使美国的航空发动机行业进入了一个全面领先的发展时期。




F110发动机——F-15、F-16战斗机的选择
　　　三、航空发达国家的发动机发展道路

　　航空发动机的发展道路与发动机的自身特征，研制国的政治、经济、军事政策和资源条件以及国际环境有密切联系。发动机发展道路归纳起来有五种：

　　(1)全新研制的发展道路。

　　(2)系列发展的研制道路。

　　(3)以核心机为基础衍生的发展道路。

　　(4)引进发展的研制道路。

　　(5)国际合作发展的研制道路。

　　尽管各国的技术发展程度和综合国力不同，所选择的发动机研制道路也不同，但是他们最终的目的是一样的，都是为了使自己能够具备自行研制高性能航空发动机的能力，提升本国的国防实力与市场竞争能力。这些国家的共同经验是，必须根据本国的国情与国际环境来选择合适的发展道路。

　　四、我国航空发动机发展水平的差距与发展道路的选择

　　1.我国发动机发展水平与航空发达国家的差距

　　关于我国现代航空发动机的性能水平，1989年原航空工业部高推预研办公室与北京航空航天大学管理学院曾进行过定量分析，在修正了美国兰德公司Birkler的TOA模型并发展了中国航空发动机的TOA模型后，用它对我国已获得的和将发展的航空发动机性能水平进行了分析和预测，分析认为，当时我国可获得的航空发动机性能水平与美国的差距约为20年，到2000年这个差距约为25年。在过去的30几年中，我国可获得的航空发动机性能水平提高的平均速度仅为美国的55%，若不采取恰当措施，差距会越来越大。有文献对我国现役航空发动机的主要参数与航空发达国空家进行了对比，认为到2005年我们比发达国家落后20年左右。因此可以认为，我国航空动力的总体技术水平比发达国家落后25～30年。

　　分析我国航空动力水平落后的原因，最主要的是我们没能按照发动机的发展规律来选择一条与我国国情相匹配的发展道路。我国走的是"使用维护-仿制-改进改型-型号研制-预先研究"的发展道路，这是对发动机发展过程的复杂性认识不足的结果。长期的引进与仿制，意味着我们永远不可能赶上发达国家的水平。




F-15战斗机加力起飞
　　2.我国航空发动机发展道路的选择

　　虽然我国的航空发动机走的是一条引进仿制的路，其过程历经了不少失误与反复，但仍走完了引进-仿制-改进改型的全过程，积累了丰富的改进改型与生产经验。而且，20世纪80年代以来进行的高性能推进系统的预先研究工作，在核心机方面取得了重大进展，使我们有了一定的技术储备，已经具备了走适合我们自己的发动机发展道路的条件。总结我们过去走过的路，借鉴国外的成功经验，我们认为，目前应当集中物力财力，突破重点型号，以满足国内急需，在此基础上加大预先研究力度，走以核心机衍生的发展道路，在条件合适的情况下开展国际合作。

　　(1)集中力量，突破重点型号。国防动力的需要使我们不可能坐等研制出我们自己具有领先水平的航空发动机，因此，把改进改型的路继续走下去以满足军机发展的动力需求是当务之急。20世纪80年代中期，我国在国外某核心机的基础上研制的涡扇10发动机预计到2005年可装备部队，推重比7.5，相当于国外第三代发动机的技术水平，这将使我国与航空发达国家在航空发动机性能水平上的差距缩短到20年左右，为下一阶段的自行研制奠定基础。

　　(2)加强预先研究，走以核心机为基础的衍生发展道路。总结我国新机研制的经验，代表一个新机水平的关键技术往往成为型号发展的障碍，其根本的原因在于技术储备不够。因此，下大力气搞好预先研究工作，集中有限的资源多开展几个类似"航空推进技术验证计划(APTD)"的预先研究，突破推重比为10一级的发动机的技术关键，进行技术储备，不仅是我国发动机发展的现实需要，而且是发动机发展规律的客观要求。

　　核心机主要是指基准发动机上的高压系统，它包括高压压气机、主燃烧室和高压涡轮三大部件。在一个成熟的高压系统基础上加上不同的低压系统，就可衍生出各种形式的发动机，因此，核心机可以理解为同一级别发动机的发展平台。研制核心机主要有以下优点：a.缩短发动机的研制周期，降低成本，提高可靠性。b.可增加发动机的通用零件数，改善互换性。c.使发动机的研制周期赶上飞机的研制周期，且大幅度降低新机的发展经费。据国外经验，在一台成熟的核心机上发展新机只要3～5年，经费也只有全新发动机的40%左右。

　　另外，核心机的发展可促进新技术的发展，先进的核心机指标可以推动设计研究、试验、测试工作向前发展，带动新材料、新工艺的革命，但核心机的发展必须以大量的预先研究和技术储备为基础。

　　我国近50年来测绘仿制经验和近20年来的预先研究积累已经具备了发展推重比为10一级的核心机的条件，因此，改革现有的发动机发展的组织管理体制，加大投入，坚定不移地根据国情发展相应水平的核心机，不断衍生出各类航空发动机，逐步向国际先进水平靠拢应是我国下一阶段发动机发展的主要道路。




试车中的F100发动机
　　　(3)以我为主走国际合作的道路。从前述美、英、法的发动机发展道路中可以看出，进入20世纪80年代以来，进行国际合作是当今发动机发展的主要途径之一。通过国际合作来分担经费和风险，加快进度，开拓市场，这是发动机所具有的知识密集、技术密集和资金密集的特点所决定的。不同的国家进行国际合作的目的是不同的，发达国家进行国际合作的目的是为了减小投资风险、扩大市场占有率与盈利水平；对于技术比较落后的国家来说，合作的目的则是想学到新的技术与先进的管理经验，以尽早使自己走上独立研制之路。国际合作的主要模式有：a.合作生产。b.合作研制和经营。c.合作研究与发展。目前，我国所进行的国际合作主要是合作生产，这与我国的航空发动机发展水平是相称的。国际合作实际上是另一种竞争的形式，它以实力为基础来进行分工与互利，其目的是为了更大的市场利益和国防竞争的最后胜利。由于社会制度的关系，其它形式的合作对我们来说目前还较难实现，所以，我们应以我为主努力提高我国发动机的研究与发展能力，赶上国际先进水平，到那时，国际合作的大门就会自动向我们打开。(作者：北京航空航天大学吴昊韩新伟陈良猷)



  
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　　航空发动机是飞机的心脏，是飞机性能的决定因素之一。20世纪40年代初，英国和德
国先后发明了燃气涡轮发动机，在短短的半个世纪中，航空动力技术进步巨大，对航空工业的迅猛发展起到了关键性的作用，特别是对军用飞机，其每一个大的飞跃都与动力的更新换代密切相关。动力的好坏直接影响战斗机的作战使用性能与飞行安全，发动机的发展制约着军用飞机的使用与发展。在未来的高科技战争中，装配先进动力的航空武器是争夺制空权，决定战争胜负的决定因素之一。因此，先进的航空动力是一个国家军事实力的重要标志之一。




高性能发动机是战斗机性能的保证
　　航空发动机是一种集气动热力、燃烧、传热、结构强度、控制与测试、工艺和材料等多学科于一身，温度、压力、应力、间隙和腐蚀等工作条件非常苛刻而且对重量、可靠性、寿命等要求又极高的复杂系统。它的研究与发展工作就是在内部物理化学过程尚无法精确计算的条件下探索材料和零部件工作的极限，因而，它是一个设计、制造、试验和再设计的反复迭代过程。正因为航空发动机是这样一种特殊的高科技产品，航空动力技术已成为一个国家科技水平的重要标志之一。

　　现代高性能的航空发动机的研制是一项耗资巨大的系统工程。在20世纪90年代，国外研制一台100KN级推力的加力涡轮风扇发动机要投资15～20亿美元，研制工程周期约9～15年，研制过程蕴藏着巨大的技术和经济风险。产品一旦研制成功投入使用，其改进改型工作所需的投入和寿命周期的运行费用也很大。另外，美国1988年起实施的"综合高性能发动机技术计划(IHPTET)"投入了50亿美元的巨资。因此，先进的动力技术也是一个国家综合实力的象征。

　　正是由于航空发动机重要的战略地位，各航空发达国家都将其列为重点发展的高科技产品，也正是由于它的这些特点，目前能独立研制高性能推进系统的国家只有美、俄、英、法四国。我国航空动力技术的落后状况一直是制约我国航空武器平台发展的"瓶颈"之一，这个问题的解决在很大程度上取决于技术方针的制定和发展道路的选择，如果说技术水平是成功的保证，那么，选择适合的发展道路则是研究与发展成功的前提。

　　二、航空发动机发展的一般规律

　　从国外航空发动机的发展历程来看，现代高性能航空发动机的发展是一个设计、制造、试验、失败、修改、再制造、再试验，直到一台满意的发动机出现的探索和反复的过程。这是由航空发动机技术上的复杂性和发展过程中组织管理的特点所决定的。这一过程有如下特点。

　　　1.预研先行

　　这一特点是由现代科学技术的发展特点所决定的。加强预先研究，不仅是减小型号研制风险的需要，更是实现跨越式发展的必由之路。预研先行是发动机的发展阶段所决定的。发动机的发展周期比飞机的发展周期要长3～5年，这就决定了只有进行预先研究才能为发动机的发展提供成熟的技术，使发动机的研制周期赶上飞机的研制周期。国内外半个多世纪以来的经验也证明了这一结论。因此，必须加大预先研究，预先研究的工作要尽可能在型号设计之前完成。

　　2.航空发动机技术发展的继承性与优选性

　　在航空发动机的发展中，最大的技术与经济的不确定性来自于不成熟技术的采用，国外经验指出：研制新型号的新技术一般在15%～20%之间，要在继承80%左右成熟技术的基础上发展新型号，否则会冒较大的风险。英国罗-罗公司的小步哲学与法国的渐改发展法的成功经验都说明，发展新型号要充分注意技术的继承性，在一个新型号内不宜过多采用未经验证的新技术。

　　3.技术引进与自行研制

　　当今在航空发动机行业取得成功的国家大多是以技术引进起步的，问题的关键是如何处理好技术引进与自行研制的关系。法国是技术引进与自行研制结合得很成功的国家，把引进的技术消化吸收，进行综合创新后研制出更先进的东西来。二战后，法国引进英国的喷气发动机尼恩和德国的轴流式发动机BMW003进行仿制，同时大力开展自行研制，只用了19年的时间就形成了"引进-仿制-改进改型-自行设计"的发展模式，"阿塔"系列发动机的发展就是成功的例子。应该说这是一种比较理想的发动机发展途径。

　　4.科学的管理与决策方法

　　由于航空发动机在技术与发展道路方面的复杂性，随着性能与技术水平的不断提高，发展周期将越来越长，投资也日益增加，因而技术与经济的风险也将越来越大，这就使发展管理问题越来越居于突出的位置。发动机发展的成败在很大程度上取决于管理水平的高低。20世纪70年代，美国的F401发动机只发展了一半就停止了，F100、TF30、TF34则在投产后发生了严重的作战适用性、可靠性、耐久性与作战维护性问题，美国防部1976年2月发表的《关于飞机燃气涡轮发动机的发展、采购、和后勤支援的国防部采购管理评述》认为，问题的症结在于管理不力，并于20世纪70年代后期在F404、F110和先进发动机计划中进行了补救，同时逐步对发动机的发展管理进行了改革，使美国的航空发动机行业进入了一个全面领先的发展时期。




F110发动机——F-15、F-16战斗机的选择
　　　三、航空发达国家的发动机发展道路

　　航空发动机的发展道路与发动机的自身特征，研制国的政治、经济、军事政策和资源条件以及国际环境有密切联系。发动机发展道路归纳起来有五种：

　　(1)全新研制的发展道路。

　　(2)系列发展的研制道路。

　　(3)以核心机为基础衍生的发展道路。

　　(4)引进发展的研制道路。

　　(5)国际合作发展的研制道路。

　　尽管各国的技术发展程度和综合国力不同，所选择的发动机研制道路也不同，但是他们最终的目的是一样的，都是为了使自己能够具备自行研制高性能航空发动机的能力，提升本国的国防实力与市场竞争能力。这些国家的共同经验是，必须根据本国的国情与国际环境来选择合适的发展道路。

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　　1.我国发动机发展水平与航空发达国家的差距

　　关于我国现代航空发动机的性能水平，1989年原航空工业部高推预研办公室与北京航空航天大学管理学院曾进行过定量分析，在修正了美国兰德公司Birkler的TOA模型并发展了中国航空发动机的TOA模型后，用它对我国已获得的和将发展的航空发动机性能水平进行了分析和预测，分析认为，当时我国可获得的航空发动机性能水平与美国的差距约为20年，到2000年这个差距约为25年。在过去的30几年中，我国可获得的航空发动机性能水平提高的平均速度仅为美国的55%，若不采取恰当措施，差距会越来越大。有文献对我国现役航空发动机的主要参数与航空发达国空家进行了对比，认为到2005年我们比发达国家落后20年左右。因此可以认为，我国航空动力的总体技术水平比发达国家落后25～30年。

　　分析我国航空动力水平落后的原因，最主要的是我们没能按照发动机的发展规律来选择一条与我国国情相匹配的发展道路。我国走的是"使用维护-仿制-改进改型-型号研制-预先研究"的发展道路，这是对发动机发展过程的复杂性认识不足的结果。长期的引进与仿制，意味着我们永远不可能赶上发达国家的水平。




F-15战斗机加力起飞
　　2.我国航空发动机发展道路的选择

　　虽然我国的航空发动机走的是一条引进仿制的路，其过程历经了不少失误与反复，但仍走完了引进-仿制-改进改型的全过程，积累了丰富的改进改型与生产经验。而且，20世纪80年代以来进行的高性能推进系统的预先研究工作，在核心机方面取得了重大进展，使我们有了一定的技术储备，已经具备了走适合我们自己的发动机发展道路的条件。总结我们过去走过的路，借鉴国外的成功经验，我们认为，目前应当集中物力财力，突破重点型号，以满足国内急需，在此基础上加大预先研究力度，走以核心机衍生的发展道路，在条件合适的情况下开展国际合作。

　　(1)集中力量，突破重点型号。国防动力的需要使我们不可能坐等研制出我们自己具有领先水平的航空发动机，因此，把改进改型的路继续走下去以满足军机发展的动力需求是当务之急。20世纪80年代中期，我国在国外某核心机的基础上研制的涡扇10发动机预计到2005年可装备部队，推重比7.5，相当于国外第三代发动机的技术水平，这将使我国与航空发达国家在航空发动机性能水平上的差距缩短到20年左右，为下一阶段的自行研制奠定基础。

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　　我国近50年来测绘仿制经验和近20年来的预先研究积累已经具备了发展推重比为10一级的核心机的条件，因此，改革现有的发动机发展的组织管理体制，加大投入，坚定不移地根据国情发展相应水平的核心机，不断衍生出各类航空发动机，逐步向国际先进水平靠拢应是我国下一阶段发动机发展的主要道路。




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