航空发动机人才短缺 国产大飞机难装“中国心”

2010年11月29日01:19财新网-《新世纪》

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”：国产民用航空发动机——这是自主研制大型客机必须面对的问题。

在11月6日开幕的珠海航展上，承担国产大型客机发动机研制任务的中航商用飞机发动机有限责任公司（下称中航商发），用三维动画展示了一款发动机初步设计方案。在他们看来，不考虑高超的性能，先制造出一款“能用”“及格”产品，是时下第一要务。

中航商发宣布，国产大型客机发动机总体方案定义工作正在加紧推进，有望在多轮修改、完善后，于2011年确定基本技术路径，并在“十二五”期间研制出一台完整的发动机验证机。

但在业内专家看来，产品仅仅能用，显然不足以在目前已经被GE、普惠和罗尔斯·罗伊斯垄断的市场上具备竞争力。“你的产品必须足够安全，更要足够省油，否则白给航空公司，人家都不要。”



自主研制路径

“这是我们公司20多位工程师一个月攻关的结果。”中航商发规划发展部倪金刚博士为本刊记者讲解发动机三维动画时说。

这部几分钟的动画片显示，由整流罩、风扇增压级、中介机匣、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、级间机匣、低压涡轮、涡轮后机匣九大单元体组成发动机内核，九个部分精密耦合后，再加上外部管路和附件机匣，就可装配成一台完整的商用发动机；然后，嵌入飞机整机制造商所做的短舱中，就呈现为人们直观印象中的大飞机“心脏”。

“基本上是做全了，但是结构、形式和位置上，还需要完善，包括叶片、涡轮盘、压气机、多少级，基本上都将按照初级的设计来完成。”倪金刚说，此后的发动机设计和研发都要以此为参考，不断更新和完善。

今年5月，中航商发正式启动了国产发动机项目总体方案定义和关键技术攻关工作。目前，十多个专业组正开展方案设计、论证和关键技术攻关，预计今年内完成第一轮设计方案。

中航商发介绍说，商用航空发动机是当今工业领域惟一要同时解决超高速、超高压、超高温三大技术难题的制造品，研制技术难度大、风险高、投入多，周期也更长。

此言不虚。以目前国产大飞机项目选定的惟一一款外方发动机为例，这款发动机尽管是一款改进型产品，从立项到最后下线也需要八年时间。

2009年12月底，负责中国大飞机研制和销售的中国商用飞机公司，为其首批中型商业客机C919选用了法国CFM国际公司的发动机。为争取这一项目，CFM国际公司在其原有CFM56系列发动机基础上作出改进，推出全新LEAP-X1C发动机。这一项目于2008年中正式启动，预计交付时间到2016年。

可以说，上述三维动画展示了中航商发选择的自主研制路径，但这只是可能的路径之一。中航商发总经理张建说，第二种可能的模式是中航商发与国外企业共同研制国产发动机。“对方可以风险合作伙伴的身份，在合资公司中占20％-30％的份额，并投入一定的技术和资源，最后分享研发的成果。”

第三种模式，则是效法中国在汽车业、高铁业走过的道路，和国外合作，引进国外先进的发动机，消化吸收后实现在中国的国产化。但在这种模式下，中国的汽车产业始终无法掌握核心技术，也是一个不争的现实。

倪金刚说，目前他们初步的设计，采用了1级复合材料风扇、8级压缩机。“我们是全新的设计。”但他也承认，“现在还不能追求太高的性能，先达到标准就可以了。”

中航商发一位技术人员告诉本刊记者，具有自主知识产权、为国产大飞机匹配的国产发动机，主要靠我们自己来做。虽然不排除合作的可能，但合作分不同的层次，不是把它包给外国人，外国人帮我们做回来。那就不叫研制。

他说，我们要做的是一种哑铃型的商业模式。首先前端抓市场，订单在我们手里；其次抓总体集成、整体设计；然后在后端抓服务，销售、大修、组装。而中间的各个部件，涉及各种技术，这中间有一部分核心技术是我们没有掌握的。




材料和工艺难题

通俗地说，喷气式发动机就是一个两端开口的圆筒，通过圆筒中压气机、燃烧室、涡轮的工作，将前端吸入的空气压缩、燃烧，推动涡轮驱动压气机工作；最后高温、高速的燃气从后端喷射出去，产生向前的推力。其工作特点是高温、高压、高转速、高负荷，燃气温度越高，发动机推力越大；通过的空气流量越大，发动机推力也越大。

“如果把飞机制造比喻为工业皇冠，那么发动机的研制就是皇冠上的明珠。它的研制难度非常大，几乎不亚于再造一架飞机。”在11月14日在珠海召开的“飞机关键制造技术高层论坛”上，中国工程院院士刘大响表示，材料和工艺技术还不能满足航空发动机研制的需求，这是中国当前大飞机制造遇到的两大难题。

以目前A380飞机上采用的罗尔斯·罗伊斯公司的遄达900发动机为例，起飞时，4台发动机可以产生近18万匹马力的动力，相当于40台GE的最大动力的“进化”系列火车头产生的动力。其内部转子的转速达到每分钟12500转，涡轮叶片叶尖的运动速度达到2000公里/小时，发动机内部的最高温度达到太阳表面的一半，发动机内部的压力达到50个大气压。这都对发动机叶片、轴承的材料提出了严峻挑战。

而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，与在狂风中保证手中火炬不灭一样困难；同时要保护燃烧室火焰筒壁不被高温燃气烧蚀，不仅需要耐高温材料和耐热涂层，还要通过燃烧室结构设计，采取冷却手段，降低燃烧室筒壁温度。

航空发动机主轴承，也是航空发动机的关键部件之一。在高速、高温、受力复杂的条件下运转，其质量和性能直接影响到发动机性能、寿命和可靠性。目前国外发达国家航空发动机主轴承的寿命均能达到1万小时以上，而中国目前航空发动机的主轴承寿命基本在900小时以内。

近些年，中国军用发动机技术进步显著。2006年定型的“太行”涡轮风扇发动机，完全由国内自主研制，代表了中国目前大型发动机的最高水平。可以借鉴这种技术做民用发动机，但两者着重点有所不同。军用发动机要求适合军机的灵活、快速、机动性能强，而民用发动机更强调可靠性和连续工作能力。

“民用的要求省油，不要求飞得更快，只需要亚音速，不需要大的单位推力。”军用 “昆仑”发动机总设计师严成忠说。

与要求吸入空气最大程度参与燃烧的小涵道比军用发动机相比，国际上民用发动机的涵道比要达到10以上，即通过外涵道不参加燃烧的空气是内涵道的10倍。这就需要大涵道比风扇叶片。严成忠说，发动机的风扇叶片功能很重要。军用发动机只有300毫米－400毫米长的风扇叶片，而民用的发动机需要1米多长，A380的发动机叶片更长达3米，这对叶片材料是巨大的挑战。

他说，另一个问题是降低噪声和燃烧产物排放。由于民用发动机对于排放的氧化氮含量有严格要求，民用发动机的燃烧室就不能简单用军用的，各个部件的效率都要高。

倪金刚说，目前中航商发初步设计的发动机，风扇就是采用复合材料。但复合材料风扇有其自身的问题。“这种材料目前国内还做不出来，希望能找国际上比较成熟的供应商来提供。 ”倪金刚说。

中国航空研究院院长张新国对本刊记者说，我们的发动机还不能和GE、赛峰这些厂家去比，能靠近就算不错了。一是要满足C919的要求，二是要满足各个适航当局的要求。“可以装载在飞机飞上天，再在这个基础上不断完善。”

不过，多次来珠海采访航展的美国《航空周刊》资深专家白广原（Bradley Perrett）明确地说，你的发动机必须完全安全，而且必须足够省油。否则白给航空公司，人家都不要。



真正差距

与表面上的材料和工艺技术难题相比，中国自主发展航空发动机面临的更大问题是发动机技术人才的缺失与工业基础薄弱。

今年5月，中航商发全面启动“中国心·中国梦”商用飞机发动机设计研发人才全球招募计划。10月13日，中国航空工业集团公司总经理林左鸣到中航商发考察并接见了中航商发42名海外人才，显示了中国对发动机人才的饥渴。林左鸣当时表示，发展航空发动机技术，决心“不惜血本”。

由于上世纪70年代上马的歼九、歼十三、强六等项目纷纷下马，到80年代时，中国在航空动力方面与世界发达国家的差距拉到20年之上。

80年代中期，中国决意发展新一代大推力涡扇发动机，即涡扇10系列发动机。这款名为“太行”的发动机在2006年定型时，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。

航空发动机是个很典型的传统工科专业。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。

一位在航展现场参观的湖南株洲发动机制造厂的业内人士感慨说，你看现在的年轻人考大学，谁喜欢报机械专业？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，在他看来，中国顶尖工程技术人才严重短缺的局面短期内无法缓解。

CFM执行副总裁夏晨善（Chaker Chahrour）对本刊记者表示，发动机在技术上、商业上都非常困难，所有的技术突破，都不是一夜间能够完成的，必须有耐心。建立起自己的制造能力，需要很长的时间。2010年11月29日01:19财新网-《新世纪》

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”：国产民用航空发动机——这是自主研制大型客机必须面对的问题。

在11月6日开幕的珠海航展上，承担国产大型客机发动机研制任务的中航商用飞机发动机有限责任公司（下称中航商发），用三维动画展示了一款发动机初步设计方案。在他们看来，不考虑高超的性能，先制造出一款“能用”“及格”产品，是时下第一要务。

中航商发宣布，国产大型客机发动机总体方案定义工作正在加紧推进，有望在多轮修改、完善后，于2011年确定基本技术路径，并在“十二五”期间研制出一台完整的发动机验证机。

但在业内专家看来，产品仅仅能用，显然不足以在目前已经被GE、普惠和罗尔斯·罗伊斯垄断的市场上具备竞争力。“你的产品必须足够安全，更要足够省油，否则白给航空公司，人家都不要。”



自主研制路径

“这是我们公司20多位工程师一个月攻关的结果。”中航商发规划发展部倪金刚博士为本刊记者讲解发动机三维动画时说。

这部几分钟的动画片显示，由整流罩、风扇增压级、中介机匣、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、级间机匣、低压涡轮、涡轮后机匣九大单元体组成发动机内核，九个部分精密耦合后，再加上外部管路和附件机匣，就可装配成一台完整的商用发动机；然后，嵌入飞机整机制造商所做的短舱中，就呈现为人们直观印象中的大飞机“心脏”。

“基本上是做全了，但是结构、形式和位置上，还需要完善，包括叶片、涡轮盘、压气机、多少级，基本上都将按照初级的设计来完成。”倪金刚说，此后的发动机设计和研发都要以此为参考，不断更新和完善。

今年5月，中航商发正式启动了国产发动机项目总体方案定义和关键技术攻关工作。目前，十多个专业组正开展方案设计、论证和关键技术攻关，预计今年内完成第一轮设计方案。

中航商发介绍说，商用航空发动机是当今工业领域惟一要同时解决超高速、超高压、超高温三大技术难题的制造品，研制技术难度大、风险高、投入多，周期也更长。

此言不虚。以目前国产大飞机项目选定的惟一一款外方发动机为例，这款发动机尽管是一款改进型产品，从立项到最后下线也需要八年时间。

2009年12月底，负责中国大飞机研制和销售的中国商用飞机公司，为其首批中型商业客机C919选用了法国CFM国际公司的发动机。为争取这一项目，CFM国际公司在其原有CFM56系列发动机基础上作出改进，推出全新LEAP-X1C发动机。这一项目于2008年中正式启动，预计交付时间到2016年。

可以说，上述三维动画展示了中航商发选择的自主研制路径，但这只是可能的路径之一。中航商发总经理张建说，第二种可能的模式是中航商发与国外企业共同研制国产发动机。“对方可以风险合作伙伴的身份，在合资公司中占20％-30％的份额，并投入一定的技术和资源，最后分享研发的成果。”

第三种模式，则是效法中国在汽车业、高铁业走过的道路，和国外合作，引进国外先进的发动机，消化吸收后实现在中国的国产化。但在这种模式下，中国的汽车产业始终无法掌握核心技术，也是一个不争的现实。

倪金刚说，目前他们初步的设计，采用了1级复合材料风扇、8级压缩机。“我们是全新的设计。”但他也承认，“现在还不能追求太高的性能，先达到标准就可以了。”

中航商发一位技术人员告诉本刊记者，具有自主知识产权、为国产大飞机匹配的国产发动机，主要靠我们自己来做。虽然不排除合作的可能，但合作分不同的层次，不是把它包给外国人，外国人帮我们做回来。那就不叫研制。

他说，我们要做的是一种哑铃型的商业模式。首先前端抓市场，订单在我们手里；其次抓总体集成、整体设计；然后在后端抓服务，销售、大修、组装。而中间的各个部件，涉及各种技术，这中间有一部分核心技术是我们没有掌握的。




材料和工艺难题

通俗地说，喷气式发动机就是一个两端开口的圆筒，通过圆筒中压气机、燃烧室、涡轮的工作，将前端吸入的空气压缩、燃烧，推动涡轮驱动压气机工作；最后高温、高速的燃气从后端喷射出去，产生向前的推力。其工作特点是高温、高压、高转速、高负荷，燃气温度越高，发动机推力越大；通过的空气流量越大，发动机推力也越大。

“如果把飞机制造比喻为工业皇冠，那么发动机的研制就是皇冠上的明珠。它的研制难度非常大，几乎不亚于再造一架飞机。”在11月14日在珠海召开的“飞机关键制造技术高层论坛”上，中国工程院院士刘大响表示，材料和工艺技术还不能满足航空发动机研制的需求，这是中国当前大飞机制造遇到的两大难题。

以目前A380飞机上采用的罗尔斯·罗伊斯公司的遄达900发动机为例，起飞时，4台发动机可以产生近18万匹马力的动力，相当于40台GE的最大动力的“进化”系列火车头产生的动力。其内部转子的转速达到每分钟12500转，涡轮叶片叶尖的运动速度达到2000公里/小时，发动机内部的最高温度达到太阳表面的一半，发动机内部的压力达到50个大气压。这都对发动机叶片、轴承的材料提出了严峻挑战。

而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，与在狂风中保证手中火炬不灭一样困难；同时要保护燃烧室火焰筒壁不被高温燃气烧蚀，不仅需要耐高温材料和耐热涂层，还要通过燃烧室结构设计，采取冷却手段，降低燃烧室筒壁温度。

航空发动机主轴承，也是航空发动机的关键部件之一。在高速、高温、受力复杂的条件下运转，其质量和性能直接影响到发动机性能、寿命和可靠性。目前国外发达国家航空发动机主轴承的寿命均能达到1万小时以上，而中国目前航空发动机的主轴承寿命基本在900小时以内。

近些年，中国军用发动机技术进步显著。2006年定型的“太行”涡轮风扇发动机，完全由国内自主研制，代表了中国目前大型发动机的最高水平。可以借鉴这种技术做民用发动机，但两者着重点有所不同。军用发动机要求适合军机的灵活、快速、机动性能强，而民用发动机更强调可靠性和连续工作能力。

“民用的要求省油，不要求飞得更快，只需要亚音速，不需要大的单位推力。”军用 “昆仑”发动机总设计师严成忠说。

与要求吸入空气最大程度参与燃烧的小涵道比军用发动机相比，国际上民用发动机的涵道比要达到10以上，即通过外涵道不参加燃烧的空气是内涵道的10倍。这就需要大涵道比风扇叶片。严成忠说，发动机的风扇叶片功能很重要。军用发动机只有300毫米－400毫米长的风扇叶片，而民用的发动机需要1米多长，A380的发动机叶片更长达3米，这对叶片材料是巨大的挑战。

他说，另一个问题是降低噪声和燃烧产物排放。由于民用发动机对于排放的氧化氮含量有严格要求，民用发动机的燃烧室就不能简单用军用的，各个部件的效率都要高。

倪金刚说，目前中航商发初步设计的发动机，风扇就是采用复合材料。但复合材料风扇有其自身的问题。“这种材料目前国内还做不出来，希望能找国际上比较成熟的供应商来提供。 ”倪金刚说。

中国航空研究院院长张新国对本刊记者说，我们的发动机还不能和GE、赛峰这些厂家去比，能靠近就算不错了。一是要满足C919的要求，二是要满足各个适航当局的要求。“可以装载在飞机飞上天，再在这个基础上不断完善。”

不过，多次来珠海采访航展的美国《航空周刊》资深专家白广原（Bradley Perrett）明确地说，你的发动机必须完全安全，而且必须足够省油。否则白给航空公司，人家都不要。



真正差距

与表面上的材料和工艺技术难题相比，中国自主发展航空发动机面临的更大问题是发动机技术人才的缺失与工业基础薄弱。

今年5月，中航商发全面启动“中国心·中国梦”商用飞机发动机设计研发人才全球招募计划。10月13日，中国航空工业集团公司总经理林左鸣到中航商发考察并接见了中航商发42名海外人才，显示了中国对发动机人才的饥渴。林左鸣当时表示，发展航空发动机技术，决心“不惜血本”。

由于上世纪70年代上马的歼九、歼十三、强六等项目纷纷下马，到80年代时，中国在航空动力方面与世界发达国家的差距拉到20年之上。

80年代中期，中国决意发展新一代大推力涡扇发动机，即涡扇10系列发动机。这款名为“太行”的发动机在2006年定型时，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。

航空发动机是个很典型的传统工科专业。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。

一位在航展现场参观的湖南株洲发动机制造厂的业内人士感慨说，你看现在的年轻人考大学，谁喜欢报机械专业？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，在他看来，中国顶尖工程技术人才严重短缺的局面短期内无法缓解。

CFM执行副总裁夏晨善（Chaker Chahrour）对本刊记者表示，发动机在技术上、商业上都非常困难，所有的技术突破，都不是一夜间能够完成的，必须有耐心。建立起自己的制造能力，需要很长的时间。