全球能造航空發(fā)動機的國家只有5個，我國如何實現(xiàn)“并跑”
全心托舉航空動力“中國心”
茫茫大漠，沙場點兵，不久前在朱日和聯(lián)合訓(xùn)練基地舉行的盛大閱兵上，中國航空發(fā)動機集團研制生產(chǎn)和服務(wù)保障的渦扇、渦噴、渦軸、渦槳等七大系列發(fā)動機和兩型輔助動力裝置、兩型傳動系統(tǒng)近600臺套裝備參與檢閱。
這些航空裝備的“心臟”集體亮相，振奮人心。目前七大系列航空發(fā)動機、輔助動力裝置和傳動系統(tǒng)已經(jīng)廣泛配裝于我國各類軍用飛機、直升機上。更多的人關(guān)心，什么時候我國自主研發(fā)的大飛機能夠用上自主研發(fā)的“中國心”？我國航空發(fā)動機研制有哪些突破、還面臨哪些困難？帶著這些問題，記者進行了采訪。
研制進展怎么樣
制造效率提高，力爭20年左右實現(xiàn)“并跑”
航空發(fā)動機對整個航空工業(yè)起到?jīng)Q定性作用，是保證國家安全、彰顯強國地位的航空武器裝備的“心臟”，也是民用航空發(fā)展的重要推動力，更因涉及的產(chǎn)業(yè)鏈長、覆蓋面廣，對基礎(chǔ)工業(yè)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展有巨大帶動作用和產(chǎn)業(yè)輻射效應(yīng)。
與前些年航空發(fā)動機研制“埋頭默默干”不同，目前航空發(fā)動機及燃氣輪機“兩機”專項已被列入“十三五”規(guī)劃綱要中我國計劃實施的100個重大工程及項目，并且排在首位。研制中國自己的航空發(fā)動機已勢在必行。去年8月28日，由國務(wù)院、北京市人民政府、中國航空工業(yè)集團公司、中國商用飛機有限責(zé)任公司共同出資組建的中國航空發(fā)動機集團應(yīng)勢而生，把創(chuàng)新發(fā)展航空發(fā)動機上升為國家意志。
一年來，航空發(fā)動機研制有何進展？記者了解到，2017年上半年，我國航空發(fā)動機新機交付率有大幅提高，與去年上半年同期比較，提升了8個百分點。某重點型號產(chǎn)品在產(chǎn)量增加34％的情況下，同比產(chǎn)品交付率提高10個百分點。
制造效率有所提高之外，航空發(fā)動機產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量也穩(wěn)步提升。中國航發(fā)生產(chǎn)部生產(chǎn)與供應(yīng)鏈辦公室主任李平介紹：“目前產(chǎn)品外場完好率在90％以上。”
目前，中國航發(fā)的科研任務(wù)量排得滿滿：有若干個發(fā)動機、輔助動力裝置以及燃氣輪機的科研任務(wù)。
干航空發(fā)動機，我國啥時候能與世界先進水平“并跑”甚至“領(lǐng)跑”？據(jù)了解，全世界能造航空發(fā)動機的國家就是聯(lián)合國安理會5個常任理事國，中國雖然位列其中，但整體制造水平相對落后。“力爭20年左右實現(xiàn)‘并跑’。”中國航發(fā)黨組書記、董事長曹建國解釋說，萬事開頭難，發(fā)動機也是如此，必須干完一兩個、兩三個型號，走完整個研發(fā)流程，才能形成設(shè)計、制造、試驗及人才隊伍等完整體系，后面再研發(fā)新型號就有了基礎(chǔ)，“第一代自主研發(fā)出來的產(chǎn)品可能不先進，但是我們接著干第二代、第三代，或可躋身先進，隨著代際遞增，研發(fā)周期將大大縮短，技術(shù)水平會大大提升，達到國際先進水平不是不可能的。”
目前研制難在哪
最大短板是發(fā)動機設(shè)計，制勝法寶是“舉國體制”
據(jù)統(tǒng)計，全新研制一型跨代航空發(fā)動機，需要二十幾年的時間，比全新研制同一代飛機時間要長一倍，可以說是當(dāng)今世界上最復(fù)雜、多學(xué)科集成的工程機械系統(tǒng)，被譽為“現(xiàn)代工業(yè)皇冠頂上的明珠”。摘取明珠，極其艱難。
首先，航空發(fā)動機要滿足眾多十分苛刻而又相互矛盾的要求：既要在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速和高載荷的嚴(yán)酷條件下工作，又要滿足推力大、重量輕、可靠性高、安全性好、壽命長、油耗低、噪聲小、研制和維護成本低等要求。比如目前民用航空發(fā)動機的機上平均壽命要達到2萬多小時，如果每天飛6個小時，可以使用10年。
其次，航空發(fā)動機的運轉(zhuǎn)空間狹小，運行環(huán)境惡劣，對設(shè)計、制造和試驗提出更高要求。一臺用于超音速戰(zhàn)機的渦扇發(fā)動機直徑一般僅1米左右、長度4米左右。這么小的一個圓筒狀物體，卻要塞進總共十多級的風(fēng)扇、壓氣機、渦輪以及燃燒室、加力燃燒室等部件。更嚴(yán)峻的是，發(fā)動機燃燒室及渦輪處等溫度非常高，已達到1600—1700攝氏度，加力燃燒室內(nèi)的溫度更是高達1800—1900攝氏度，而目前高溫合金材料的最高耐受溫度僅為1100攝氏度。這就不得不在發(fā)動機中采用復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，設(shè)置迷宮一樣的冷卻通道。
極大的技術(shù)難度也帶來了巨額的投入資金需求。一臺大中型先進發(fā)動機研制經(jīng)費為20億—30億美元，更先進的高達50億美元。
重重困難中，最大短板在哪里？
“最大的短板是設(shè)計。”中國航發(fā)科技委主任、中國工程院院士尹澤勇坦言，我們常說航空發(fā)動機研制周期長，資金投入大，是因為航空發(fā)動機不僅是設(shè)計制造出來的，也是試驗和試飛出來的。但是只有加強設(shè)計，才能減少“試驗—修改設(shè)計—再制造—再試驗”的反復(fù)摸索過程，設(shè)計能力落后是制約我國航空發(fā)動機發(fā)展的主要因素，拉長了研發(fā)周期。
缺標(biāo)準(zhǔn)、缺積累，也是一大短板。“造航空發(fā)動機，除了要有工匠精神，必須有一套標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計準(zhǔn)則。”尹澤勇說，大師能造出來的部件普通員工造不出來，技術(shù)可靠性就弱。集團質(zhì)量科技部管理創(chuàng)新處處長王英杰介紹，世界上先進的發(fā)動機制造商最核心的機密就是數(shù)百套的設(shè)計制造準(zhǔn)則，他們憑借多年研發(fā)制造經(jīng)驗，積累出了一套標(biāo)準(zhǔn)體系，“在這方面，我們還有不小差距。”
補上短板，航發(fā)人很有信心。在他們看來，制勝法寶是“舉國體制”，是“小核心、大協(xié)作”的發(fā)展機制。“中國航發(fā)是中央管理的國有特大型企業(yè)，也是我國唯一的航空發(fā)動機研制企業(yè)，它的誕生本身就說明要以舉國之力搞航空發(fā)動機。”中國航發(fā)黨組副書記、副總經(jīng)理羅榮懷說，國家為航發(fā)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了強大的體制機制和資金保障，“相關(guān)企業(yè)傾力支持，有的央企為我們生產(chǎn)特殊鋼材，需要很多品種，需求量卻很小，賠錢也支持我們”“產(chǎn)學(xué)研合作緊密，我們企業(yè)已跟高校、中科院等建立共性基礎(chǔ)研究平臺，開展技術(shù)研究和前沿技術(shù)探索”……
未來如何爬坡過坎
信息化手段抓設(shè)計，“十三五”末基本建立航空發(fā)動機研發(fā)體系
今后中國航空發(fā)動機該怎么干？
“當(dāng)前首先抓的應(yīng)該還是設(shè)計，否則難以趕超世界先進水平。”尹澤勇說。
抓好設(shè)計，不僅要建立標(biāo)準(zhǔn)、固化流程，還要用好信息化手段。尹澤勇舉例，設(shè)計環(huán)節(jié)要用計算機實現(xiàn)三維設(shè)計圖紙；仿真環(huán)節(jié)要使用三維信息平臺模擬，將設(shè)計方案在計算機中進行模擬安裝，看各個系統(tǒng)之間有沒有干擾，裝配順序?qū)Σ粚Γ恢圃飙h(huán)節(jié)，要將發(fā)動機的三維信息傳導(dǎo)至工廠，車間工人使用三維模型直接制造加工。
從頂層設(shè)計來看，“十三五”末我國將基本建立起航空發(fā)動機研發(fā)體系。王英杰介紹，中國航發(fā)正在構(gòu)建一整套運營管理系統(tǒng)，包括產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造、供應(yīng)商管理、服務(wù)保障四方面，其中產(chǎn)品研發(fā)體系處于核心位置，未來要通過體系建設(shè)積累自主的研發(fā)制造準(zhǔn)則。
“這個系統(tǒng)目前‘骨頭’搭起來了，還需豐滿‘血肉’。”王英杰說。比如產(chǎn)品研發(fā)階段要對整個發(fā)動機全生命周期發(fā)展提供技術(shù)定義；生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)要實現(xiàn)精益制造和智能制造等先進管理方法應(yīng)用；供應(yīng)商管理既要遵守市場經(jīng)濟規(guī)則，也要加強集團層面的宏觀管控；服務(wù)保障環(huán)節(jié)，必須既滿足武器裝備使用需求，又實現(xiàn)服務(wù)增值。
同時，中國航發(fā)將加強起步較晚的民用發(fā)動機的自主研制，爭取讓C919等民用飛機早日用上“中國心”。
自2017年起，中國航發(fā)在全集團實施“鑄心”工程。心，既代表發(fā)動機是航空動力之心，也代表航發(fā)人的協(xié)力同心，前者的硬實力離不開后者的軟實力。中國航發(fā)黨群工作部黨建工作處處長龍樞表示，新機交付率的提升、制造周期的縮短離不開集智聚力的“鑄心”工程，今后更將牢記使命，全心托舉航空動力“中國心”。