為什麼中國的航空發動機技術這麼落後?
中國的火箭都能到月亮了,國產民用大客機也開始發展了,四代戰機也誕生了,為什麼戰鬥機上的發動機一直不能國產化呢?
這個世界上
能自行製造第三代戰鬥機的國家/地區有12個
(暫不算配套航發 按製造地區計 按服役計 按中國戰機世代劃分 美俄中瑞法歐韓日台印 還有按照wiki標準我很不要臉的把巴基斯坦和伊朗也算上了 請拍磚)
能自行製造核武器的國家有9個
(美俄中英法印巴以朝)
能自行製造洲際彈道導彈的國家有5個
(美俄中英法)
能自行製造大推力軍用渦扇發動機的國家有3個
(美俄中)
能自行製造大涵道大推力高性能民用渦扇發動機的國家 則就只剩2個了
(美英:GE 羅羅 普惠)
(我知道以上標準里爭議太多 咱可以評論區慢慢討論請輕拍。。)
可以很直觀地看到 在這個殘酷競爭的人類金字塔上 中國目前距離塔頂還真是有段距離的
工業之花 人類工業皇冠上的明珠:航發 渦扇航發 大涵道大推力高性能高可靠度渦扇航發
可也同時是中國目前怎麼繞也繞不開的心臟病
一、航發為什麼這麼難?
想像一下,蘇27的AL-31渦扇發動機最大加力推力是12.5噸,2台AL-31可推動蘇27以超過2倍音速飛行。但AL-31的風扇直徑不到900毫米,渦輪直徑不到300毫米;基本物理學原理,力是相互作用的,也就是說這麼小尺寸的風扇、渦輪反過來要時刻承受著12.5噸的力。形象一點說,大家應該都看過壯漢用喉嚨頂著鋼槍推動汽車的表演,渦扇發動機也大概如此,只是壯漢推汽車是慢慢挪動,而渦扇發動機要推動飛機以2倍音速飛行,各部件要承受住異常嚴酷的高溫高壓考驗。
另外,一台用於超音速戰機的渦扇發動機直徑一般僅1米左右、長度4米左右。以AL-31為例,這麼小的一個圓筒狀物體,要塞進4級風扇、9級壓氣機、2級渦輪、可收斂-擴張噴管、燃燒室、加力燃燒室,還要在之間安排冷卻空氣通道,周圍安裝燃油控制系統等。所以,設計、製造一台高性能的渦扇發動機,可謂"螺螄殼裡做道場",難度極大。在世界範圍內,掌握一流水平渦扇發動機製造技術的僅有英國羅·羅、美國普惠和通用3家公司,俄法兩國都屬於二流,這是一個真正的壟斷行業。
專業一點地描述,渦扇發動機要達到更大推力、更低的油耗,首要的是提高增壓比、提高熱效率,渦輪前溫度是衡量熱效率的一個重要指標。例如,第三代蘇27的AL-31發動機的渦輪前溫度是1665K,而第四代F-22的F-119發動機將這個指標提高到了1977K;AL-31的渦輪前溫度尚在普通鋼材熔點之下,但F-119的已超出約200度。要在這樣高的溫度下正常工作,F-119的渦輪採用了第三代單晶空心葉片。具體什麼是單晶空心葉片,在此很難展開描述,只能說一片面積僅幾平方厘米的葉片具有大量自由曲面、複雜的內腔(用於進氣冷卻),還要控制合金晶體生產連續一致,這需要極高超的精密鑄造工藝。俄羅斯、中國至今尚未或是剛展開單晶空心渦輪葉片的工業化製造。(不過3/19我們在這方面有好消息:《中國突破發動機單晶葉片核心技術 打破壟斷》中國突破發動機單晶葉片核心技術 打破壟斷)美帝驕傲 F119 F22標配動力
而發動機要提高推力與自身重量之比,還要將壓氣機和渦輪造得更輕巧。壓氣機和渦輪的傳統製造工藝是將葉片以榫頭、榫槽鎖緊的方式連接在葉盤上,但西方先進發動機已開始採用整體葉盤。即用電子束焊接等方法將單晶空心精鑄葉片固定在葉盤上,重量可比傳統工藝製造的降低30%。整體葉盤的製造工藝有10多種,但除了上述的美英3家航發巨頭,其它國家也還未能應用於批量生產。
渦扇發動機的風扇遠離燃燒室,熱負荷低,但它的氣動效率也被繼續精進。通用F-119和羅·羅瑞達900發動機的風扇都採用了寬弦葉片,其加工方法是將鈦合金毛坯用切削方法加工成兩半葉片,用真空擴散焊成一整體空心葉身,最後超塑成極為複雜的曲面。這又是一種全新的加工工藝。這麼說,美軍F-22A隱身戰機所採用的F-119渦扇發動機為例,它的6級壓氣機、2級渦輪全部採用帶空心單晶葉片的整體葉盤,3級風扇則全部採用寬弦葉片,所以它的推重比達到10,在迎風面積較小的情況下,最大加力推力超過15噸。所以,美軍F-22A隱身戰機能以1.7倍音速進行超音速巡航;而中俄的四代機殲20、T-50隻能暫時採用第三代渦扇發動機,要等待第四代發動機研製成功,飛機才能真正完成研製。
凱特王妃為羅羅公司發展的寬弦葉片宣傳
二、中國航發水平為何與世界一流水平如此之大
我國軍事工業以蘇聯技術援助起家,擅長逆向仿製,在過去解決了多個領域的"有無"問題,甚至有輕武器專家以"山寨之王"自居。對於很多一般裝備,逆向仿製即便"不知其所以然",也至少做到"知其然"。
但渦扇發動機這個"工業王冠",應用有各種新理論、新材料、新工藝,要做到"知其然"都難,可以說是無法簡單複製的。甚至,在沒有操作手冊的情況下,要將渦扇發動機正確拆開都困難。例如,我們非常熟悉的CFM-56,其使用在波音737、空客A320這些主流商業客機上,是世界上使用範圍最廣的渦輪風扇發動機之一,但是拆解CFM-56的難度仍然很大,幾平方厘米的葉片上分布著許多小孔,這些孔隙的作用是散熱的,小孔的位置設置極為講究,是根據氣路走向而定的……因此CFM-56的維護都是由專業公司來完成的。
即便是能製造出各種類型的發動機構件,但是在裝配上仍然需要技術、工藝支撐,同一生產線上製造出來的不同批次發動機都存在差別,推比相差甚至可以達到0.2。隨著推比達15以上的發動機開始研製,各種新材料被大量應用,發動機結構也越來越複雜,對加工工藝要求也更高。你要仿製別人的新型發動機,所要花的時間可能比自己從零開始研發還要多,而且仿製產品的性能還很可能不及原型機。
這方面我國是有慘痛教訓的,例如"太行"渦扇發動機,其核心機就源於CFM-56,太行發動機在05年完成設計定型,但8年過去了仍然問題不斷,只用在雙發的殲11戰鬥機上。單發的殲10戰鬥機對發動機可靠性要求高,直到殲10B量產,殲10系列戰機都只能採用俄制AL-31FN發動機。
從科研體制來看,我國以前航空發動機的研發是跟隨型號的,即要研製一款飛機,才會去研發一款配套的發動機;飛機如果下馬了,發動機也就隨之下馬了。但美英等發達國家,發動機與飛機研發基本是分開的,發動機核心機的研發提前很多。例如,美國F-22戰機所用的F-119發動機屬於第四代發動機,但美國的核心機技術已發展到第六代,用於接替F-119的第五代發動機核心機也已製造出來。
美第五代發動機的核心機已經問世了
但正因為難 沒有任何捷徑可走 才更要完全自主研發 下工夫 花時間 砸銀子 在所不惜
三、別說中國了 毛子這種老牌工業強國都落下一大截了
蘇(俄)的航空發動機製造理念不同。美國製造發動機,考慮了翻修期和壽命,因為一台發動機能更長時間的使用,就說明飛機能更少的更換髮動機,這樣比較經濟。可是蘇聯根據衛國戰爭經驗,發現坦克和飛機的實際戰場壽命往往只有幾十到一百多個小時,然後就被摧毀了,所以蘇聯設計武器就以簡單、便宜、容易大規模生產為原則。而二戰後蘇聯軍隊總是枕戈待旦準備打第三次世界大戰,所以更認為航空發動機沒有必要需要長壽命和翻修期。在這種指導思想下,蘇聯製造的發動機翻修和壽命要比美國的短得多。蘇聯解體以後,俄羅斯認識到了這種思想已經過時,所以也在改正。現在AL31的改進型號的首翻期和總壽命已經比早期型號有所增加,但是因為基礎設計問題,俄羅斯航空發動機的推力、壽命、耗油率、雜訊水平和環保水平等主要指標都落後於世界先進水平,所以仍然遠不及美國同類的發動機。美國則由於有強大的工業基礎,生產武器不計成本,精益求精,不怕最貴,但求最好,所以美國有很多天價武器裝備,而且都是做工精良,技術先進,使用壽命也很長。
這裡就講一個段子:
「記得原來有一門課是航空發動機,講課老師是北航一個毛系航發大師級人物,(俄語說得絕對比漢語標準,妥妥的),參與過WP11,WP7,(等等)的研製,後面就不方便透露了,一次上課,老師給我們講解毛系發動機和鷹系對比的時候,拿的老先生最得意的WP7,一個同學很細心的問燃燒室邊上為什麼會有兩個像熱水瓶膽容器,而美國發動機沒有,老先生說,兩個瓶子一個裝的汽油,一個裝的純氧,大夥不解,老先生悠然自得地說,因為毛髮有個毛病,容易熄火,加上J7的設計機頭進氣,導致每次導彈發完幾乎必然熄火,然後老先生轉而一臉得意,傲嬌萬丈啟動:這個時候就打進霧化汽油混合純氧,加上內燃裝置2000K+打火,所以,我們的發動機雖然容易熄火,但是空中再點火成功率百分之百!同學們不要擔心!」
「。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。」
綜合考慮美俄發動機在型號研製和技術實力方面的因素,兩國在航空發動機研製領域的差距可能已經增加到了20年以上。
四、擁有先進的航發的意義到底在哪裡
大英帝國日薄西山,可以放棄飛機工業,但卻矢志不渝的呵護羅羅公司,因為憑藉羅羅的先進航發,就沒人能夠輕視英國在世界航空工業中的地位。
前蘇聯儘管擁有強悍的航空工業,但在民用大推力渦扇發動機方面比起前三個西方公司也不過爾爾,再加上之前在適航標準制定上吃的大虧,毛子始終沒能在世界商用飛機這塊無比巨大的蛋糕上分到一口。
即便是我自己一個小本科生而言,都能感受到「只要引擎猛,板磚也上天」的意義:去年DBF我們prototype NO.1首飛時,連夜加裝的landing gear硬是沒用上= =發動機馬力太給力 幾乎直接垂直起飛了
俺們的小寶貝
更何況 大國重器的心臟
更何況 那未來就是是大把大把的銀子啊
即便退一萬步 就光從看臉效果來講:
分別為俄中美當家大運 你告訴我 配上哪家的發動機最好看??D30那小細管子看著都脆
五、中國航發的現狀及未來之路
中國致力於開發國產高性能航空發動機,用於裝備國產軍用飛機的戰略方向已經明晰,這一戰略選擇包含著重大的航空技術挑戰,世界上僅有少數幾家大公司真正掌握著這項技術。
中美航空發動機技術的差距令人感到不安,80年代,當F-15戰鬥機已經開始安裝推重比達到8的F-110發動機,而同一時期的中國還在落後的渦噴發動機上苦苦掙扎,如今,即便我們在WS15發動機上取得了巨大成就,但是我們仍然與美國差距至少30年。中國渦扇-10「太行」渦扇發動機及其改進型的性能指標與美國普惠F100和通用電氣F110相當,這兩款發動機是目前美軍F-15和F-16戰機的動力裝置。「太行」家族設計為殲11家族、殲10家族的標準動力,可能最後取代俄制AL-31。目前情況是已有大批筷子B開始使用了太行。儘管如此,仍然有證據表明中航工業在擴大渦扇-10量產過程中質量穩定性控制存在問題,造成發動機可靠性不足,致使中國戰機仍然嚴重依賴俄羅斯進口發動機。
圖為F119發動機的地面測試,F119發動機是F-22戰鬥機的動力來源,到目前為止,我們只能仰視它的偉大,而它僅僅只是美國上世紀90年代的產品。我們還需要看到的是,那些技術領先者在絲毫沒有放慢前進腳步的同時,又不斷以環保等堂而皇之的理由在我們前面設置障礙。美國從上世紀50年代開始核心機預研計劃,至今已經發展出七代核心機,而F119的核心機僅僅是其中的第四代,其航空動力工業的技術潛力由此可見一斑。但美國政府從未放鬆過對航空發動機技術的控制,不僅對我國保持封鎖,甚至在某些核心技術上對其歐洲盟友也實行「禁運」。與此同時,發達國家還在人力資源方面實行看不見的封鎖,不僅限制其他國家人員進入航空發動機核心研製領域,而且限制本國相關人才向國外轉移,以此來保持產業實力。
圖為我國自行研製的太行發動機,到目前為止,它仍然無法成為殲-10B單發戰鬥機的動力來源。著名航空動力專家劉大響院士曾撰文認為中國航空發動機研製較世界先進水平主要存在五點較大差距:1.基礎研究薄弱,技術儲備不足,試驗設施不健全;2.國家經濟相對落後,研製經費嚴重不足;3.對發動機的技術複雜性和研製規律認識不足;4.基本建設戰線過長、攤子過大、力量過散、低水平重複;5.管理模式相對落後,缺乏科學民主的決策機制和穩定、權威的中長期發展規劃。
外界估計,中國將在2到3年內在批量製造高性能噴氣發動機方面取得突破,但對於製造可靠的頂級航空發動機,則還需要5到10年。一旦中國邁上這一台階,將會促成中國空軍和海軍航空兵的強勢崛起。目前中國需要重點監控的領域是設計能力、工裝設備、製造能力和系統運營與維護能力,這些問題將會影響國產發動機的性能及使用效能。
F135 F35的標配動力
美國人認為中國的發動機發展差距巨大,主要是體制問題。比技術問題更難解決的,是體制問題。中國國防目前存在裝備來源單一的問題。中國國產軍用航空發動機完全由中航工業提供,該集團公司旗下的瀋陽、西安和貴州等發動機企業在某種程度上存在競爭,但競爭的積極效應並不明顯。如果存在適度競爭,那麼競爭壓力會促使企業生產具有創新技術且價格較低的產品,加快研製進度,提高售後服務的水平。上世紀70年代末80年代初,針對當時美國空軍航空發動機領域普惠一家獨大的情況,美國政府決定促進通用電氣和普惠之間的合理競爭,此舉使得美國戰鬥機在設計過程中可以擁有兩家競爭企業提供的諸多動力選擇方案,成果顯著。中國目前的情況與美國不同,發動機領域宏觀的競爭不足,而在微觀問題的競爭又過多,這會造成局部利益交換和利益保護,進而造成重複工作,資源使用不當,延長研製和生產周期。中國需要決定其航空發動機行業的組織系統結構和運行方式,這樣才能從上層解決其結構和體制問題。
和美英等國軍用航空發動機工業相比,中國航空發動機工業在人員規模上仍顯不足,但已經超過了俄羅斯和法國的水平。黎明公司和西安航發這兩家中航工業最大的軍用發動機企業,人員總和接近20000人。與之相比,普惠、羅羅和通用電氣航空分部每家企業人員都超過了35000人。為了追求軍用航空發動機自給化,中國航空發動機工業可能在未來會擴大規模。俄羅斯UMPO目前總人員規模為15 000人,計劃在2010年生產109台AL-31和AL-41發動機。通用電氣航空分部每年大約能交付200台高性能渦扇發動機和總數800台軍用發動機和直升機用渦軸發動機。
航空發動機是個很典型的傳統工科專業。我國這一領域院士至今僅有五人,且年齡偏大,年紀最小的也超過了70歲。這一現象不僅存在於航空發動機專業,各個傳統工科專業都面臨院士級、大師級尖子人才奇缺和後繼乏人的局面。有業內人士認為,由於鋼鐵、機械等傳統工科專業早已喪失了對理科生的吸引力,中國頂尖工程技術人才嚴重短缺的局面短期內無法緩解。而缺乏的不僅是科研人才,製造人才也是一樣,對機械產品悟性深刻的技術工人一樣稀缺。
千言萬語一句話 大國重器 路漫漫其修遠兮
在中國各方面日益發展的今天 越來越多的行業完成了趕超甚至開始成為新一代的模範 然而對於這種最基礎的工業底子方面的差距 中國需要正視需要加力 更需要理解需要等待
P.S. 雖然很大一部分都是各處文章里搬運來的 但我也的確花了兩個多小時四處搜集材料 加工 整理 還有很多自己的看法
所以輕拍啦
還有很多想補上 先佔個坑 有空加
References(格式請忽略)
《航空發動機為什麼這麼難?》——磐石的博客
《中國造大飛機攻克「心臟病」有多難》——騰訊評論 今日話題
《中國航空的拿來主義》《GENX渦扇發動機》——163軍情觀察室
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看到評論區里大家討論的比較熱烈 很榮幸 這是我目前最高票的回答了 不過也請大家在轉載時註明我原文里的references 謝謝
先補幾條看來的關於中國航發落後的分析和總結 比較雜亂先湊活看:
1.在航空發動機的發展歷程中,缺少像錢學森院士那樣學貫中西的大師級人物。回顧「兩彈一星」的研製歷程,大師級領軍人物所起的作用至關重要
2.雖然我國航空工業長期受俄羅斯的影響,但是並沒有很好地領會他們的設計理念。他們在經濟上並不富裕、研究人數相對較少的情況下,利用系統的觀念把複雜問題簡單化,將蘇聯各個生產或研發部門提供的性能並不算高的部件和材料,集成出主要性能突出、綜合技術水平較高的航空發動機
3.我國曆來重學術而輕技術,加上我國當前教育體制、模式的限制,使得航空發動機行業嚴重缺乏對機械產品悟性深刻的設計師和技術工人。航空發動機行業的一位廠長曾對筆者說:他發現一個兒童時代很少玩玩具的人很難成長為「心靈手巧」的技術工人。
4.獲得特殊的材料並正確地加工,對於製造航空發動機以及保證製造成本的競爭力,都極為重要。日本石川島播磨重工株式會社航空發動機工廠經理曾表示,航空發動機零部件成本的50%都來自材料本身。現代高性能航空發動機需要採用一些高強度、耐高溫材料,包括鈦、鎳、鋁、複合材料以及鎳基和鈷基超耐熱合金。中國在鈦、鎳和鈷等金屬的產量十分巨大,理論上,從資源供應量來看,對航空發動機產業構不成任何制約,但僅僅是理論上而已。中國航空發動機製造商面臨的材料制約並非是取得鎳、鈷和其他金屬等原材料,最為複雜的問題是製造或購買到能夠用於航空發動機的耐高溫合金材料。有分析認為,中國現在超耐熱合金還不能完全自給,據估計中國每年超耐熱合金的生產量約為10 000噸,而需求量則為20000噸。
5.中國需要建立先進的發動機生產線,以保證國產發動機的量產質量,生產自動化水平還需要進一步提升。有消息稱現在生產中加工超耐熱合金材料仍然是一個難題,加工過程常常造成切割工具的頻繁損耗。就質量穩定性而言,同型發動機需要在同一條生產線上生產,這樣才能保證生產線的規模效益和質量穩定性。一旦設計定型投入批量生產,就應該盡量避免分線生產,這樣會影響產品的一致性。在實驗室製造一片渦輪葉片是一回事,而批量生產數以千計的標準化且性能可靠的渦輪葉片則完全是另一回事兒。一台噴氣發動機往往需要400~500片各類葉片,穩定的量產質量是發動機製造業的必需。要做到這一點,中國必須解決冶金技術和工業流程的科學化問題。
咱來看看美帝的試車台
F119試車台
F135試車台
6.在人類進入電氣時代之前,西方國家有一段特殊的時期,這段時期是機械工業飛速發展的一段時期,被譽為「大蒸汽時代」。有興趣的可以搜一搜這一時期內的作品,幾乎所有能動的東西都是齒輪機械,其繁榮程度前無古人,後無來者。
由於我國沒有接受這一時期的洗禮,少部分民族資產後來也被帝國主義壓迫致殘,再後來又被社會主義充了公,所以基本上沒有任何技術積累。而工程積累的核心就是兩個字:秘方。無論是做飯、釀酒、製藥還是冶鋼、加工,其技術本質不外乎這兩個字。
而秘方則是完全私有的,一般由家族或公司的形式來傳承。而傳承需要時間沉澱,也需要民族氛圍。一個崇尚速度,敢於挑戰人類極限,敢於質疑權威的民族,才會有足夠的動力去研發這種鐵與火的機器。這一點我覺得我們做的很不好,我們的教育似乎不太鼓勵培養這種冒險精神。
7.作為工科狗,我們從心裡有這樣的體會:工業革命那100多年國外不是白走的,他們的每一道工藝,每一項配料,每一個細節都是需要一點一點從心裡挖出來、從失敗中走出來的。這些是十幾年的高等教育教育不來的,是多少錢砸不出來的。必須經過那麼多次失敗才會有今天的成功,要想真正有自己的技術,沒有捷徑,要接受對無數次的失敗,而且要心甘情願的接受。
中國要想真正造出自己的先進航發,是需要幾代人共同努力的。中國在努力追趕了。中國不缺設計師,缺的是手藝紮實的底層工人師傅和給予他們的良好待遇,缺的是更為優越的競爭機制,缺的是國外那100多年扎紮實實的一步一個腳印,不浮躁的經驗,以及血換來的教訓
高性能航發就是人類產業金字塔上的塔尖
你只看見了人家的塔尖bulinbulin閃著誘人的金光 沒看見人家有多麼堅實的塔基托著上面
中國可以用阿里巴巴的首次變態級IPO震驚WALL ST 可以用wechat席捲世界改變對話的方式 可以讓聯想海爾走出國門佔領市場 可以讓華為中興一步步蠶食通信行業
但是 請記住 美利堅可以沒有apple或fb 剝奪掉google也充其量斷掉他一根手指而已
但你能想像沒有Boeing 沒有Lockheed Martin的美帝?
沒有普惠 沒有GE的美帝?
沒有那個以先進航發為代表的 實力極為雄厚的工業底子的美帝?
真正的好東西 永遠需要時間和經驗來積累 新興的產業可以發展很迅猛 但他們撐不起一個大國
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一些關於目前差距的東西:
先看看中美表面上的差距
此圖為wiki中列出目前全世界戰鬥機渦扇航發列表 即小涵道比的
美帝欄里:全面開花 眼花繚亂 不多描述
兔子欄里:除了WS9徹底吃透(英斯貝發動機國產版) WS10歷經「二十年磨一劍」終於磕磕絆絆大致像樣了但仍然可靠性不足 列出的WS13和WS15都仍處於研發階段
軍用大涵道比的 在我們連D30此種「細管子」仍需進口時
美帝已經可以隨隨便便找出一個基地拍出下圖這樣的景象
這張圖我第一次看見時就沒話說
至於民用渦扇?
呵呵 目前連比的資格都沒有
細緻點的呢?
燒錢方面
1.美國:F100花掉了中國1987年軍費的1.5倍
大名鼎鼎的美國F100發動機,是美國主力三代戰機F-15和F-16的發動機,由普拉特?惠特尼公司(普惠公司)研製,世界上最早投入使用的推重比達8一級軍用發動機,是真正意義上的「大推力渦扇發動機」
F100號稱於1970年3月開始工程研製,1974年11月,F100-PW-100型交付空軍,歷時4年零8個月實現設計定型交付,研製總費用為4.57億美元,按1996年美元幣值計算,其研製費用為14.1億美元(這不包括其基本概念研究費用、預先研究費用、驗證機研製費用等),如果粗略地按照1:8的匯率,約合人民幣是112億,對比一下1996年中國全年的軍費支出是720億人民幣,這相當於我們一年軍費的1/7!
且慢,這只是F100的一個片段,要了解F100,還得看他的前世今生。在F100正式立項前的2年(1968,一說1969),美國空軍、海軍就已經聯合提出了初始工程發展計劃,要求在18個月內造出一台驗證機,也就是說1970年F100立項的時候已經完成了驗證機研製,這一點和中國是重要的差別,中國發動機的「立項」是幾乎是從零開始。回到1968(或者1969),當普惠開始F100驗證機研製的時候,手頭上已經有了成熟的核心機JTF22,如果要問JTF22研製了多少年,答案是10年!所以,如果從JTF22開始算,到F100-PW-100交付(1974年)已經過去了16年!如果故事到這裡就結束了,F100從此過上了幸福的生活,那麼F100就只能是個童話,事實上,F100的噩夢剛開始。
普惠為了縮短研製周期,片面強調性能,忽視了適用性、可靠性、耐久性和維修性;最重要的是減少了最不應該減少的試驗時間,使發動機遠未得到充分試驗驗證。F100-PW-100在1974年底交付以後,出現了一系列致命性問題,發生了多起機毀人亡的事故,甚至迫使美國空軍一線戰鬥機全面停飛。就這樣,F100經過反覆改進,直到1984年,最新型號F100-PW-220研製完成,才算基本解決F100-PW-100發動機的問題。此後F100-PW-220從定型到批量生產、投入使用又耗費了近兩年的時間,史無前例地完成了4000個循環的加速任務試驗。至此(1986年),F100用血淋淋的事實換來了最終的成熟,而時間距離核心機JTF22開始研製已經過去了28年!遺憾的是,我並沒有從公開可信的資料查到JTF22那10年和研製F100-PW-220那12年(1974-1986)美國投入的經費,但我們可以粗略估算一下,28年的總投入應該比14.1億美元(112億人民幣)翻了不止2倍,姑且只按3倍計算,那就是336億人民幣,這樣算起來,大約相當於中國1996年軍費(720億人民幣)的一半。如果把時間再退回到1987年,F100徹底成熟,而「太行」發動機剛剛立項,當年中國的軍費是210億人民幣。也就是說 「太行」還沒開始乾的時候,F100已經花掉了中國當年軍費的1.5倍之多!看到這裡,你應該能明白什麼叫「輸在起跑線上」,什麼叫「燒錢」了吧?
10年,10年之後又10年,10年之後再10年;10億,10億之後又10億,10億之後再10億……用今天時髦的話說,因為有錢,所以任性,所以也才出了一代代經典發動機。F100以後,F119發動機從地面驗證機研製開始,以2007年美元幣值計算,花費約25億美元;至於美國目前最先進的F135發動機,其研製經費一漲再漲,已經接近80億美元,而這兩個型號都不是從零開始,因此這兩個經費數字也不是研製總費用。
故事到這裡並沒有結束,實際上,正如我們看到的,美國每個飛機型號在預研階段總是有2個型號競爭(YF22和YF23,X32和X35)一樣,發動機領域美國也搞了我們所說的「雙流水」,在普惠搞F100的同時,GE搞了F101(後來發展為F110),所以,一型經典型號實際掏的是雙倍的科研經費。除此以外,美國是在航空發動機領域唯一一個技術和商業模式都取得全面成功的大國,美國發動機不止技術先進,而且賣得好,能賺錢。美國之所以有錢,之所以任性,就是因為依託北約盟國市場,用整個市場資源支撐一國的發展。
2.俄羅斯:不計成本,一干就是三代人的AL-31系列發動機
這個原資料太長 借鑒意義不多 不細說了
3.印度:卡弗里——33億美元聽個響
原以為印度的航空發動機產業根本不值得一說,但總有人拿印度和中國對比說事,那就說說印度引以為榮的「卡佛里」發動機。
所謂「卡佛里」渦扇發動機是印度燃氣渦輪研究所(GTRE)於1989年開始研製的渦輪風扇發動機,也稱GTX-35VS。印度的雄心壯志是用卡佛里裝備印度斯坦航空公司的「光輝」(Tejas)輕型戰鬥機(LCA),實現飛機和發動機的全國產化。至於外形酷似幻影2000的LCA號稱是要抗衡巴基斯坦的F-16和JF-17的。當然,對印度來說LCA對付殲-10應該也不在話下。不過殲-10在2006年前就已經成軍,至於LCA,其進度一拖再拖、指標一降再降,當殲-10發展到三代半的時候,LCA離二代半越來越近。以印度的工業基礎而言,印度人對卡佛里的期待,可以說一點不亞於中國當年的大躍進。
卡佛里1989年4月在法國斯奈克瑪發動機公司技術援助下開始全面研製,要說配本來就具有法系血統的LCA,也還算門當戶對( 「太行」發動機是1987年立項,可算是同時起步吧),1995年3月核心機首次運轉,同年9月整機運轉成功。1998年第三季度,因為印度核試驗,美國對印度進行強制經濟制裁,美國和歐盟都終止了與印度在航空工業的合作,所以卡佛里的最新型別(K5型)只得轉投俄羅斯,從此開啟了卡佛里的神發展道路。俄羅斯有錢不賺白不賺,為印度提供了高空實驗台、圖-16轟炸機和伊爾-76飛行實驗台,這個大禮包,對當時尚未完全擺脫蘇聯解體後經濟困境的俄羅斯來說,也算是雪中送炭了。直到2003年初,卡佛里已經完成了總共1200小時試車(含地面試驗和高空試驗)。
2010年,卡佛里在LCA-Mark2戰鬥機競標中輸給了GE的F414發動機,這成為卡佛里下馬的導火索。2011年2月,印度官方宣布已經試製出9台卡佛里和4台核心機,原型機和核心機累計進行里1975小時地面和高空條件試驗(此時中國的太行已經裝備部隊了)。2014年11月18日,卡佛里正式下馬。至此,印度在卡佛里項目上耗費了25年時間和2106億盧比(按照現在匯率約33.7億美元)。印度人學美國人花錢的大氣也任性了一把,結果只在借來的伊爾-76飛行台上聽了個響(累計73小時),邯鄲學步的卡佛里終於夢斷俄羅斯。卡佛里項目這筆高昂的學費讓印度明白:航空發動機不是你想玩就能玩!卡佛里也讓中國人明白國際歌里唱的:從來就沒有什麼救世主,也不靠神仙皇帝!要創造優秀的發動機,全靠我們自己!
其實卡佛里的失敗是必然的,前面說過,美俄成功的秘笈是工業基礎加科研設施。印度的工業基礎不要說抗衡美俄,就是跟中國比也不在一個量級上。至於科研設施,別的不說,就發動機必須的高空實驗台,印度就是一項空白,而中國已經經歷了數十年的建設。
4.中國:「太行」累計投入不過26億人民幣
就倆字 心酸
不過現在情況貌似也在向好的方向發展了
原文:
太行燒錢千億? 航空發動機到底哪家敢燒錢?太行燒錢千億? 航空發動機到底哪家敢燒錢?_網易軍事
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破3k了 無論贊的罵的 都謝謝
來好多私信問我各式各樣問題
這兩天正是我research的風洞試驗 忙的要死很多回的都不是很及時 抱歉下
昨天超級不順 光calibration就做了10小時
然後今天就超級超級順了~數據漂亮的一塌糊塗
上幾張照 也順便解答下那些問我在美帝學航空是什麼樣子的問題
做這傢伙做了近3個月。。
寶貝正在風洞里沐浴著春風(真的是春風= =)
寶貝嫌風不舒服換了個角度
一群人七手八腳
所以你也看到了 我也許在航發這個問題上在搜集了七七八八的資料後答得還可以 但我平時也就忙這些很Low的東西 畢竟才大四
可我也要說 就這條件 也基本可以完虐全世界了 全球能有正八經的風洞的大學絕對屈指可數 不 能有正八經風洞的國家都沒幾個
說到中美大學在培養工程師方面的差距 我覺得一點也不比航發的差距小
我來美帝前就知道老美2 來了後發現他們不是一般的2
可是在前期基礎數理化這種大課虐完他們後 我就開始被我的同學們虐了= =
尤其是到動手方面 我基本是被全隊一起教。。。你知道被妹子手把手教怎麼用driller時的丟臉感覺么
這幫人基本都工程師世家 在一種非常經典的工程師文化下長大的 然後投身此行業顯得非常正常
而我想說 這種家庭和社會文化 美帝很常見 國內基本沒
國內還基本停留在全民追錢熱 哪有錢去哪的狀態
熱愛藍天的人?我相信很多
投身於這行的人?估計就沒幾個了
堅持下來的人?你可以開始扳著手指頭數了
還奇怪為什麼航發能差這麼多了么
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只是過來說下
連續四天 差不多40小時 共計168runs的風洞試驗剛剛終於結束了 我基本癱了。。
也同時繼續回答在美帝學航空是什麼樣子
新更改過後的empennage在60度角時
是不是突然變得巨丑 90度角時像條魚0度角時像海豚
嗯我都不想認他了。。。
祝願中國航發發展順利的同時 也希望各大學和研究院所的基礎設施建設能夠儘快提高水平 至少到圖中的水準
這方面無論砸多少錢 都只會值得
04/02/2015 mark
okay再來更新一次 上日報了。。。終於
(評論里有人提醒:你怎麼跑題了呢?我看了一下,原來是問題不知道什麼時候改了。我當時回答這個問題時問題是:「為什麼中國航空發動機的技術進步這麼慢?」 )
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我對航空發動機的控制器還是比較了解的,可以給大家簡單介紹一下航空發動機控制器這個東西。由於是保密的所以不能提供圖片,網上能看到的圖片也都是幾十年前的東西,這裡也不能說的太詳細。(後面航空發動機簡稱發動機)
首先,航空發動機控制器是做什麼用的呢?有人將其比作發動機的大腦。它感受飛行器的環境溫度、環境壓力、飛行高度、飛行速度、發動機各級轉子的轉速、發動機內部各重要部位的溫度和壓力、壓氣機各級轉子葉片的角度,尾噴口的大小和方向,再根據飛行員的操作意圖,是巡航飛行、加速還是減速、是否需要做機動,然後根據這些信息控制供給發動機所需要的燃油、調節葉片角度、調節尾噴口面積、調節尾噴口的角度。這是一個多輸入多輸出的系統,各輸入和輸出之間很多都是曲線關係,還包含了很多邏輯關係,所以控制器基本上就是一台計算機。學過自控的同學大致可以了解這有多難。
控制器有多複雜?你可以這麼想像,有2000多種齒輪、齒條、槓桿、凸輪、活門、噴嘴擋板,把這些都放在一個電飯鍋里是個什麼情景。嗯,看起來和下面這個圖片感覺差不多。(感謝 人類製造的最不可思議的機器有哪些? - 匿名用戶的回答 中匿名用戶提供的圖片)
控制器有多精密?舉個例子,控制器里有種東西叫活門,有點像平常我們見到的液壓缸,但密封方式不一樣。液壓缸里為了保證活塞兩邊的油不連通,液壓缸活塞上裝有橡膠皮碗,橡膠皮碗的直徑比活塞腔略大,橡膠有彈性,所以橡膠皮碗裝在活塞腔里時 ,皮碗就被壓緊在活塞腔壁上,皮碗和活塞壁之間是沒有縫的,所以活塞兩邊的油就被密封了。而控制器的活門由於工作需要,不能用彈性密封材料,而且活塞要能自由移動和旋轉,所以活塞和活塞腔之間是有縫的,但這個縫非常非常小,小到連油都過不去,活塞兩邊的油就被密封了。這個要求對縫隙的尺寸非常嚴格的控制,只要有個纖維或有點灰塵,活塞就被卡死了,所以裝配廠房都是無塵的,裝配工人的穿著和手術室的醫生一樣。平常你見到的機械零件掉地上撿起來接著用,活門這個東西掉地上就報廢了。
控制器的使用環境是什麼樣的?控制器是安裝在發動機旁邊的,工作環境是高溫高振動。溫度極端條件是在冬季的東北,發動機沒啟動時是零下40度,啟動後是零上150度。10g加速度的振動是正常工作條件。
控制器的難點在哪?前面說過了,控制器的功能之一是控制給發動機的供油,這個功能有點像汽車的缸內直噴,汽車停止供油了頂多歇在路上,航空發動機停止供油了飛機就掉下來了。控制器幾千個零部件有一個出現問題,都可能是災難性的。保證不出問題有多難?你見過開了十年不出問題的車嗎?控制器可是要保證每一台十年內都不能出問題。
前面說的都是機械液壓控制器,電子控制器的情況是什麼樣的?電子控制器優勢是很明顯的,可以實現更複雜的控制,結構也更簡單,重量更輕,是未來控制器發展的方向。但電子控制器缺點也很致命,在惡劣環境下電子產品 非常容易失效,而且電子產品的失效沒有任何先兆,難以預防。另外,電子感測器的信號都很微弱,容易受到干擾,電子感測器失效也是個問題。航空發動機的控制器是絕對不能失效的,這是電子控制器主要需要解決的問題。
培養一個控制器的工程師有多難?以我的經驗,不管是本科畢業還是研究生畢業,剛畢業的學生都完全搞不懂控制器是怎麼實現各功能的,都需要從頭培養。天資聰慧的人三年可以入門,十年可以擔當,但一輩子都沒搞懂的人也大有人在。
為什麼發動機的技術進步速度那麼慢呢?
我想從技術和制度兩個方面說明一下。先說說技術方面的原因。我們國家的航空工業原先都是蘇聯援建,所以並不是從零開始的,很多東西都有原型。這樣做起步比較容易,所以很快我們就有了自己的航空產品。但問題也就出在這裡了,基礎的數據都沒有,只知道是什麼樣子的,不知道為什麼是這個樣子的。前面介紹過了,控制器像個多輸入多輸出的計算機,那麼我設計控制器的時候當輸入是某個具體情況時,我總得知道控制器的輸出具體是多少吧,抱歉,沒有這個數據,誰也提供不了。那怎麼辦呢?就是靠試驗,大量的試驗,發動機試驗,積累數據。欠的債都得補回來,先天不足就是靠後天補。但這可是發動機試驗,反覆一次周期都很長,而且要反覆很多次,這些反覆驗證所需要的時間是非常長的。
再說說制度方面的原因。控制器是要保證十年內不能出問題的,那麼究竟是怎麼保證的?按照質量保證體系要求,也是試,大大小小的試驗,所有在用戶那裡可能出現的情況都要模擬來進行試驗測試,不同環境下的試驗都要做,GJB150《環境試驗方法》規定的內容都要過。(《環境試驗方法》的內容網上都有,不過還是給大家搬過來吧,省的大家去查了,這些試驗包括:高溫、低溫、溫度衝擊、溫度-高度、太陽輻射、淋雨、濕熱、黴菌、鹽霧、砂塵、爆炸性大氣、浸漬、加速度、振動、雜訊、衝擊、溫度-濕度-高度、飛機炮振)。拿低溫試驗來說吧,小東西還可能用環境試驗器來模擬,發動機的整機試驗就不行了。你想想,飛機發動機噴出去的氣的反作用力能把飛機推上天,這得要多少空氣,把這麼多空氣瞬間降低到零下40度難度是非常大的。所以進行發動機低溫試驗比較簡單的方法是在氣溫是零下40的地方做,但即使是中國最冷的地方一年也就那麼幾天能達到這個溫度,一旦試驗出現問題下一次試驗就是一年以後了。除了環境試驗以外還要進行壽命試驗,就是產品保證多長時間我就實際做多長時間的試驗,可以想像一比一的壽命試驗得做所需要的時間是非常長的。有加速等效壽命的試驗方法,但我們沒有基礎數據對吧,你憑什麼說你做1個小時的試驗可以相當於實際上2個小時或3個小時試驗呢,所以目前很多試驗只能硬來,積累數據?即使用加速等效壽命試驗的方法也依然需要很長的時間。各試驗小部件先做,然後是整機,然後是發動機,最後裝在飛機上試飛,當通過了所有試驗考核以後產品的整個設計和工藝就被固化下來了,依靠質量保證體系保證以後生產的產品質量全都可控。全部這些試驗做完,花的錢不說了時間消耗的那可是杠杠的。這時候你發現通過新技術的應用有一個小部件你可以改進一下,嗯,改得不錯,但誰能保證這個改進後的部件能否保證不出問題呢?你不能拍著胸脯說我保證,抱歉你沒有這個資格做這樣的保證,一切都要靠試驗說話。會為了你這個小小的改進把整個試驗過程再走一遍嗎?不會,動靜太大了,人力物力的消耗都是相當巨大的。你的小改進只能等重大的改進改型的時候,隨著重大改型一起進行試驗。由於有質量控制的要求,所有的技術改進都要讓步於質量控制,畢竟這東西出問題是機毀人亡的結果,誰也不可能逾越雷池半步。所以發動機的技術進步不是漸進的,而是階段性的,你會發現發動機一段時間技術根本沒什麼進步,然後突然就上一個台階。你能看到的例子就是殲十相比殲八的進步。
綜上所述,單就因為技術和制度這兩方面原因,你看到的發動機的技術進步就難以持續地飛速發展。
==完==
大家可能也比較關係發動機以後的進步會提速嗎?其實發動機的進步已經在提速了,以前一個人一輩子只能研製一個型號的發動機,現在的速度已經是以前的幾倍了。舉個零件的例子,控制器為了減重,所有的零件都是裝在一個叫殼體的零件里的,所以殼體里充滿了各種形狀的空腔,還有些管路,這東西設計很複雜。你想像一下,你有個很大的生日蛋糕,你用筷子從四面八方不同的方向給蛋糕插洞,要求所有的這些洞都不能在水平或豎直的平面內,而且每兩個洞一組,洞的端頭是連在一起的,而且每個洞和其他不連通的洞之間的最小距離不小於4mm。好了,你就插把,插到不能再插了,這個蛋糕就和殼體很像了。你是不是很難保證上面的要求?你插完之後肯定想問我怎麼知道這些洞是否按照要求連通了,而且和其他洞之間的距離足夠呢?以前這些問題主要通過人工計算來確定,依靠空間解析幾何。現在簡單多了,由於計算機的應用,有了三維設計軟體,直接在模型上量就好了。而且隨著模擬的應用越來越多,設計也比以前更有把握。以後,發動機的基礎數據積累完成後,技術進步的速度還會更快。
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另,排名第一的回答說的沒錯,我們是有國產發動機的,而且大多數都是國產的。
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4.28更新
評論中的一些疑惑在這裡說明一下。
有人問怎麼都是說控制器的呢?一點都不全面!
您沒仔細看我回答的第一段,我對這個比較了解,當然是從這方面說了。說其他我也不專業,萬一說錯了不是誤導您。當初寫這些東西也只是想給大家做一點知識普及,因為我和很多非航空專業的人聊天時發現很多人甚至不知道航空發動機上有控制器這個東西。
我在回答里也說了,只從技術和制度兩方面分析。當然有其他原因了,但由於個人能力所限,恕不能全面分析。
航空渦輪或者燃氣輪機的發展水平,是可以用來衡量一個國家機械工業水平的最好指標之一,因為它對於流動,傳熱,材料,振動,控制等等各個方面,都有非常高的要求。別的方面不說,只說我了解的。
所謂航發對材料的要求,主要是燃燒室和渦輪。尤其是渦輪進口導葉和第一級葉片。渦輪前總溫(Tt4),對於發動機推力的增大,起著決定性的作用。除了使用耐高溫材料,如合金葉片或者單晶葉片,葉片的冷卻對於現代燃氣輪機越來越重要,如內部冷卻,氣膜冷卻,衝擊冷卻,發散冷卻等等。。。對渦輪的性能提高的要求,主要集中在熱力方面,在氣動方面要低很多。
相反,航發對壓氣機的性能提高的要求,主要集中在氣動方面,即如何用最少的級數,實現儘可能高的壓比。比如,AL31風扇實現3.2的增壓比,需要4級,新一代的發動機,可能2級就足夠了。而且,新一代風扇的生產工藝非常先進,可以使用空心葉片,這樣也會大大降低航發的重量,從而提高推重比。
我國在現代渦扇設計製造方面,是全面落後,而不是有些人認為的,什麼能設計出來,造不出來。可以這樣說,沒有國外機型做參考,既設計不出來,也造不出來。即使是WS10A,可以說在設計方面,我們能做的改動,是非常非常有限的。原因主要有:
首先,很多在設計崗位擔任要職的工程師,理論基礎有限,且沒有掌握先進的設計方法。比如,從前我們對壓氣機的氣動設計,主要還是集中在子午面的一維設計,而此時國外已經採用了全三維設計(實際也是二維設計三維校驗的trial and error)。
其次,對於基礎研究投入嚴重不足。比如,美國在30年前已經大力投入渦輪冷卻的研究,在很多高校的turbolab中建立了渦輪冷卻研究機構。我國的相關工作,雖然也早已開展,但一直得不到重視,很多高校還在使用美國人20多年前的試驗方法。
另外,不得不說。還有個體制的問題。目前的體制,沒法從海外引進具有相當經驗的優秀人才。我的一位朋友,在美國一家公司擔任壓縮機的首席設計師,年薪超過 40W刀。05年的時候,國內企業企圖挖他,卻不能提供相當的待遇。比如,此單位答應給他20WRMB的年薪,加100平米以上住房一套。他對待遇略有不滿,可對方明確的告訴他,這是最高了,因為老總的年薪是50W(或80W,記不清了),這是第二級。很遺憾,如果能夠引進這樣的幾十名航發各個方面的重要人才回國,十年之內,大的問題絕對解決。
當然,國內現在也意識到不足,並且意圖在各個方面有所改善。效果如何,短期之內,是不得而知了。
文摘:傅恆志院士 中國航空發動機材料技術的現狀
航空製造是製造業中高新技術最集中的領域,屬於先進位造技術。航空製造同一般製造相比,共性是主要的,但也有自己的特點:(1)特殊的要求——強調產品的高性能、高質量。比如,飛機的減重都是以克來計算的,航空產品很重視比強度,即單位重量的強度。現在採用C—C材料、高分子、聚合物材料,比強度比鋼高得多。(2)製造工藝的新概念、新技術。對航空製造而言,最大的問題還是技術,只有技術才是產品高性能、高質量的根本。從熱加工來看,很多發動機採用單晶空心葉片,從多晶變成單晶,性能提高了好多倍。目前美國愛立森公司做空心葉片(空心葉片可以耐更高溫度),壁做得非常薄,有許多氣冷通道,可把使用溫度提高七、八百度。這種技術就是高新技術
飛機發動機葉片的新材料已經發展為第4代單晶。開始時用多晶的鎳基高溫合金,後來製成了定向晶界的多晶葉片,結晶方向與受力方向一致,性能提高很多。目前製作成了無晶界定向單晶,性能更提高了,製作難度也更大了。
第4代發動機渦輪盤為雙性能盤,這種盤外邊是細結晶組織,抗疲勞性能好,裡邊是粗結晶組織,抗蠕變性能好。
對於航空發動機葉片,現在國內外開始研究欽鋁化合物的定向單晶,我們也正在研究。據美國NASA估計,到2020年整個發動機材料總量的20%~25%將是鈦鋁合金。
對於新材料加工技術,我舉兩個例子。第一,現在新發動機都採用粉末渦輪盤。這種工藝就是採用高純激冷粉末製成渦輪盤,組織非常均勻,性能非常好。第二,現在飛機上很多大零件,特別是鈦零件,非常難做,也是把它製成粉末,用高能量的激光照射,用CAD控制方法製成的。
最後,我想提一點,我國的航空製造業同歐美等先進國家是有差距的,要振興我國的航空製造業一是要加強創新意識,二是要重視基礎研究
說到這裡,講個小故事
當年863計劃,航空部材料所有一項,粉末冶金渦輪盤。就是把金屬粉末,按比例(呵呵,這個比例可是國之機密)放在容器里,高溫高壓下,變成合金。具有很好的結晶順序,可以耐高溫,強度也好。F404 上的高壓渦輪盤就是這樣的,咱們就照著葫蘆畫瓢吧。整個項目3.5億RMB,還不錯,搞定了,大大小小的慶功會也開了不少。新材料有了,咱們也來一盤?上車床,從盤心到盤邊,F404是一刀走到底,這樣保證沒有因為換刀時產生的痕迹,(將來就是裂紋的萌芽),可是問題是,我們的車刀的材料不行,一刀走不
完,就磨沒了,得換刀。這下才發現,我們還得要另一個攻關項目。所以,我們的水桶,每一塊板都不夠長,這個水桶就是我們的工業能力,我們正在集中力量,加高每一塊板,尤其是那些相對更短的板。兩彈一星只是一個相對獨立的項目,可以集中力量辦大事,(即便是這樣,也有很多土法上馬的例子)。而整個工業能力的提升,又怎樣集中力量辦大事哪?
講了這麼多不足,其實回顧歷史,我們的進步是巨大的
我們的航空發動機,建國前,是空白,比白紙還白,一窮二白。五十年代從朝鮮戰爭起,開始修發動機,戰後,由於我們志願軍將士的英勇犧牲,我們在老大哥那裡,基本上屬於有栽培潛力的了。隨後的156個項目,是人類歷史上最激烈,最徹底的工業化。瀋陽的黎明廠(有幸在那實習了一個夏天,瀋陽的狗肉和試車的轟鳴,一起記錄在青春的回憶中) 就是156之一。
不到十年,我們就在表面上(注意,是表面上)趕上了世界先進水平。60年代初的Mig21仿製成功,我們在渦噴發動機上也擁有了雙轉子軸流式渦噴的先進水平。
可是,知其然不知其所以然。老大哥一撒手,我們就抓了瞎。對於原設計的任何改動,都會引發多米諾骨牌式的連鎖反應。加上文革的折騰,我們用了20年,才在80年代初,成功地吃透了MIG21 和渦噴7的技術,並推出了成功的改進型號。殲7G被譽為世界上改的最好的MIG21。可惜晚了二十年。
即便是在被封鎖的最嚴的60,70 年代,TG從來沒有放棄引進技術。兩個中隊的殲6從埃及換來了MIG23,從MIG23上仿製的WP15至今是TG最大推力的渦噴,只是一直沒有合適的機型。花巨額外匯(當年)引進的斯貝生產線,使得西安的430一直是三機部加工工藝最好的工廠。(老大哥當年的工藝就不如約翰牛)Spey也是沒有裝機。但是,WP15 和Spey都給了我們很多啟發和具體技術,工藝上的提升。
隔壁小胖的作業早就抄不上了,我們在70年代末和班上最優秀的同學結成了一對一,美利堅同學的作業讓人眼花繚亂,每道題又要花大價錢才給抄,一時半會不知道先抄那道題好。到了90年代,我們一道和平典範的題才抄一半,老美翻臉了,把我們的作業本都扣了。但我們好歹還是瞄了兩眼,大體知道了他的解題思路 (航空部後來頒發的設計標準,簡直就是美軍標:設計規範的翻譯版。)TG野路子走慣了,從來不按牌理出牌。在蜜月期,也沒有閑著搞小動作。民航買了一批737,裝CFM56,其核心機就是GE的F100 (兩台裝F-15)的核心機。 核心機就是高壓壓氣機,燃燒室,高壓渦輪組成的,又叫燃氣發生器。都模塊化後,可以和外圍的風扇,低壓壓氣機組成一個系列的型號。這個CFM56能買到,也是我們擺事實,講道理,美國國會和巴統特批的。批之前,就有人說,TG要是偷我們的技術怎麼辦,blah, blah. 可是哪有賣飛機不給賣備用發動機的?波音的遊說集團畢竟給力。這批發動機,封在箱子里,美方每半年來查一次。(記得休斯公司的衛星嗎,三 CIA 特工24 小時日夜監守,最終也沒能下的手), 這,能難得住我們英雄的中國人民嗎?拆箱,編號,直運瀋陽,測繪,建模,組裝,運回北京,上封條, 不到五個月,搞定。
看上去抄個作業還這樣費勁。但凡事都有個過程,以中國人的聰明勁當然是一邊抄,一邊琢磨人家的解題思路,還要補以前沒學過的知識。TG就象一個天賦不錯的工農兵大學生,高數課上聽不懂,抄作業過關,可回家就把初中,高中的課本全翻出來,惡補基礎知識。
為什麼美蘇都不設防三哥?就他那點基礎,還不用功,給他抄,給他把家教請來都不靈。
但是,CFM56 也只是給了TG一個大致的方向。整個核心機的尺寸,一模一樣。本科畢設的題目就是10A的所有葉片的動力相應分析。所有分析,計算,試驗,材料,工藝 的攻關,90年代全面展開。
風扇和匹配的低壓渦輪得從新設計,新材料(粉末冶金,單晶葉片)新的合金,新的加工工藝(摩擦焊,電子束焊),新的計算方法,新的試驗方法,新的試驗台,中國的航空動力人,忙乎了將近二十年,把我們離世界先進水平的差距從35年縮短到20年。定型的太行基本達到了推比8的性能。這期間,航發的全權數字控制系統(FADEC),先進的計算流體實驗室,完備的試驗體系,都是頭一次建成。以後的發展就是加速度了。
有人說,美帝10年就可以開發出一個新型號,為什麼我們要二十年?不要忘了,美帝代表的是人類目前為止技術的最高水平,他的齊備的工業體系,他在基本上所有子項目上獨步全球的技術,使得他可以把他已有的技術整合一下,就可以拼出最好的產品。而我們,得攻關,而每一個子項目的攻關的失利,都會直接延遲整個項目的發展。這就好比蓋房子,人家是所有的電動工具一應俱全,還主持制定了現有的建築標準,也擁有所有房子裡面子系統的最高技術(空調,材料,隔音等等),還領導著建築界的新潮流。我們呢,才剛開始蓋房子,木頭也不好,工具也不行,建築工人也是才是從農民轉來的,更糟糕的是什麼地方用什麼料,用多少,都得從頭摸索。怎麼一個難字了得。
還記得小時候學習嗎?是個加速度的過程,高中生一天學的內容,小學生一個月都學不完。就是在這樣的條件下,我們一步一步地趕上來了。我們離法國,俄國都沒有質的差別了,趕上他們只是時間問題。我們離美國再也不是望著他們絕塵而去了,而是步步緊跟,總有追上的那一天。到底,領跑的也有他的難處,技術的發展也不是那麼快的。
看了 @Kevin.Chen的回答,我在想,這是否代表了相當一部分人的觀點呢。
所以覺得或許自己可以說點什麼
1.關於錢。
各位千萬不要以為我們已經是超級大國了,不差錢。我們最近是闊了一點,但比起老牌強國還差得遠。
有張圖很有說服力:
看到了?2010年及之前中國人的軍費和美國人基本不在一個數量級上,即使是2015年,二者差距也有數千億刀之多。如果對過去做個積分,則不難看出二者真是天差地別。考慮到雙方軍費的使用狀況(中國軍費少,大部分都用來維持現由部隊的吃穿用度,少量用於保障寥寥幾個沒下馬的重點項目;而美國有相當一部分錢可以用來搞科研,其中包含基礎性的研究),相差就更大了。
有錢沒錢差距巨大,以我們熟知的F22戰機使用的F119-PW-100引擎為例。其上世紀八十年代立項,研發用了大概二十五億美元。聽起來不多,對吧?但你要知道1985年中國全軍的軍費也只有不到兩百億人民幣,換算過去(按當時匯率)甚至不到人家一個引擎研發費用的60%。人家的引擎可是站在巨人肩膀上,之前前期型號同樣是這麼燒錢的。這一來二去,差距只能越來越大。
進入二十一世紀一來我們開始有了點錢,軍費多了點,科研也多了點,但成果卻是沒辦法立刻蹦出來的,只能靠大量金錢長期投入來慢慢熬。部隊發言人總說我們「是在補過去的舊賬」,其實原本就是大實話。
2.工程師。
考慮到中國什麼時候恢復高考、考慮中國什麼時候第一批博士生畢業,就不難看出我們也只是再補過去的帳。行業經驗需要積累,人家的成功是一代一代工程師和科研人員努力的成果,你只想靠一代人就追上本來也不現實。
3.工藝。
這種東西特別看經驗,特別看積累。某些複雜的處理手段不經過幾千上萬小時的實驗,是沒法摸索出來的。這東西沒有任何捷徑可走,絕非來一兩個天才就能搞定的。
歐美的領先可是從二戰之後(甚至有其中一些諸如冶金方面的企業,其相關歷史可以一直追溯到十九世紀)就不斷積累的,中國人要迎頭趕上可是千難萬難。
4.體制。
這個毫無問題!上面提到的幾個點還有下面提到的幾個點都是體制的鍋!
指責體制甚至用不著瞄準,你射的所有箭都會完美的打中靶心!!
吐槽完畢,先進的管理經驗這東西可不會憑空冒出來,而且也必須貼合實際。企業文化之類的東西也只能慢慢熬,所以咯……
我們只要噴「一切都是體制的錯」,然後看著他們該幹嘛幹嘛就好了。
5.工業基礎薄弱。
……好像又回到了之前的問題上。請將2,3兩條部分關鍵字替換掉放在這裡,自可得到解答。
6.大師。
…………………………
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和第2條好像又有異曲同工之妙。
49之後無大師,那麼作為對比49之前呢,我們好像還不如之後,之後好歹還能派留學生去蘇聯,回來就可以弄弄渦噴,自造一下殲六殲七(尤其是殲七及其發展型號。說殲七系列和mig21全一樣的請自覺摺疊我的觀點,原因是我覺得您很高端,低端的我和您沒法交流),對比起來民國的大師們貌似更為人熟知的是諸如抗戰時弄弄「精神原子彈」之類的事,好像到真和現代工業扯不上太大的聯繫——對了,真正理工方面的大師大部分都是從海外回國的,而且相當一部分都是,呃,該死的49年之後。
89,出去了一些人,但我尋思著其中有不少人走的其實挺好的。至少看到了東歐蘇聯和後來的埃及敘利亞利比亞烏克蘭之後我確實隱約這麼覺得。當然,也的確是有些能人因為感覺失望而離開的,對此,我只好說:「請保重,在那邊也要加油。」我們來看一個視頻:
[視頻]【大國工匠】鉗工胡雙錢:35年沒有出過一個次品
請大家關注這個事實,有助於理解題主的問題。
「一年多前,老胡一家從住了十幾年的30平米老房子搬了出來,貸款買了上海寶山區的70平米新家。」
一個認真努力工作35年的能工巧匠30幾平米的房子住了十幾年,在上海寶山區買個70平米的二手房還得負債!
還有就是胡師傅的一摞子獎狀。
從拿到很多獎狀來看,對人才的獎勵還主要停留在精神獎勵層面(包括胡師傅這個「勞模」獎),把獎狀、把情懷當成工資發,改革開放30年了,對人才的激勵方式卻一直停留在毛主席時代。
國企都有一個特點,人才是次要的,重要的是國家給予的壟斷地位、壟斷的國家資產以及從國家獲得的投資。
依靠壟斷這個武器可以搞出中石油這種巨大的(但是無世界級競爭力)的央企,但是我懷疑依靠壟斷能搞出世界水平的發動機(或者具有世界級水平的科技公司),把投資給比亞迪,說不定搞得比什麼中航工業、中國商飛要好。在知識經濟時代,我認為最重要還是人才。什麼發動機材料啊、發動機設計啊,控制啊,很多知友在這種客觀條件下找原因,但是我的觀點是,這種技術性的問題,有人才都能解決,航空發動機雖然充滿了黑科技,但是現在2015年了,現在的研究工具、分析方法、試驗手段日益先進,難道我們使用現在的技術,真的就搞不出美俄80年代的水平?我現在看到的情況是這個行業的人才不斷流失,公司成立初期,來了一幫子上交的、復旦、同濟、清華的,但是幾年過去了,他們走的差不多了吧。關於這一點可參考樓下關於中航工業清華定向生的帖子。
以前在高校的時候,與研究所的人接觸,覺得那些工程師水平相當一般,現在工作5年了,也成了那種人了。為啥?很少人有持續學習的動力,學了多了有啥用,又不像計算機、金融遇到天花板了、工資沒給足了跳槽可以獲得更好的發展或者待遇,或者自己有好的想法可以創業,資金青睞得很。學航空航天的路很窄的,只能轉行了。航空報國夢很多人一開始其實是有的。
~~~~~~~~~~~~~~修改於4月4日~~~~~~~~~~~~
我注意到樓下一條回答特別好,但是大家可能看不到它,請允許我引用在這個地方。
「雖然已經離開航空設計領域了,但看到一個其實在講情懷的答案被頂到第一,仍然覺得很悲哀。
大概這就是大多數人對於從業者的態度了吧。
為這個國家已經付出的青春與健康,頓覺不值錢了。」
1.工業基礎原因。一台航空發動機要有世界先進水平,幾乎什麼零件都要世界頂尖的。比如世界頂尖的軸承,世界頂尖的油封,世界頂尖的葉片等等。
這就意味著,要批量生產世界頂尖水平的發動機,國家需要建的不是一座世界頂尖的發動機廠,而是要建幾百座世界頂尖的零部件工廠,以及對應的一流研究機構。
2.科研體制原因。過去中國長期把發動機研發項目,作為飛機研發項目中的子項目來安排。但一款新飛機往往只需要十來年研發就能達到成熟可用水平。而一款新航空發動機往往需要二三十年研發才能成熟可用。
飛機和發動機項目同時上馬,必然會導致飛機下線後無可靠的發動機用。而飛機無發動機可用,意味著飛機也沒有存在價值,這往往又會導致飛機研發項目下馬,於是作為子項目的發動機研發項目也被拉下馬了。中國過去就有好多這種半途而廢的航發項目,現在看來真是有點可惜。
所幸現在業內人士都充分認識到了這一點,如今飛機和航空發動機都是分開立項,互不干擾了。基本思路是,現在能獲得什麼樣的航空發動機,就立項研製適用這一款航空發動機的飛機,而不再是反著來——給新飛機定製設計一款新發動機。
3.資源分散原因。現代航空發動機研製耗資巨大,需要舉國之力才能支撐。即使世界頭號強國美國,也僅有普拉特惠特尼、GE兩家航發巨頭而已,其他還有一些航發公司都是小打小鬧的了。而中國研發實力遠不如美國,但直到前幾年,還有西安、瀋陽、貴陽、成都等多家航發公司,以及各自配套的研究機構等等。
本來就實力偏弱,科研和生產資源再嚴重分散,自然就是雪上加霜了。中航工業集團的林總也看到了問題所在,先讓西安紅旗廠借殼上市(600893),再用這個上市平台整合了瀋陽黎明、貴州黎陽等公司。接下來600893(中航動力)剝離出中航工業集團,並與600391(成發科技)、000738(中航動控)進一步合併,成立中航發動機集團公司。
中航發動機集團公司將是與中航工業集團並列的中央企業,目前首屆公司領導均已任命。
4.經費投入原因。航空發動機行業,是一個需要持續高投入並長期積累的行業。光有持續高投入但沒有長期積累不行,光有長期積累但是沒有持續高投入也不行。
而我們國家長期以來還是比較窮的狀態,也就最近十來年才寬裕起來。受經濟實力所限,國家長期以來對航空發動機領域的投入並不算太高,甚至也不持續。
第一個例子,我在二十年前曾到某航空發動機廠參觀過,就是後來生產太行發動機的那個萬人大廠,走馬觀花看看也不了解技術細節。給我印象深刻的是他們介紹說,已經好幾個月沒發工資了,前不久朱總理來廠里視察,帶來幾千萬現金,給大家發了一次工資。
第二個例子,又過了一年,聽說同專業某個師姐在這家發動機廠跳樓自殺了。因為單位長期不發工資,想辭職找個能發工資的工作養活自己,但軍工企業可能也是保留人才的考慮,不是你想辭職就能辭職,所以就不批准,女孩子想不開就。。。。唉!
第三個例子,十七年前,這家發動機廠已經能按期發工資了,給應屆本科畢業生的待遇是每月工資510元,給解決瀋陽戶口。這就是全部待遇,沒有獎金和補貼之類的了。別問我怎麼知道的,我就在招聘會現場。當時我在學校里算比較節儉的,平均一個月的全部花費大概要300多元,而在此前一年到長春一汽的卡車廠實習,那裡的應屆本科畢業生月收入已經近千元,但是進不去。一汽大眾的收入就更高了,感受下這個差距。
當然我絲毫沒有指責國家不重視航空發動機行業的意思,因為在二十年前,國家的財政真是拮据啊。軍隊要給發展經濟讓路,武器裝備的訂貨接近停頓了,武器裝備的科研投入也是一個凄慘。從媒體報導來看,直到南聯盟大使館被炸以後,軍工科研投入才有改觀吧。
所以呢,中國航空發動機行業在過去那麼羸弱的投入下,仍能有這麼多產出,是非常了不起的了。近幾年來隨著航空發動機廠的整合,航空發動機重大專項的立項,將來幾十年,必然是中國航空發動機行業的大發展時期。
最後,呼籲大家不要口頭愛國,如果真心支持航空發動機行業,就要去買600893(中航動力)的股票,它將成為中國唯一的航空發動機上市平台。中國未來要和美國並駕齊驅,先進航空發動機都靠進口是不可想像的,國家意志就決定了中國必須有自己的RR或GE。而中國的航空發動機廠商已經被整合得只剩一家——中國航空發動機集團公司,那麼誰將是未來中國的RR或GE,已經不需要去猜測了。π_π賀羽的回答簡直讓人無地自容,同是工科,我連看完他寫下的文字都是按捺不住跳讀的衝動,身在軍工企業研究所,參與各類直升機導彈和深水炸彈的研發和生產,自認為自己也算是中國工業中流砥柱的一份,站在自身角度看中國工業現狀的話就一句話:我兒子要當工程師我就打死他。。。。。不說和美國比,光看現如今的發展形式走下坡路都有可能,靠答主這樣優秀的人才回國建設絕對杯水車薪吧。。。。但是答主你可能不知道。。。。你這樣的人才本科回國,享受研究生待遇,但是,熬三年才是工程師,再過五年才是高級工程師,才到能夠參與大項目研發的資格,至於負責,高工後再等8年可以負責技術,但是不當幹部是無法全權管理一個項目,當然,中途有各種破格提拔的機會,但是你絕對會發現怎麼不是自己,即使你再優秀再肯吃苦。。。。這就是國企現狀。。。。你說去私企,對不起,中國私企幾乎沒有能夠涉獵如發動機這類高端的工業項目。。。。。我勸你一句,讀成博士後回來吧,希望你有個好爹或者有個能夠賞識你的領導吧,到底在我看來中國工業進步希望肯定在你們身上,而對於我們這些人,有機會去美國絕對會想辦法留在那邊,到底飯都吃不飽還要受比你年輕的領導的氣,房子車子不見影子,老婆還在跟著你吃苦做工程師終有一日變總工程師的夢,別怪我沒志氣想去抱發達國家大腿,而且是做夢都想去抱,在中國,出生在百分之九十九的情況下決定你的一生,別提馬雲別提任何別的例子,我這樣的人中國是按千萬記的,馬雲是按千記還是按萬記?對於我來說,我這輩子已經不求為國做貢獻了,我老婆跟了我現在還時不時要接受她娘家的資助才能去給自己買件好衣服,請注意,我在研究所,工程師,參與幾個百億項目,參與程度高的項目也有幾個上億的,研發產品用在直9直10和航母的都有,工資到手3000整,無福利,年終8000去年一個和我一屆的妹子,外公在中央,破格提拔中干,享受年薪據說是50萬,為什麼說據說,因為大家都知道不止這些。。。。岳母上個月還打電話叫我快點辦婚禮不然小孩出生了怎麼辦,聘禮不要都行。。。。你說中國工業靠我這樣的人可能嗎?但是我可以認認真真告訴你們,我這樣的居然還TM算在這行同年齡裡面混的不錯的!!!!原諒我爆粗口。。。我們這代工業人永遠不可能對得起自己的國家
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π_π不得不出來加句話了。。。。寫這個回答的時候我正在找朋友借錢準備辦婚禮,心情不太好,再加上我也確實常常擔心我這個工資溫飽沒問題但是不夠體面留不下那些有大志向的人才,擔心研究所和國家的前途會因為人才缺失而退步,又想到自己身在其位卻各種私事纏身也沒本事為國做出什麼大貢獻,於是心情糟糕寫了這麼段話,但是我真心沒有想到評論里這麼多人揪著到手3000工資不放。。。。。我想說。。。我並不可憐啊。。。我在的城市,到手3000工資真心不低啦,這是稅後工資,租房60平的整租才300到500一個月,房價的話一百多公里外的長沙房價也才5000,沒想到評論里不是同情就是自危就是替我不值。。。別這樣啊。。。http://www.zhihu.com/question/30277318/answer/49038730這是我在「中國真的有那麼多窮人嗎」裡面的回答,望覺得我工資可憐的去看看吧。。。。別各種同情心泛濫啦。。。我一個普通一本畢業,在研究所的工作又不是什麼特別辛苦僅僅是腦力勞動無非進車間會有點危險,而且工資在所在地處於中等水平,還有閑心憂國憂民你們就該看得出啊,俗話說得好,保暖思報國,可見我的日子過的不差啊。。。。。大家共勉吧。。。。如果給誰添堵了對不起了的說Σ(?ω?`|||)
看到有人說知網有相關文章,我去搜了一下,還真有可以解答該問題的
吳大觀的文章,結合與航天工業的比較說明了航空發動機發展的問題
吳大觀. 探討我國航空發動機發展中出現的問題[J]. 燃氣渦輪試驗與研究,2000,04:1-4.
我節選一些有價值的的內容方便大家看吧
——————————————————————————————我國的航空與航天工業, 同是在中國共產黨領導下創建起來, 50 年來兩者在貢獻和成就上卻
出現了差別。眾所周知, 任何一項事業的創建和發展, 必須有其一定的客觀和主觀條件作為前提, 並受其促進或制約。用通俗語言來作比喻, 就是有先天具備的條件和後天創造的條件而影響其創建和發展。航空與航天工業都是在建國初期創建, (航空工業早於航天4 ~ 5 年), 兩者都是在我國一窮二白的困難條件下成長, 先天具備條件應該基本一樣。
西方航空工業從第一次世界大戰後逐漸興起, 到第二次世界大戰已形成相當大的規模, 作戰
飛機已是一個國家克敵制勝的重要武器, 航空先進技術, 已成為發達國家的標誌。而中國在航空工業初創時期, 除了前蘇聯飛機製造技術的援助外, 我們是從無到有, 平地起家。也就是說, 我國航空工業的先天就已存在與西方國家數十年的差距, 這是不可否認的歷史事實。下面所探討的我國航空發動機發展中出現的問題, 與航天工業卻有不同之處。
- 航空發動機技術要求複雜, 涉及氣動力學、燃燒學、傳熱學、結構力學、工藝學、電子控制和計算機技術等眾多學科領域, 從科研到生產使用, 其特點是周期長、費用高、難度大和風險多。它的發展要依賴於國家的工業基礎、科技水平和經濟實力, 反過來又對國民經濟和科學技術的發展起巨大的帶動和促進作用。
- 從航空發動機的發展費用來看, 無論基礎研究、應用研究, 型號發展、批量生產、使用發展等,都需大量資金。回顧我國航空、航天這50 年的發展歷史, 為了國防安全急需, 國家採取了優先發展「兩彈一星」的英明決策, 大大促進了航天工業的發展。然而, 限於國家的財力, 航空工業(尤其是航空發動機行業)的發展, 缺乏必要的大量資金, 發展受到種種限制, 這也是歷史的必然。
- 發展航空發動機的另外一個重要前提是雄厚的基礎研究以及應用研究的基礎, 這與國家研究與發展(RD)投入費用有關。例如, 美國1998 年RD 經費投入為1905 億美元, 我國1998 年RD 經費投入為526 億元, 摺合為63 億美元, 在國際上不及美國的1/30 ;與日本相比, 也只有日本的1/22 。這些粗略數據表明我國科技實力差距之大, 如果不像航天工業那樣, 由國家採取特殊措施, 發展航空發動機談何容易。從航空發動機研製費用及研究與發展(RD)投入情況來分析, 目前國外研製一種先進的軍用渦扇發動機需經費約20 億美元。美國研製第四代航空發動機F119 , 估計經費為26 億美元。美國在擁有雄厚的技術基礎的情況下, 為支持推重比10 一級的發動機研製, 並準備開展第五代推重比為15 ~ 20 的先進發動機關鍵技術研究, 執行綜合高性能渦輪發動機技術(IHPTET)計劃, 從1988 ~ 2003 年的15 年中總計投入50 億美元, 只此一項計劃平均每年投入高達3 .4 億美元。英國羅羅公司1999 年RD 經費投入達1 .15 億英鎊。而我國60 年代中期開始研製某渦扇發動機, 20 年總計投入型號費用不足3 億元(摺合0 .36 億美元), 僅為F119 研製費用的1/72 。另外, 在發動機預研方面, 我國實施過兩項大型預研計劃, 從1980 年~ 2000 年的20 年中總計投入的經費僅相當於美國一項發動機研究計劃IHPTET 經費的平均每年投入的1/7 , 也不及英國羅羅公司1999 年經費的1/6 。雖然這些有關估計數字不太準確, 也不能完全對比, 但是從這些數字相差懸殊的情況, 足以表國航空發動機研究和發展的水平相差也實在太遠了。
我國航空發動機發展過程中存在的問題
- 對航空發動機發展的重要戰略意義認識不足。航空發動機是飛機的心臟, 在未來高科技戰爭中, 配裝先進動力的航空武器裝備仍然是奪取制空權、決定戰爭勝負的決定性因素之一, 兩次海灣戰爭和北約對南聯盟的空襲已經充分證明。同時航空發動機的發展可帶動和促進國家許多相關產業的發展, 是一個國家經濟、工業、科技和國防實力等綜合國力的重要標誌。我國航天工業, 早在創建初期就把發展火箭技術列為「動力先行」規劃之中, 然後才有「兩彈一星」的光輝成就。然而, 我國航空工業從創建開始, 把航空發動機擺放的位置, 與航天工業大相徑庭。
- 「動力先行、預研先行」的原則, 是從航空工業發展中得到的規律。卻沒有得到廣泛共識和貫徹, 致使研究基礎薄弱, 技術儲備不足, 型號研製屢攻不克。關於「動力先行、預研先行」 的原則, 航空人並非一無所知, 也曾經反覆呼籲, 但貫徹執行時緊時松, 終究未能列入國家重點規劃項目。而我國航天工業, 堅持以自力更生為主, 加強自主研究, 打好預研基礎, 貫徹「動力先行」 的方針, 早在1956 年就把開發火箭技術首先納入國家第一個十二年科學發展規劃, 強調預研發展和型號研製並舉, 從而使「兩彈一星」迅速發展, 取得了舉世矚目的成就。反之, 我國航空發動機走了一條從「修理維護-測繪仿製-型號研製-預先研究」的發展道路。長期以來, 未能真正認識到」預研先行, 打好技術基礎對發動機發展的重要性, 往往是有了飛機型號再確定發動機型號;有了發動機型號, 才能開展預研工作。這種本末倒置, 互相脫節的工作計劃, 導致我國自行研製的近20個發動機型號未獲成功。
- 把仿製手段當成目的, 消化吸收不夠, 且時間過長, 嚴重影響了我國航空發動機的自主創新發展。一個國家在工業發展期中, 為了增強自已的力量, 引進外國機種進行仿製生產, 既可解決燃眉之急, 又可借鑒國外的先進技術, 自力更生髮展自已,世界各國先例不勝枚舉。我國的「兩彈一星」所走的道路也是這樣。而我國的航空發動機, 在新中國成立後, 國家花費大量外匯創造了多次引進的良好機遇, 我們本應通過一兩個機種的引進仿製, 提高研製技術起點, 並在消化吸收和自力更生研製的基礎上,走出自行設計的路子來。50 年前世界上噴氣發動機發展初期, 美國和蘇聯就曾購買英國羅·羅公司的噴氣發動機專利, 進行仿製再自行研製而發展起來。但是, 我國卻把專利引進和測仿機種的手段當成目的, 未在自研的路子上, 狠下功夫, 而且仿製時間過長。據不完全統計, 40 多年來我國先後測仿來自5個國家的各型發動機共36 個型號, 大都是這些國家當時二、三流甚至即將淘汰的產品。尤為失策的是一旦自行研製稍出問題立即下馬再從外國買, 結果,引進仿製往往擠掉或削弱了國內的新機研製。對引進機種沒有在技術上認真組織消化吸收的典型例子, 是在70 年代中期引進英國羅羅公司的斯貝MK202 渦扇發動機, 在當時該機性能雖不算先進, 卻是我國引進國外機種中唯一經過長期使用考驗性能可靠的加力式渦扇發動機。80 年代初仿製成功以後, 不但不消化吃透, 儘快裝機使用, 反而閑置近10 多年後重新被××飛機選用, 該飛機總設計師講「沒有斯貝發動機, 就不會有今天的××飛機。」可惜的是, 斯貝買專利仿製20 多年過去, 現在斯貝國產化尚未完成。更談不上認真的消化吸收了。
- 航空發動機行業既然是技術底子薄, 國家投資困難, 卻未能貫徹「有所為、有所不為」的方針。由於種種歷史原因, 我國航空發動機行業擁有14 萬人的龐大隊伍, 在一線三線共建有7 套本行業批生產工廠, 攤子大, 品種型號多, 戰線長, 包袱重。從目前狀況看, 規模雖然不小, 但大多設備老化, 低水平重複, 技術水平較低, 只適合於生產60 ~ 70 年代的老產品, 而在國際上航空發動機製造技術日新月異的發展形勢下, 沒有集中優勢兵力, 縮短戰線, 突出重點, 及時進行必要的結構調整和技術改造, 從而導致一方面生產能力過剩, 另一方面又無法適應新機部件(包括國外來料加工)新工藝高質量的需要, 嚴重影響了發動機行業的發展。
- 發動機工廠製造技術落後, 又長期困擾預研、部件試驗和型號研製的加工製造。實踐證明, 新研製航空發動機的部件(整機)加工製造方法, 不能與批生產發動機部件(整機)加工製造方法完全雷同。由於新機部件的加工「技術新、批量小、精度高,變化多、要求急」 的特點, 在批生產線上加工新機部件, 有諸多技術上的困難和加工工藝要求不同, 許多新結構即使設計出來, 卻加工不出來, 要麼大大拖延進度, 要麼出現大量超差, 在目前航空發動機工廠面對市場激烈競爭的勢態下, 這種情況已顯得更加突出和嚴重。航空發動機研製, 從60 年代初,無論是大發和小發, 預先研究和型號研製, 多年受到加工製造的制約而拖延進展, 保證不了質量而使型號研究遭到失敗的事例, 已是屢見不鮮, 現在是到徹底解決的時候了。
- 管理落後:缺乏穩定、權威的中長期規劃,對發動機最關鍵的技術和物質條件, 缺乏預見和早期突擊安排。航空發動機發展管理落後, 主要表現在:領導機構重疊、管理分散, 政出多門、意見不一;長久以來缺乏適合國情的、權威的、穩定的中長期發展規劃, 並付諸實施, 堅持到底;缺乏科學的決策程序, 型號和大型預研項目的「上馬」和「下馬」 , 往往因人事變動或機構調整而出現大的反覆;沒有協調處理好發動機與飛機(平台)、型號與預研、全新研製與改進改型、自行研製與國外引進、工業部門與使用單位之間的關係;在關鍵的物質基礎上沒有安排好提前突破先進材料和工藝技術, 實踐證明, 歷來先進航空發動機的發展, 很大程度上取決先進材料和工藝技術的突破, 進入21 世紀的先進發動機發展尤為突出。這些管理上的落後, 確實限制了航空發動機的發展, 而有時它比技術上的落後影響更大。
- 由於缺乏實踐經驗, 各級領導和技術人員在思想和認識上也出現一些問題。對發動機研製的長期性和艱巨性, 不同程度的認識不足, 總是憑革命熱情, 主觀意志急於求成, 結果是欲速則不達。科研試驗, 理論計算, 演示驗證工作作的不深不透, 一旦進入型號發展階段, 反覆暴露出問題, 影響研製進度, 教訓十分深刻。想早些搞出自已的發動機, 熱情是好的, 但往往是不能冷靜地分析主觀和客觀情況,從而違反了發動機科研發展規律, 造成嚴重後果。
我們各級領導和技術人員, 應該發揚「不唯上、不唯書、只唯實」的科學的、實事求是的工作精神。各級領導要如實向上級反映基層生產、科研工作情況和存在的問題, 供上級領導決策參考。以往在航空發動機發展進程中某些決策:60 年代的大搞廠所結合、70 年代的斯貝引進的處理等, 效果不盡如人意, 究其原因, 與各級領導和技術人員未能如實向上級反映實際情況, 以及未能及時向上級反映發動機發展的規律性意見有一定關係。時至今日, 上級是否真正了解我國發動機的發展實際水平, 存在什麼關鍵問題, 與國際差距有多大, 恐怕也很難說清。這又是影響我國航空發動機發展的障礙之一。
鄧稼先是中國傑出的核研究科學家。有人曾經問他:「您研究原子彈成功之後,得到了多少獎金?」鄧稼先總是笑而不答。直到1985年6月他病危時,楊振寧先生到醫院看望他時,又提起了這件事,他才回答說:「人民幣10元。原子彈10元,氫彈10元。」
楊振寧先生有些不信,說:「您不是在開玩笑吧?」
鄧稼先解釋說:「是事實,不是玩笑。1985年頒發原子彈特等獎的獎金是10000元,單位里人人有份兒。由於人多,單位還墊上了十幾萬元,才按10元、5元、3元3個等級發下去。從1964年10月16日第一顆原子彈爆炸成功,到1985年首次頒獎,21年中,沒有發過獎狀,也沒有發過1分錢獎金。」
鄧稼先因病去世後,國防科技成果辦公室追授鄧稼先的《原子彈的突破及武器化》、《氫彈的突破及武器化》兩篇論著為特等獎,獎金為1000元,以及突破中子彈等另外兩項研究成果,獎金為2000元。後來,家屬把這些錢全部捐給了其所在單位的科技獎勵基金會。
開門放圖!
高校畢業生5年平均工資統計。
搞航空主力主力中的主力—西工大,綜合實力全國排名30,工科排名第9,畢業生收入排名68……
航空以及航發都是極其複雜龐大的系統工程,要靠大批設計員工程師來支撐,一個人再有情懷也是不行的。但對大批基層設計員來說,現實是冰冷的,足以澆滅情懷的冰冷,但他們仍舊堅守和不棄,默默工作,一點一滴的改進型號。
看前面評論,很多人說你們搞不出來東西還想讓國家投錢云云。航空報國還要受人冷嘲熱諷,真是悲哀。
作為國防科技工作者,沒錢沒尊嚴的心酸誰人解?雖然已經離開航空設計領域了,但看到一個其實在講情懷的答案被頂到第一,仍然覺得很悲哀。
大概這就是大多數人對於從業者的態度了吧。
為這個國家已經付出的青春與健康,頓覺不值錢了。
作為羅羅的工作人員,這個話題我應該寫寫 (當然是在遵守職業操守,不泄密的前提下)。Mark下,慢慢加東西。
聽過不少業內人士的討論,都說設計現在不是最大的瓶頸,中俄數學和力學學得好的多了去了。主要的差距還是在材料成分和工藝控制、部件加工精度和組裝精度的控制上。當然,現在即使是GE、羅羅和普惠,非核心部件的採購比例都是相當高的,所以供應鏈的質量控制也是非常關鍵的。
看到前面很多國內業內人士的吐槽,科研人員的待遇差距和國外確實是相當大的。
羅羅新加坡組裝工廠的工人(一般相當於國內中專學歷),大概也在一萬多人民幣以上。工程師的薪水,一般是工人的兩三倍吧。
我覺得還好吧,我國的航空發動機發展歷程自1958年仿製米格15的發動機起,至今已經過去58個年頭,雖然比起日本1945年研製亞洲第一款噴氣發動機要晚了13年,但是在航空發動機領域中國對鄰國日本呈壓倒性優勢,1966年的渦扇6發動機,但是8.3噸的中間推力使中國有了低涵道比中推的生產能力,不過由於材料技術的低下,該發動機未能量產。
日本石川島播磨重工業於1974年向美國引進f100發動機進行國產化,2007年宣告國產化進程達到70%,2011年日本自行研製的心神第四代教練機的XF5-1發動機,加力推力4.9噸…不過並不是沒有亮點,得益於日本發達的材料科技,該發動機的渦輪前溫度達到1600k,是目前全世界同類型最高的
中國目前軍用航空發動機目前在世界上還是處於第四的位置,某兩個高新技術國家在哪兒呢?
航空技術,包括航空發動機,說白了就是拼人才。
為什麼上個世紀毛子航空世界一流?因為他們有完整的人才培養體系,因為他們尊重科學家和工程師。
為什麼美國到現在航空都世界領先?因為NASA在美國的地位簡直就是逆天,因為至少在上個世紀NASA給工程師開的工資是可以完爆華爾街的。
想想中國從70年代一直到2000年之間是怎麼對待航空人才的。
斗死一批、下鄉一批、趕走一批、餓死一批。
這樣花樣做死結果當然就是中國航空比世界領先水平差一大截了。
2000年之後終於想起來還有航空這回事情,晚了!趕上世界先進水平起碼需要一整代人!
兩年前的回答了,今天又回到了我的時間線,看到有人的回答,實在忍不住要來反駁一下。
中國軍工行業的工資水平低是不爭的事實,這個低是真低,順風車,司機先說了他的工資收入水平,是我的兩三倍,我就笑笑不說話。說出來,肯定不會信的,還以為我藏私不信任人似的。很多底層設計人員剛進行業的時候,都有一種報國情懷在裡面的,是充滿激情和責任感的。參加工作時很少人期待這是一個高薪行業,所期待的也僅僅是所得和所付出的相當,這是個高精尖的行業,伴隨著的是高強度的工作和巨大的工作壓力,在我周圍,一個月加班100+的人大有人在,可是收入呢?單純的工作收入,讓自己過有質量的生活都費勁,更別想買房買車,面對工作壓力的同時還要背負著巨大的生活壓力,很多人離開這個行業也就不奇怪了。這不能不說是造成航空發動機落後的原因之一,任何人都不能只靠著一腔熱情活下去不是嗎?另外,樓下的回答里提到美國工程師都是靠興趣來做事的,根本不care收入,那是因為兩國國情是不一樣的,美國一個工人工資就可以養活一家人,沒有太大的生存壓力,你給我說說中國哪個工廠的工人收入可以養活一家人?
以下是原答案
我就是學航空發動機的,不知道題主是不是也是學這個的。對這個問題,個人認為航空發動機落後的原因還是有很多的。首先,不能否認,我國工業起步很晚,就算從清末開始算起,我們發展工業也比西方國家晚了近200年,航空發動機代表了一個國家的工業水平,基礎差,不是幾十年努力趕超就可以彌補的;其次,航空發動機是一個綜合性比較高的工業產品,材料,冶金,製造工藝,設計,理論等各個環節都要達到先進水平才能真正意義上的有能力製造先進發動機,缺一不可,中國現在顯然還達不到這個高度;第三,航空發動機的很多研發設計都屬於高度機密,很多先進技術西方國家都是對中國保密的,甚至很多東西都對中國進行制約,這也是一個原因;還有就是市場的問題,我國主要是中航工業下面的一些科研院所在做研究,經費都來自國家,科研與市場是脫鉤的,但是美國航空發動機的研製是由普惠,GE這樣的集團競爭研發的,是參與市場競爭的,市場競爭是個很好的動力促使兩大集團不斷的去提高航空發動機性能;最後還有一點就是研究經費的問題,航空發動機的研發很燒錢,這兩年還好,前些年經費根本不夠。一家之言,有錯誤的地方還請大家指出。
知乎er們還真以為普惠GE是民企?
嗯,看上去沒錯 和美國國會很多議員淵源極深, 拿著成噸的政府預算項目和國家級科研成果 可以從一定相當程度影響美國軍事發展方向, 在美國實際權力中心華爾街佔有一席之地, 美國政府力量開道幫他們把其他國家的競爭性項目搞下馬,
如果這是民企,那中石油不過是個賣塑料玩具的小作坊,中石化不過是個私營黑心加油站。
航發這玩意前30年基本上是只投入沒產出,而且投入的速度比把錢扔進燃燒室還要快,失敗甚至機毀人亡的事情幾乎必然會發生,而且第一次做出來的產品肯定面臨一堆問題,民企有眼界有能力投入這個?資本的逐利性被狗吃了?
別侮辱大家的智商好嗎?
我就舉一個例子證明航發有多難: ws9,即崑崙,是仿製的英國斯貝發動機,七十年代全套引進,從圖紙到生產線,結果實現完全自產已經是90年代末的事情了。全球有數的工業國,全套引進,生產一款過時的發動機還需要接近30年。
某些知乎俠們吹噓的製造業強國日本,對航發還停留在來件組裝的程度,本質上和你從京東買一堆零件自己裝電腦沒區別。
至於體制問題就更搞笑了,日本德國倒是知乎俠吹噓的製造業大國,三菱西門子在很多人口中簡直是神,倒是讓他們自研個中推給大家開開眼?
蘇聯當年比中國更官僚主義技術人員待遇更低更不允許失敗,人家怎麼能拿出一系列經典發動機?
如果要我說中國航發的問題所在,一是沒錢,二是沒技術,三是沒時間。
所謂沒錢是指英美已經投入的資金遠高於中國,還在加大投入。中國雖然這幾年開始加大投入,但已經落後很多了,現在能跟蹤行業動態就不錯了。
所謂沒技術是指對應的材料工藝品控都不到位,這是需要長期投入和大量試錯才能提高的,非一日之功,而且無法利用工業間諜。
所謂沒時間是指國產航發其實是從仿製斯貝開始起步的,真正的團隊是從太行才開始建立完成,中間又經歷了軍工行業大蕭條,實際投入的時間遠遠少於美國。
最後談談本人對國產航發的看法:
1,靠硬實力追上美國可能性很小,因為美國對先進戰鬥機還有很大需求,也有充足的時間資金和技術儲備,他的路程速度和加速度都大於中國,想單純靠技術超越它幾乎不可能。
2,歐盟的問題是一旦颱風和f35落實,未來三十年內將不再有對先進戰鬥機的需求,因此英法的加速度不如中國,雖然速度依舊很快,領先的依舊很多,但超過他們是非常有可能的,因為航發行業只要斷代一次,很快就開始衰落,俄國就是例子,如今的側衛還能和鷹比機動性嗎?。
3,金融的高利潤所導致的產業空心化是航發這類科技密集型實業的剋星,當一個國家的人才都跑去炒股炒期貨當律師的時候,那他離去工業化就不遠了,奧巴馬為何要振興美國製造?原因就在這裡。
4,美國的強大基於美元霸權地位,而美元霸權則基於美國作為第一大經濟體,第一大工業國和第一大貿易國的事實,當這三個第一失去後,美元的霸權地位將不保,美國將失去印錢轉嫁通脹的能力,然後無可避免的走向財政收縮進而軍事收縮。因此在想在航發領域擊敗美國,核心還是在經濟領域。
綜上,我對國內航發行業持謹慎樂觀態度。
最後的最後,吐槽某些知乎俠:
你特么的別整天做出一副「我是業內人士,雙985學歷,有些事情不能說,但你只需要知道中國不行」的嘴臉,我見過一個高中學生通過已經公布的資料總結了各國航發的發展現狀和未來走向,那個帖子尺度不知道比你們大到哪裡去了,姿勢水平比你們不知道高到哪裡去了,人家開篇就說自己是個普通高中軍迷,結果一群十多年的資深軍迷對那個帖子大加讚賞,水平高不高跟你裝不裝逼沒有任何關係。
針對這個問題,我們以李傑教授對話航空發動機專家王安正作為引子,先分析一下中國航空產業和西方航空產業存在差距的原因,以及中國航空產業應該從何處下手來追趕西方航空產業。之後通過一個完整的反向工程案例,給大家展示如何運用大數據及反向工程運作的思維,增加中國在航空核心零部件製造的知識積累,逐漸提升我國在生產價值系統鏈當中的地位。
李傑:美國國家科學基金會(NSF)智能維護系統中心主任,辛辛那提大學特聘教授、白宮CPS國家戰略顧問,中組部千人計劃專家,長江學者特聘教授,以工業大數據分析為主的智能預測技術全球學科帶頭人。
王安正:中組部「千人計劃」引進、上海交通大學致遠講席教授、上海交通大學航空發動機研究院首席科學家。
李教授:我們大家都知道,中國的航空產業和西方的航空產業有一定的落差,王教授作為一名常年從事航空發動機研究的專家,您覺得是什麼原因造成這種落差的呢?
王教授:關於中國航空產業和西方航空產業的落差,這個問題我被問過很多次,其實這個問題沒有標準答案。航空產業包括很多方面:總體設計、航空材料、製造,其實這是一個系統的工程。如果說一定需要一個總結,就需要明確哪個領域是中國航空產業最需要掌握的核心。
我認為,中國航空產業目前最缺乏的是系統過程,缺少從系統的角度看待工程問題的能力。航空領域的系統工程,是建立在引擎設計、製造以及運行等過程中人們累積的經驗和教訓的基礎之上的。這些經驗與教訓的累積,具體的表現就是數據的累積。系統工程的數據不是零零散散的、片狀的,而是比較完整的、系統的,這些數據是整合起來的,彼此有關聯的。
現在,我們要在沒有足夠的引擎設計經驗,也沒有先進技術的情況下。建立起自己的航空產業,並縮小與西方航空產業間的差距,我認為很難。因為航空產業是一個非常龐大以及複雜的系統,如果要從設計和發展先進技術等方面開始,追趕西方航空產業,我們甚至都不知道該如何下手,從什麼方向下手。
但我們正處於工業4.0時代,擁有了新的工具——大數據。同時,我們擁有龐大的航空市場,相當於擁有了一個龐大的資料庫。如何將這些數據整合、關聯起來,將零散的、片狀的數據變得更加系統,讓數據來引導我們,告訴我們要怎麼做引擎設計,做什麼樣的設計,要怎麼樣發展自己的技術,發展什麼樣的技術,是中國航空產業在工業4.0時代需要面臨的一個重要課題。
因為,如果使用傳統的方式進行引擎設計,從引擎系統來看,我們不知道什麼樣是好的設計,什麼樣是不好的設計,我們沒有完整的商用大涵道比引擎,沒有西方几十年積累下來的引擎測試和運行的資料庫。所以,為了追趕西方航空產業,我們需要利用大數據,反向引導出我們需要做的設計和需要發展的先進的科技。這不同於反向工程,我稱它為反向技術。
李教授:您也認為航空領域最缺乏的是系統整合的數據,那您覺得應該怎麼收集大數據?收集什麼樣的大數據?為什麼要收集這些大數據?收集大數據之後怎麼使用呢?
王教授:現在,航空產業已經從對引擎的設計、製造等部分的研究,發展到對整個引擎系統的關注。以前,我們會將引擎分成幾個模塊,然後分別對每個模塊、每個部件進行設計、分析、製造和測試。在這個過程中,我們可以獲取很多的數據,但它們只針對某個部件或某個模塊,沒有形成系統整合的數據。這些零散的數據,對於通過引擎的適航認證,提高引擎運行的可靠性,相對於系統的數據來說,沒有那麼高的價值,我們需要的是系統工程的大數據。
所謂系統工程的大數據,從橫向來看,是將所有模塊收據收集起來,將他們整合成為引擎的數據。從縱向來看,包括從引擎設計、選材、製造、測試、運行、維護到生命周期結束這一整個過程中,整合起來的引擎數據。
由於航空產業相對於其他來說,在產品的穩定性和可靠性方面存在著更高的要求和行業標準,所以,即使引擎發生故障或運行異常的可能性很低,它們還是航空界主要關注的問題。西方的航空產業希望利用大數據技術抓住引擎運行異常時產生的數據,通過分析,找到缺陷,提升引擎的穩定性和可靠性。
而對於我們來說,還需要利用大數據,確定引擎在正常運行時各部件的運行狀態,通過反向技術,讓數據引導我們進行部件設計及製造。另外,引擎系統中也存在著許多看不見的技術,而大數據提供了一種新的挖掘這些隱性技術的方法。
擁有了大數據,並不代表擁有了其中蘊含的價值,這些數據只是數字而已,我們應該怎麼利用這些數據,讓他們產生價值,是航空系統工程大數據的核心技術。
工業4.0當中存在著三種主要的概念:健康診斷系統(PHM)、信息物理系統(CPS)和智能管理系統(IMS)。這些系統可以引導我們進行大數據的收集、過濾、分類,幫助我們建立引擎大數據框架以及大數據分析、數據監控、數據跟蹤和數據關聯的方法。
當引擎大數據的系統框架建立起來之後,我們就可以通過對框架中數據進行跟蹤、分析,將可能與某一部件相關的數據關聯到一起,總結部件的經驗公式,得到部件性能的大致範圍,以及我們在部件設計和製造的過程中需要滿足的一些限制條件,利用它們指導我們進行部件設計和製造。就這樣,我們將數據信息與實際的部件聯繫在了一起,實現了信息與物理間的融合。
(以上內容整理自李傑教授對王安正教授的採訪,有刪減)
反向工程與反向技術
反向工程是從結果或知識端去反推問題,其核心是找到隱性問題的顯性根源,簡單的說就是從結果里找原因,再從原因中開發及制定關鍵技術和優化6-sigma的控制流程。
反向技術是利用大數據,反向引導出我們需要做的設計和需要發展的先進的科技。
利用大數據輔助反向工程的進行取決於兩個重要的因素:
1)數據的數量與涵蓋面,也就是廣度和深度。只要和研究主題有關,不論領域、時間、來源,這些數據都在我們收集的範圍之內。下圖是航空發動機大數據構架,包括設計、材料、製造、分析、測試、驗證、運行到維護在全生命周期內產生的所有數據。
圖 1 航空發動機大數據來源
2)反向運作的程序。從如何收集數據、如何過濾、如何分類、如何整合、如何分析、如何比較到如何驗證的整個流程。下圖是一個典型的航空發動機反向運作流程,它的起點就是大數據的搜集。
圖3 反向運作流程
案例分享
下面案例中的故障類別屬於存在於無形空間的「隱形殺手」,它在許多不可控制和不可預期的情況下被激活了,最終造成了引擎事故的發生。下面,我們跟著反向運作的流程(圖3),一點點的把這些蛛絲馬跡找出來。
1、事故描述
在2001年1月31日的墨爾本國際機場,一架波音777-300客機在起飛的過程中引擎發生了爆炸,之後客機終止起飛,並緊急疏散乘客,所幸事故沒有造成人員傷亡。經過調查人員現場勘查發現,該事故是由於發動機風扇葉片飛出引起的。
該引擎為羅羅公司的瑞達892型發動機,發動機風扇是鈦合金寬弦葉片,從事故的勘測圖(圖4)中可以看出,有一個風扇葉片從它的榫頭處完全斷掉,而與其相鄰的一個葉片的上半部分也被完全「砍掉」了,剩餘的風扇葉片頂部和尾緣也遭受了很嚴重的破壞。
圖4 波音777-300風扇葉片損壞圖
2、提出疑問,明確需要收集的數據
- 這起事故是由於人員操作失誤造成的嗎?
- 這是由於惡劣的天氣導致的嗎?
- 這是一起偶發性的事故嗎?
- 這是該型號發動機唯一的一起葉片飛出事故嗎?
- 在發生事故之前,該引擎已經運行了多長時間?
- 這款引擎是怎麼樣通過適航認證的?
- 擁有該型號發動機的機隊停止運行並接受進一步的檢查了嗎?
- 本次事故的根本原因是什麼?
- 我們要如何尋找事故的原因?
- 解決的方法是什麼?
現在,讓我們跟隨這些問題,來確定我們需要收集的數據,並嘗試用這些數據來回答上面的問題。
3、收集數據與反向運作
1)收集運行大數據,並進行分類整合
因為事故是在飛機運行的時候發生的,所以我們首先要收集航空公司的運行大數據。如圖5,航空公司地面維護記錄、運行記錄、製造與裝配記錄等是分析事故原因的重要數據來源。利用這些數據,我們可以對部分問題進行解答。
圖5 機隊管理大數據
2)研究分析
航空公司數據的分析幫助我們排除了一些事故發生的原因:
- 運行記錄數據顯示,飛行員起飛時操作符合規範,也就是說,這起事故並不是由於人員操作失誤引起的;
- 當天墨爾本的天氣狀況良好,不具備引發引擎爆炸這樣嚴重事故的環境條件;
- 而適航認證文件顯示,該引擎達到了所有適航認證的要求,並且已經在該飛機上運行了5765個小時,完成了總共907次飛行;
- 維修保養的數據中,也沒有關於風扇葉片或其附件存在缺陷或進行過維修保養的記錄;
- 根據同類型發動機的運行記錄數據,我們可以發現這是該款引擎第一次發生風扇葉片飛出的事故。
所以,我們可以確定這起事故並不在適航認證控制的範圍之內,是一起偶髮型事故。這就好像是一位訓練有素的射擊運動員在比賽中脫靶了(圖6)。
圖6 偶髮型事故的發生情況示意圖
那麼,事故的根本原因到底是什麼?如圖7所示,排除其他原因之後,我們可以確定,事故是由於機械失效引起的,而機械失效則與外物損傷、循環疲勞和部件缺陷等有關。
圖7 引擎失效根本原因尋找流程
3)確定關鍵質量要素與根本原因
縮小事故根本原因的範圍之後,我們需要再對事故進行更深入的調查,數據的獲取來源也從航空公司及維護維修工廠變成了引擎的原始設備製造商。
調查的主要內容包括:製造及裝配記錄調查、冶金失效分析、設計分析、航空專家預測記錄、出廠試驗數據分析等。其中,後三條均已包含在適航認證的流程之中。因為風扇葉片出現了斷裂和破壞,所以我們在下面將著重對葉片的金屬結構進行介紹與分析。
圖8是事故的冶金失效分析圖。可以看出,葉片根部斷掉了兩塊金屬(橢圓區域),通過分析這兩個斷裂面,我們發現裂紋拓展的形式存在著很明顯的分界線(箭頭指向),通過裂紋的形狀可以推測出,外部的裂紋拓展速度遠大於內部的拓展速度,這是金屬高周疲勞的典型標誌。
圖8 斷裂葉片根部裂紋圖
對葉根進行電鏡靠近裂紋產生區域的晶相圖(圖9左)中沒有明顯的條紋,只有比較小而平坦的晶相,這是一種典型的高周疲勞現象。而靠近最終破壞的區域的晶相圖顯示,這裡一種非常具有韌性的樣子,這樣的晶相顯示這個區域遭受了非常大的拉應力。
圖9 晶相圖
為什麼會出現這種現象呢,調查人員又對其它風扇葉片的榫頭進行觀察,他們發現:沒有斷裂的風扇葉片榫頭(圖10)都有嚴重的磨損,雖然還有一部分潤滑劑遺留在上面(顏色相對深的部分),但它們已經變成了不連續的塊狀區域,無法實現潤滑與隔離的作用。
潤滑劑的失效導致葉片榫頭與輪盤之間存在直接的金屬接觸與碰摩,使榫頭部分區域的應力逐漸增加,擴大了內部產生的裂紋,並最終斷裂。
圖10 葉片榫頭磨損圖
我們已經知道,風扇葉片榫頭處的高應力、磨損及裂紋拓展等,導致了其最終斷裂。經過進一步的分析,調查人員確定,事故是由葉片設計缺陷引起。設計缺陷導致葉片榫頭在運行過程中出現了滑移,並使其受力不均,出現磨損與內部裂紋等問題,最終導致葉片斷裂失效。
到這裡,你可能會問:如果僅僅是由於設計的缺陷導致部件的失效,為什麼只有這一起事故發生,為什麼在事故發生之前該引擎已經安全地運行了幾千個小時?
實際上,我們認為設計不應承擔事故的全部責任,這應該是一起由設計、材料、製造、運行甚至磨損與老化等因素的共同作用引發的事故,雖然設計缺陷應該是事故的主要原因,但其他的因素多多少少也會對事故的發生起一些推動作用(圖11)。
圖11 事故偏差圖
例如,原材料性能的裕度不夠高,無法抵抗由於設計缺陷而引起的應力增加;製造過程中的控制不夠,導致該引擎風扇的機械特性無法彌補設計與材料的不足;由於該飛機主要是在相對干、熱的環境中運行,引擎需要在高功率情況下運行更長的時間,增加了葉片暴露在高的載荷作用下的時間,放大了部件的缺陷,葉片不斷磨損、老化,局部應力逐步增加,加上高/低周循環應力的作用,使葉片失效的速度大大增加。
最終,調查人員對該事故作出了結論:葉片的飛出是由於其根部疲勞裂紋的產生與發展造成的。
由於該客機長時間在干、熱的環境中運行,而在這種環境下運行意味著引擎需要在高功率情況下運行更長的時間,以滿足飛行需求,加上根部設計不當引起的不平衡應力,導致疲勞裂紋的逐步發展。
根部不平衡的應力起源於葉片根部與輪盤之間干膜潤滑劑的破壞,潤滑劑的破壞使得葉片根部表面損傷與微焊接損傷逐步累積、擴大,最終造成了破壞。而為了避免事故的再次發生,需要對引擎風扇葉片設計進行修改。
至此,我們已經經歷了一個完整的事故分析流程,它實際上就是反向工程運作的過程。從這起事故中獲取到的信息可以作為我國研發發動機風扇葉片設計與製造的經驗與教訓,但更重要的是,將反向工程運作的思維應用到航空製造領域之中。
中國應該利用好使用數據的資源,不斷提升對製造的理解和知識積累的速度。當能夠運用大數據和反向工程掌握如何去優化航空發動機的設計、材料、製造和性能等方面的知識時,我們就能掌握生產系統上游相關要素(比如科學研究和技術研發)的更多話語權,逐漸從價值鏈的較低端向高端環節轉移。
@賀羽和 @張申大多數答主將技術方面已經夠多了, @砍手豪說的是投入方面
我再貼一點:
http://www.mte.net.cn/qkArticleDetails.aspx?id=537 國外先進航空發動機技術帶給我們的啟示。
綜合高性能渦輪發動機技術(IHPTET)計劃 美英歷次航發實施的專項科研計劃
俄羅斯新動力淺析:與美國技術差距擴大至20年
美國測試第五代航空發動機 中國落後40年
歸納來說:
1、前三十年里能集中科研力量攻堅兩彈一星已足夠難,沒有更多資源再投入到航空工業上,只能採取跟隨。再橫向對比蘇聯,蘇聯的航發早在70-80年代已經開始落後於英美了,待英美實施各類節油、高性能計劃後,其設計理念指導下的航發設計、製造、效率就已全面落後。
2、後三十年早以在離心式、軸流式、渦扇式全面落後,加上西方快速發展,跟隨都是困難的,尤其基礎工業才剛建立起來,要大投入航空工業也不太現實,但要說沒打好基礎,那也是說瞎話。再對比蘇聯,解體後基本無法維持米格和蘇霍伊兩個體系的航空業,只能收縮養蘇霍伊。英國則持續收縮只能維持羅羅,啥飛機都得與歐盟聯合研製,即使法國研發陣風戰鬥機,也是費了老鼻子勁才搞出來,結果外銷打不開成本降不下來,本國軍方採購量也無法提高。也只有美國才能維持F22、F35兩款戰鬥機和大飛機。中國目前經濟體量仍只能解決有無問題,待經濟在發展二十年、市場化程度更高些,可考慮謀求米蒂目前軍工的內部競爭格局。
3、未來三十年隨著科研人員增加、基礎工業水平提升、產業熟練工人增多,航發是能跟上節奏的。
為啥我們2011年開始低空通用航空試點,就是為航發行業開始培育市場了。
對比米蒂的1.5萬個機場、6萬架直升機、8萬架通用飛機、100多萬持照飛行員,這還未包括大飛機。
國內達到一半這規模,都能支撐起上萬億新產業市場,這個市場足夠培育起國內航空工業。
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再多一句,如果加上軍工行業上萬億的市場,也足夠有效推進軍工產業市場化進程。
所以不要相信網路中國經濟崩潰、通縮論,國內可挖潛的市場還足夠維持未來二十年中低速發展。
能造正經大推力航空發動機的也就美國、英國和毛子和中國,而且現在英基本沒有軍用,俄中基本沒有民用,當然太行發動機大家一直說不太行,說起中國航空發動機在世界的地位來並不比在航天界地位差多少。是什麼給了題主錯覺呢?也許是美英毛的航空產品滿世界賣,讓很多國家的航空部門都被他們的產品裝備起來,讓題主覺得世界上似乎是個國家的航空工業就比中國發達?
從微觀到宏觀來說:
1 航空發動機技術本身。技術複雜度極高,歷史積累不足。99年被炸館之前整個軍工業一片蕭條,航空工業長期投入不足。短短十幾年的較高投入根本不夠。人才積累不足。缺乏經驗。以上問題不單是發動機專業的問題,只不過作為一個集大成的專業表現比較突出而已。
2 行業問題。體制問題不光航空工業有,航天工業也有,個人認為不是決定性因素。但是,幾十年來航空工業更多的被要求滿足裝備生產方面的任務,而不是研發。至於航天,一方面遠程運載火箭是核力量三條腿中唯一能依賴的,因此它的發展當年可說是生死攸關;另一方面運載火箭不像米格21那樣可以從國外買進來。因此航天工業研發體系遠比航空完整,多年來的研發投入也更高。
3 國家整體技術實力問題。大夥真的以為航天工業技術水平世界領先?火箭發動機是能滿足登月要求不假。可是美國現在火箭已經關注燃料環保性、火箭經濟性,甚至都開始研究火箭回收再利用了,NASA的發射任務都打算外包給民營公司了。至於四代機,F22是1997年首飛,2005年形成作戰能力。可是殲20呢?即使研製順利,兩到三年後開始服役,再過一年形成作戰能力(實際上應該更慢),這就已經落後十幾年。F22採用的隱身噴口設計、二維矢量噴管,以及看不見的電子系統,殲20真的能比?此外,猜測一下生產我國最先進火箭與飛機的設備是哪國製造的?相信只要關注一下公開新聞就會有結論。
4 國家戰略。目前能夠獨立研製航空發動機的也就是聯合國五常。中國不用說,英法俄的實力實際上也在美國之下。英國羅羅公司本來也參與F35發動機研製,但是好像前年也被踢了。實際上英法的公司也沒有持續的軍用項目支持。再往大點說,整個軍工業體系,英法俄現在都不同程度存在對外依賴或跨國合作。充分表明沒有足夠強大的經濟實力,很難獨立撐起一個完整的工業體系。而我國由於一些「眾所周知」的原因,不得不在所有核心技術領域自立門戶,想像一下,中國目前的經濟基礎夠結實嗎?怎麼可能在所有領域達到先進水平呢?
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補充:
說了這麼多,其實最後一條國家戰略才是我最想說的。看了那麼多相關評論,不管是知乎上的討論,還是其他門戶網站或人民日報之類中央媒體的報道,都不提國家戰略這一問題,這讓我感覺非常不可思議。
要知道,即使是美國的軍工領域,也不能或不想完全獨立承擔所有的軍工研究。儘管美國整個軍工體系很完整,但是,小到手槍,大到戰鬥機,凡是有可能國際合作的項目,美國人不會拒絕;更不要說國會與軍方對經費投入的反覆拉鋸。歸根結底都是經濟原因。美國的經濟、技術如此強大,尚且難以承擔日益增長的研發投入。而我國想要獨立進行所有高端技術的研究,這固然勇氣可嘉。可是想要在幾十年內達到先進水平,可能嗎?
軍事是政治的延伸,政治是經濟的延伸。脫離了政治與經濟來談軍事、談軍工,都是無本之木,無源之水。想要超越世界第一強國,必須是整體性的。在經濟、社會發展水平真正可以與世界第一相比之前,由於能力有限,中國必然有某些領域是落後的,甚至是嚴重落後的。不是發動機技術,也許是晶元技術,也許是別的什麼技術。反之,如果中國真的經濟總量、經濟結構都超越美國,那麼技術世界第一也就水到渠成。
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