|
鲜为人知：中国战机发动机急速发展之谜
高科技，尖端科技多了，为什么航空发动机是工业之花?空间技术，火箭技术，核电技术，微电子技术，都有各自的特点和难点，为什么他们不是工业之花? 我们来做个比喻，整个国家的第二产业(从冶金到制造到加工，设计)是一个金字塔，航发就是这个金字塔的塔尖，它涉及到了基本上所有的工业和技术项目，并且要用到这些领域的最高技术成就。其实，使航发技术的发展，在带动着整个工业的进步。 说到这里，想象一下，如果我们的航空发动机技术有一天独步全球，那我们就TMD是不折不扣的超级大国，想不承认都不行。甚至都不必象美国人一样领先，只要我们在技术上和他们平起平坐，中华民族的复兴之梦就算是跑不了了。 航发技术从大面上说，涉及到：冶金，材料，机械加工，机械制造，热力学，空气动力学，流体力学，控制学，等等等等吧，基本上吧，你把工科的学科统统算上，75%以上都要把自己的最高成就献给航发。 话说九十年代中国引进Su27生产线后，自己的J-11开始批量生产。三哥眼红了，也想要一条生产线。毛子心说，卖给谁不是卖，给钱就行，于是派专家组考察三哥的工业设施，考虑在那儿设接收点。折腾了半年，专家组的意见是，三哥现有的工业得从冶金开始，重新来过，二十年之内，不可能自己生产。(由此可见，五十年代老大哥对我们的援助是多么的重要，基础，基础啊) 八十年代，小巴装备了F- 16，我们也搞过来了一架，看看还是有点帮助吧，也就仅限于此了。我们当年的工业基础，就是有全套的技术资料，也造不出来呀。除非象和老美当年蜜月期的计划一样，由美国整体援建配套工厂。当年，F-16上，怕是有一半以上的零件，我们连材料都没有，更别提加工工艺了。即便是今天，我们可能也还是有些材料和工艺上的差距。没办法呀，底子薄啊。班上学习好的，还就是几个老牌资本主义强国，工业上的差距，真的得多年的修行才可以有正果的。 说到这里，讲个小故事，当年863计划，航空部材料所有一项，粉末冶金涡轮盘。就是把金属粉末，按比例(呵呵，这个比例可是国之机密)放在容器里，高温高压下，变成合金。具有很好的结晶顺序，可以耐高温，强度也好。F404上的高压涡轮盘就是这样的，咱们就照着葫芦画瓢吧。整个项目3.5亿RMB，还不错，搞定了，大大小小的庆功会也开了不少。新材料有了，咱们也来一盘?上车床，从盘心到盘边，F404是一刀走到底，这样保证没有因为换刀时产生的痕迹，(将来就是裂纹的萌芽)，可是问题是，我们的车刀的材料不行，一刀走不完，就磨没了，得换刀。这下才发现，我们还得要另一个攻关项目。 所以，我们的水桶，每一块板都不够长，这个水桶就是我们的工业能力，我们正在集中力量，加高每一块板，尤其是那些相对更短的板。两弹一星只是一个相对独立的项目，可以集中力量办大事，(即便是这样，也有很多土法上马的例子)。而整个工业能力的提升，又怎样集中力量办大事哪? (二)尴尬时期 我们的航空发动机，建国前，是空白，比白纸还白，一穷二白。五十年代从朝鲜战争起，开始修发动机，战后，由于我们志愿军将士的英勇牺牲，我们在老大哥那里，基本上属于有栽培潜力的了。随后的156个项目，是人类历史上最激烈，最彻底的工业化。沈阳的黎明厂(有幸在那实习了一个夏天，沈阳的狗肉和试车的轰鸣，一起记录在我们青春的回忆中) 就是156之一。 不到十年，我们就在表面上(注意，是表面上)赶上了世界先进水平。60年代初的Mig21仿制成功，我们在涡喷发动机上也拥有了双转子轴流式涡喷的先进水平。 可是，知其然不知其所以然。老大哥一撒手，我们就抓了瞎。对于原设计的任何改动，都会引发多米诺骨牌式的连锁反应。加上文革的折腾，我们用了20年，才在 80年代初，成功地吃透了MIG21和涡喷7的技术，并推出了成功的改进型号。歼7G被誉为世界上改的最好的MIG21。可惜晚了二十年。 即便是在被封锁的最严的60，70 年代，TG从来没有放弃引进技术。两个中队的歼6从埃及换来了MIG23，从MIG23上仿制的WP15至今是TG最大推力的涡喷，只是一直没有合适的机型。花巨额外汇(当年)引进的斯贝生产线，使得西安的430一直是三机部加工工艺最好的工厂。(老大哥当年的工艺就不如约翰牛)Spey也是没有装机。但是，WP15和Spey都给了我们很多启发和具体技术，工艺上的提升。 隔壁小胖的作业早就抄不上了，我们在70年代末和班上最优秀的同学结成了一对一，一对红，美利坚同学的作业让人眼花缭乱，每道题又要花大价钱才给抄，一时半会不知道先抄那道题好。(NND，咱穷啊) 到了风波的春夏之交，我们一道和平典范的题才抄了半，老美翻脸了，把我们的作业本都扣了。但我们好歹还是瞄了两眼，大体知道了他的解题思路(美军标，设计规范，航空部后来颁发的设计标准，简直就是美军标的翻译版。) TG 野路子走惯了，从来不按牌理出牌。在蜜月期，也没有闲着搞小动作。民航买了一批737，装CFM56，其核心机就是GE的F100(两台装F-15)的核心机。核心机就是高压压气机，燃烧室，高压涡轮组成的，又叫燃气发生器。都模块化后，可以和外围的风扇，低压压气机组成一个系列的型号。这个 CFM56买的，也是我们摆事实，讲道理，美国国会和巴统特批的。批之前，就有人说，TG要是偷我们的技术怎么办，blah, blah. 可是哪有卖飞机不给卖备用发动机的?波音的游说集团，我们朋友大大的。 这批发动机，封在箱子里，美方每半年来查一次。(NND，记得休斯公司的卫星吗，3个CIA24小时日夜监守，最终也没能下的去手)，这，能难得住我们英雄的中国人民吗? 拆箱，编号，直运沈阳，测绘，建模，组装，运回北京，上封条，不到五个月，搞定。 (二)之外篇·发动机书场·美帝兴师问罪 这么大的项目，不知道才怪了，人家的情报部门也不是吃干饭的。但是，他没有证据，没有，没有，就是没有，你看见了?国家间，往往也就是幼儿园的交际水平。 知道有一天，美帝拿着咱航空部的红头文件来兴师问罪了，文件的标题是“关于做好CFM56核心机测绘工作的指示”，我，我倒!这是谁干的! 可以想象，TG当时还是很被动的，尤其是90年代，还处在想和人修复关系的阶段，记得朱总的消气之旅吗?要搁现在，老子就是做了，你怎么着吧?具体怎么把这事私了了，就不是我所能知道的了。总之，惊动了江总，江总很生气，后果很严重。总书记亲笔批示，“要让叛国者心惊胆颤”，三个月后，美国中部小城市，车祸，一中年男子当场死亡。 (三)太行，修成正果 那位说了，切，抄个作业还这样费劲。这您就是外行了，要抄到知其然，还知其所以然，要抄到下一道题，老子我自己会做了，就不光是抄答案了，得一边抄，一边琢磨人家的解题思路，更得补以前没学过的知识。TG就象一个天赋不错的工农兵大学生，高数课上听不懂，抄作业过关，可回家就把初中，高中的课本全翻出来，恶补啊。 为什么美苏都不设防三哥?就他那点基础，还不用功，给他抄，给他把家教请来都不灵。歼6到强5，MIG21 到歼7G，歼8，Su27到歼11，TG从来就不是甘心居人篱下的主。借用虎哥一句话，只要我们自己不崩溃，成圣是早晚的事。我们要考虑的是，成圣之后，如何防止历史的循环，坠入英帝，美帝的宿命。太祖在西柏坡是怎么说的? 扯远了。 所以，CFM56 也只是给了TG一个大致的方向。整个核心机的尺寸，一模一样。小子不才，本科毕设的题目就是10A的所有叶片的动力相应分析。所有分析，计算，试验，材料，工艺的攻关，90年代全面展开。我的两位在沈阳的师兄个自有重任在肩。 风扇和匹配的低压涡轮得从新设计，新材料(粉末冶金，单晶叶片)新的合金，新的加工工艺(摩擦焊，电子束焊)，新的计算方法，新的试验方法，新的试验台，中国的航空动力人，忙乎了将近二十年，把我们离世界先进水平的差距从35年缩短到20年。定型的太行基本达到了推比8的性能。 这期间，航发的全权数字控制系统(FADEC)，先进的计算流体实验室(我的上铺兄弟是学术带头人)，完备的试验体系，都是头一次建成。以后的发展就是加速度了。 有人说，美帝10年就可以开发出一个新型号，为什么我们要二十年?不要忘了，美帝代表的是人类目前为止技术的最高水平，他的齐备的工业体系，他在基本上所有子项目上独步全球的技术，使得他可以把他已有的技术整合一下，就可以拼出最好的产品。而我们，得攻关，在攻关，每一个子项目的攻关的失利，都会直接延迟整个项目的发展。 这就好比盖房子，人家是所有的PowerTool一应俱全，还主持制定了现有的建筑标准，也拥有所有房子里面子系统的最高技术(空调，材料，隔音等等)，还领导着建筑界的新潮流。我们呢，才刚开始盖房子，木头也不好，工具也不行，建筑工人也是才是从农民转来的，更要命的是，我们得自己找到什么地方用什么料，用多少，都得从头摸索。怎么一个难字了得。 还记得小时候学习吗?是个加速度的过程，高中生一天学的内容，小学生一个月都学不完。 就是在这样的条件下，我们一步一步地赶上来了。我们离法国，俄国都没有质的差别了，赶上他们只是时间问题。我们离美国再也不是望着他们绝尘而去了，而是步步紧跟，总有追上的那一天。到底，领跑的也有他的难处，技术的发展也不是那么快的。 (三)之外篇：技术发展的关键是什么? 人才当然是技术发展中的一个重要因素，但只是必要条件之一吧。对于工业技术来说，一个强大的，持续的投入，就比人才更重要。甚至可以说是一个充分条件。说白了，就是要持续的往里砸钱。只要大方向正确，再有持续的投入，和型号上切合实际的要求，技术和人才都是可以培养出来的。 看看前苏联，大规模，持续的投入，就培养了队伍，人才，技术。解体后，没了投入，人才流失，技术停滞，队伍也就散了。我们80年代也散了一些队伍。 再看看中国航天，大方向正确，投钱，人才，技术，型号，10年工夫，都有了。 所以说，歼十和太行的意义远大于一个型号，通过它，储备了技术，培养了人才，行成了队伍。技术发展的延续性非常重要，东一榔头，西一棒子上发展不出好的技术的，就得靠多年持续的积累，厚积薄发啊。之所以叫太行，就是取在抗战中，TG在太行山区艰苦卓绝的斗争来纪念其研发过程之艰难。 前一阵，有人在感叹，说吴仲华先生如果文革每有被迫害，中国的发动机技术会如何如何，是混淆了工业技术发展和理论体系的发展。吴先生如果一直有好的条件，可能会对我们在流体力学的发展上做出更大的贡献，但是中国的工业基础，就是把他老人家累死，也不会有任何质的变化。 NASA每年巨额的经费，除去浪费的不说，带给美帝的是在航空航天领域独步全球的领先技术。 TG 从来就没间断过从国外引进人次的努力，近年来，越来越多高层海龟的回流，也是一个因素。不过，在这些敏感领域，作基础研究的海外人才会的多些。真正做型号的，怕是本来就没有几个。局外人往往低估了美帝对我们的防范，美帝的保密制度，不亚于TG。设计具体的型号，那是要top level national security clearance的，要查祖宗三代，直系，旁系亲属，所有社会关系的。不是本土出生的，基本上很难进入这个圈子。李文和对于美帝，就是非我族类，其心必异的典型。我当年在 Georgia Tech Aerospace program, 系里组织参观Lockheed 在Marietta 生产F22 的工厂，所有学生，除了中国和俄罗斯的，都可以去。我的同学在NASA Lanley中心做研究员，也只能接触非常非常基础的研究，不可能涉及到型号，当然，NASA也没有型号任务，就是和型号相关的预研，也有不同等级的保密条例。 最终，还是得立足于国内，得靠自己。好在我们现在不太缺钱了，只要方向正确，技术突破就只是时间问题。 (四)昆仑，太行，秦岭的地位 用两弹一星的精神和投入来发展航空业，河里不是第一次提出来的。当年满腔热血的要为祖国的航空事业献身的我们，我们也知道我们的航空落后于世界，因为文革嘛，哪有不落后的呀。但当被告知我们的航空发动机技术落后美帝35年左右时，那份打击，那份透心凉，那份郁闷，至今栩栩如生。35年?我们90年才有美帝 55年的技术?我，我倒! 八十年代，我们的航发家底是：歼7用一台WP7，歼8用两台WP13，歼 强5用两台WP6，轰6用两台WP8。 WP7 我们算是基本吃透了，到底是50年代末的技术，我们多少也接触了一些新技术，觉得还有些可以改进的余地。提高推力和发动机热效率的一个办法，就是提高涡轮前温度，可是涡轮叶片要承受极大的应力和热载荷，有效地冷却技术和新材料是两个突破点。我们在叶片中心钻了9个小孔，从压气机引气冷却叶片。后来发现叶片根部有热应力集中的问题，会发展成裂纹。又改成3个不规则的大孔，直接用无余量的精密铸造成型。就这几句话，就是当年无数的攻关，计算，试验，花钱无穷，育人无数(我们实验室就有两个博士，5个硕士和这个有关)。 昆仑就是WP14，从立项到定型，也有15年时间。从性能上看，进步不大，为什么这么久呢?是因为我们从老大哥体系转到美帝体系的第一个型号，所有的设计标准，手册，试验台，试验方法和手段，都要而今迈步从头越。所以，外人看不到这些成果，可是这时实实在在的基础，对将来的研发是不可或缺的。 另外，WP14在寿命，可靠性，喘振裕度方面，都有质的提高。八爷在用两台WP14后，性能还是有长足的提升，和10，11可以形成有效搭配。 秦岭就是国产化的SPEY，当初因为载机下马，SPEY国产化的事也就搁下了。70年代末，80年代，军工只保证最低需求，没谱的SPEY，更是后娘的孩子。知道海航坚持要歼轰7，库存的50台原装SPEY不够用，才又开始国产化。不好意思的是，也是磕磕绊绊过来的国产SPEY，在寿命和性能上，和60年代末的原装货，还有一些差距。这就是我们的工业底子，这就是我们在材料，工艺上的差距。老牌帝国主义还是有些老底子的。顺便提一句，SPEY的厂商，就是 Rolls-Royles，香港人叫劳斯莱斯的，比房子都贵的车，也是他的一个分部生产的。 太行，是现在代表TG最高水平的小涵道涡扇。和毛子的AF-31基本上在一个级别，(AF-31在泼辣性上好，太行在寿命和经济性上略好)。可装一台给老十，或两台给老十一。 在研的还有太行的衍生型号。晨大有文详述，我就不班门弄斧了。 美帝的F-120和F-119都到了推比10一级，绝对的第一梯队。TG和毛子有现役的推比8一级的，算第二梯队。法国的阵风好像推比不到8，懒得查了。英国现在无力自主研发战机，所以军用发动机也就放下了，RR用民机的发动机来维持技术。其他国家，都数不上。 GE和普惠的在研军机，都是在推比20一级的，因为美帝觉得，新的材料(陶瓷，复合材料，etc)的发展瓶颈就要被突破了，可以大幅度的提高涡轮前温度和减轻机体重量。我们还得一步不落的跟，要不一不留神，美利坚同学就可能绝尘而去。 题外话，窃以为，我们这次金融危机还是站对了队的。美帝咒是咒不死的，不但咒不死，还很强大，还有活力。我们还得先把老二的位置好好坐坐稳，练好内功。如太宗预计，到2050年，我们的国民都过上和发达国家差不多的日子，我们就是想不出头，怕是世界人民都不答应。 | 
发表于 2011-2-26 22:42:29
发表于 2011-2-26 23:33:47
