昨天,由國務(wù)院、北京市人民政府、中航工業(yè)集團、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(簡稱“中國航發(fā)”)在北京掛牌成立。一時間,世界關(guān)注度陡然提升。
中國航發(fā)成立為何如此高調(diào)、高格、高熱?因為“航空發(fā)動機”實在高逼格,制造難度太大。航空發(fā)動機由于研制難度高、技術(shù)含量高、產(chǎn)業(yè)回報高的特點,被譽為是現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”。
目前,全世界能搞發(fā)航空發(fā)動機的只有4個半國家,4個國家:美國、俄羅斯、英國、法國四個國家,半個國家:中國。由此可見,有多難!下面,我們就來看看航空發(fā)動機制造到底難在哪?!
一、不僅復(fù)雜,而且精密度要求極高。
說它復(fù)雜,是因為航空發(fā)動機的工作原理涉及到科學(xué)技術(shù)和工程技術(shù)幾乎所有的專業(yè)領(lǐng)域;而說它精密,是因為發(fā)動機整體狹小,工作環(huán)境苛刻,要求在有限的空間里,裝下上萬個零部件,實現(xiàn)復(fù)雜的功能。
二、進入門檻極高。
航空發(fā)動機的研發(fā)制造不僅本身的設(shè)計制造門檻都極高,而且對基礎(chǔ)工業(yè)、材料學(xué)要求也不一般。 首先,一臺先進的航空發(fā)動機包括上萬個零件,需要高技術(shù)水平的加工生產(chǎn)線、高成熟度的工藝材料體系,以及嫻熟的工人進行精密地裝配。基礎(chǔ)工業(yè)及零配件加工純粹靠積累,不是想提升立馬就能提升的,需要一代又一代的疊加,需要各個領(lǐng)域的齊頭并進。
其次,材料學(xué)水平和能研發(fā)力要求極高。發(fā)動機要能耐高溫、保證足夠長的壽命、能高負(fù)荷運行、能耐腐蝕、同時又保證重要比較輕就得靠金屬材料學(xué)。提升材料研發(fā)水平和能力,不僅需要冶金技術(shù),還需要經(jīng)驗的積累,投入大量的人力、物力、資金,進行大量的實驗測定。
再次,就是設(shè)計能力。基礎(chǔ)工業(yè)和材料都具備了,設(shè)計能力跟不上也白搭。不要說設(shè)計能力好解決,日本的工業(yè)和材料學(xué)都是世界一流的,可是渦扇發(fā)動機就一直造不好,推力上不去,就是因為設(shè)計的問題。
而且,完成了最初的設(shè)計制造,還僅僅是開始,能夠打造一臺經(jīng)久耐用、性能卓越的航空發(fā)動機更為困難。比如在發(fā)動機的轉(zhuǎn)速,一分鐘甚至能夠高達(dá)數(shù)萬次,如何能保證它的長壽命,這給材料的耐熱和散熱提出了更高要求。普通材料如果不輔佐以精細(xì)的冷卻技術(shù)的話頃刻之間就會灰飛煙滅,我們最好的高溫合金工作溫度也只有1100度左右。我們要在航發(fā)結(jié)構(gòu)中設(shè)置非常復(fù)雜的冷卻系統(tǒng),像迷宮一樣的冷卻通道,要加工出數(shù)以萬計的微細(xì)的冷卻小孔。有這些都給我們設(shè)計制造和試驗帶來極大的挑戰(zhàn)。
三、研發(fā)周期長、研制經(jīng)費多。
航空發(fā)動機的研制覆蓋空氣動力學(xué)、燃燒學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等多個學(xué)科,研制周期和產(chǎn)業(yè)鏈長,其間還要解決:油耗、推重比、組合動力、組合材質(zhì)、成本等一系列難題,解決設(shè)計與加工、材料的匹配問題及無數(shù)的試驗,沒有10幾年的時間,難以設(shè)計成型。
還有一個核心問題就是,航空發(fā)動機不只是設(shè)計出來的,也是試驗和試飛出來的。按照目前全世界對航空發(fā)動機研制的基礎(chǔ)理論和基本方法掌握的程度來說,沒有哪一個國家可以只憑設(shè)計和計算就可以精準(zhǔn)預(yù)測結(jié)果是什么樣。
全新研制一型航空發(fā)動機的時間,會遠(yuǎn)大于研制一型同時期的飛行器。沒有很強的經(jīng)濟實力、科技實力和綜合國力,不可能支撐航空發(fā)動機的研制。