“太行”比“昆仑”推力提高大约5000公斤 zt

2006年04月10日 11:25 中国航空报 　　“太行”发动机是我国自主研制的第一种大推力涡轮风扇发动机。“太行”发动机研制成功，使我国自主研制的航空发动机实现了从中等推力到大推力、从涡喷发动机到涡扇发动机、从第二代发动机到第三代发动机的历史性跨越。 　　非同一般的跨越 　　“太行”发动机实现了从中等推力到大推力的跨越，与先进的涡喷发动机“昆仑”相比推力提高了大约5000公斤，超过1万公斤。这种数以吨计增长的推力不仅是量的增加，更是质的变化；不仅满足了我国研制第三代作战飞机的需要，也使我们继美、俄之后，进入了大推力发动机研制领域。 　　“太行”发动机实现了从涡喷发动机到涡扇发动机的跨越，提升了中国航空发动机行业的技术水平，提高了我们自主研制的能力，提升了我国空军的装备水平，是我国航空发动机行业实现集成创新和引进、消化、吸收、再创新的成果，为中国航空发动机行业攀上原始创新的新台阶奠定了坚实的基础。 　　“太行”发动机实现了从第二代发动机到第三代发动机的跨越，使中国航空发动机行业完成了由仿制、测绘仿制向自主研制、自行发展的转变过程，为推进航空发动机预先研究积累了经验，为掌握高科技核心技术增强了能力和信心。 　　“太行”发动机实现“三大跨越”，表明中国航空发动机事业从此具有与世界一流对手同场竞技的能力，从而改变我国军用飞机在动力上受制于人的不利局面。 　　今年90高龄的吴大观是新中国航空发动机事业的创始人之一，他对“太行”发动机研制成功感到特别高兴。吴老说：“‘太行’发动机通过设计定型的喜讯传来，我无比高兴。因为我从1956年开始参加探索自主研制喷气式发动机到今年已经50年，半个世纪了。‘太行’发动机研制成功，标志着我们国家在自主研制航空发动机的道路上实现了重大跨越，对今后加速我国航空发动机事业跨越式发展打下了基础，创造了条件，对加强国防现代化建设具有十分重要的意义。对我这个参加航空发动机研制的老兵来说是个特殊的喜讯。” 　　研制航空发动机难在哪儿 　　几代设计师共同努力，克服种种难以想像的困难和曲折，矢志不渝，创新超越，历经18年，完成了“太行”发动机自主研制的全过程。 　　18年在人生岁月中是一个相当长的时间。18年足以让呱呱坠地的婴儿成长为朝气蓬勃的青年，足以把初出茅庐的小伙儿锤炼成支撑大厦的顶梁柱，足以使风华正茂的学科技术带头人变成令人肃然起敬的老前辈。 　　完成一个发动机型号研制要用18年，航空发动机研制为什么这么难？ 　　航空发动机是所有动力装置中技术含量最高、制造难度最大的。二次大战末期诞生的喷气式发动机将人类航空事业推进了超音速时代。通俗一点讲，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。要让流动的空气经过几米长、直径不到2米的发动机产生几千公斤甚至上万公斤的推力，不是一件简单的事情。 　　喷气式发动机的工作特点是高温、高压、高转速、高负荷。发动机燃气温度越高，发动机推力越大；通过发动机的空气流量越大，发动机推力也越大。在喷气式发动机中，最关键的压气机、燃烧室、涡轮组成发动机的核心机。涡轮驱动压气机以每秒上千转高速旋转，进入发动机的空气在压气机中逐级增压，多级压气机的增压比可达25以上。在涡扇发动机中往往采用双转子压气机，由高压涡轮和低压涡轮分别以最佳的转速驱动高压压气机和风扇，以达到更高的增压比和工作效率。 　　增压后的空气进入发动机燃烧室，与燃油混合、燃烧。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，就好像要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，光靠选择耐高温材料和耐热涂层还不够，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，保证燃烧室正常工作。 　　从燃烧室出来的高温、高压燃气流驱动涡轮叶片以每分钟数千转甚至上万转的转速运转，通常涡轮前温度要超过涡轮叶片材料的熔点。要让涡轮叶片在这种极端苛刻的工作状态下保持足够的强度正常运转，除了选择新型耐高温材料、采用定向结晶精密铸造工艺外，还要通过精细设计制造出多通道空心涡轮叶片，利用气膜冷却降低叶片表面温度，以便发动机上千片叶片在极端苛刻的工作环境下满足发动机工作的需要。 　　航空发动机综合了多学科和多种专业的技术成果：喷气式发动机上大量使用高强度材料和耐高温合金，零部件精度要求达到微米级，叶片型面复杂，燃烧系统和加力系统薄壁焊接零件多，大量使用定向凝固、粉末冶金、复杂空心叶片精铸、复杂陶瓷型芯制造、钛合金锻造、微孔加工、涂层与特种焊接等先进制造技术。 　　航空发动机设计中有些地方是常人难以想像的。比如发动机减重，设计的时候就要把材料用得恰到好处还不出问题，几乎达到毫克必争的地步；因为通常发动机增加1公斤重量，飞机就要增重5公斤。比如发动机冷却设计，要让所用的材料在比熔点温度还要高的环境里正常使用，就要采取许多综合的技术措施。对一般人来说，18年确实太长了；可是对发动机设计、制造人员来说，要完成如此精细的设计、制造，大家在漫长的18年里总是恨不得把一天当作两天用。 　　正常的发动机研制程序应该是通过预研建立技术储备，开发出先进的核心机，然后根据市场需要派生出涡喷、涡扇等多种型号发动机，或是发展燃气轮机用于陆用、船用等多种型号，一机多用，系列发展。压气机、燃烧室、涡轮等核心部件以及加力燃烧室、燃油系统、附件传动系统、控制系统都经过验证是先进的、可靠的。这样到型号发展阶段，设计师才能在成熟、可靠的技术基础上进入整机研制，减少研制中的风险，避免遇到颠覆性的问题。 　　新中国航空发动机事业是从修理起步的，曾经长期处于仿制阶段，缺少对发动机研制规律的认识，预研起步较晚，缺乏经过验证的可靠的技术储备，因此在型号研制中经常是遇到问题再攻关，这样做不仅增大了研制风险，往往还因为拖长了研制时间、事倍功半，甚至失去发展时机，无果而终。 　　“太行”发动机研制突破了过去仿制和测绘仿制的模式，瞄准国际航空发动机先进技术和高性能核心机，探索、总结航空发动机研制规律，在我国自主研制先进航空发动机的道路上实现了历史性的跨越。 　探索发动机研制的规律 　　在“太行”发动机设计定型以后，记者采访了为“太行”发动机研制呕心沥血作出重大贡献的航空发动机老领导、老专家。 　　90高龄的吴大观是我国研制的第一台喷气式发动机——喷发1的设计师，是新中国航空发动机事业发展的建设者和见证人。当年他领衔签名、9位专家上书中央领导的《关于加速航空发动机发展的建议书》为“太行”发动机尽快立项起了重要作用。 　　周晓青是老一代航空发动机专家，曾任航空工业部发动机局总师、航空发动机公司副总经理，参与了“太行”发动机研制的酝酿、启动以及前一阶段的工作。他是当年9位专家建议书的起草人，为“太行”发动机诞生立下了不可磨灭的功劳。 　　刘孝安是航空发动机行业老一代领导人之一，曾任航空发动机公司副总师、航空工业总公司发动机局局长，主抓“昆仑”、“太行”发动机研制工作；他深感欣慰的是这两个他经手主抓的研制项目最后都通过了设计定型。 　　航空发动机行业的老专家、老领导回顾新中国航空发动机发展和“太行”发动机研制时分析了发动机事业发展的经验和规律。 　　发动机老专家吴大观以自主创新为标志将航空发动机研制发展分为三个阶段： 　　1951年至1956年第一阶段，中国航空发动机事业从修理起步开始走向仿制。新中国航空工业在苏联帮助下从无到有，从修理发动机开始，逐步掌握制造技术，为过渡到制造整机创造了条件。 　　1956年至1986年第二阶段，仿制、测绘仿制与探索自主研制并举。从1956年开始自行研制第一种喷气式发动机——喷发1起步，中国航空发动机事业开始了一段长达30年在曲折中艰难拼搏的奋斗时期。这个阶段开发研制的发动机达几十个型号。在这个阶段，从高层领导到一线研究、制造、管理人员对“自行研制”和“仿制”的区别、对研发产品与改进改型的区别以及对航空发动机研制规律的认识不尽一致，行动也不协调，冒了很多风险，取得不少成果，也遇到了许多问题。在这个阶段，航空发动机行业对发动机研制规律有了比较明确的认识，培养了大批人才，为新阶段发动机大发展打下了坚实基础。 　　1986年以后进入第三个阶段，在改革开放形势下，积极引进国外先进技术，正确运用国际、国内两种资源，分步实施，开始走上自主研制先进发动机的道路。这是航空发动机行业承前启后、继往开来、全面发展的新阶段。随着“昆仑”、“秦岭”、“太行”发动机设计定型，中国航空发动机行业研制、设计、生产、工艺、装备的技术水平大大提升，涌现出一大批经验丰富、素质过硬、作风顽强、业务精湛的优秀人才，形成了创新意识强、技术基础扎实、善于攻关克难、勇于拼搏进取的创新团队。 　　“太行”发动机总设计师张恩和谦虚地说自己很幸运，一到沈阳航空发动机研究所就接触了涡扇6发动机这样的大项目，跟着老同志走完了研制全过程。他说自己在“太行”发动机策划、酝酿时还是个“小兵”，最后把他们这些“大兵”的想法具体接过来往下干。张恩和说，这是我们几代人完成的事情，这些老同志功不可没，如果最开始时的想法、方案搞错了，最后发现这个型号不能用了，那损失就非常大；所以这些老同志都是有功之臣，我对他们都非常佩服。 　　正确决策是成功的前提 　　老专家们介绍说，开始酝酿研制“太行”发动机是在上世纪80年代初。当时国外推重比8一级的先进发动机已经从70年代起陆续装备部队了；我国空军迫切需要新一代先进战斗机，飞机工业也迫切需要先进的航空发动机。 　　上世纪80年代初，航空工业部科技委在北戴河召开发动机专业会议，讨论研究发动机下一步发展。会上拿出几个方案进行论证，请专家分析，按照技术可行性、技术路线、技术风险、投资强度、研制进度等六七个方面打分、排队。专家论证的结果，“昆仑”、“太行”名列榜首。当时尽管参加会议的人很多，但大家意见是一致的；对“太行”发动机方案评价更高，认为其技术水平、推力等级、技术难度比其他方案都要高出一个层次。 　　在此基础上，当时的航空工业部党组根据国内、国际形势和航空工业现状，力排众议，确定了“打基础，上水平”的方针，以自力更生为主，积极引进国外先进技术，正确运用国际、国内两种资源，在抓紧完成已经开始仿制的飞机和发动机机种的基础上，分三步走出我国自主研发先进发动机道路的发展思路： 　　第一步是独立研制中等推力、推重比6～7一级的“昆仑”涡喷发动机，走完自行设计的全过程，既锻炼了我国发动机设计队伍，打好基础，又可作歼七、歼八飞机的后继动力。第二步是利用国外成熟的先进技术，自主开发大推力、推重比8一级的“太行”发动机，既要技术“上水平”，又要解决国防建设迫切需要的先进装备问题，实现跨越式发展。第三步是对当时国际上也刚刚起步的高推重比发动机预研计划加大力度，坚持到底，打下稳固的技术基础。 　　如今，当年老一辈专家、领导绘制的蓝图正在一步步实现，中国航空发动机事业迎来了迅速发展的大好时光。 　　当年“太行”发动机在启动及研制工作中曾几度举步维艰、面临生死存亡的关键时刻。出现这种局面不仅仅是因为技术方面的探索和失败，更主要的是由于航空工业长期仿制和测绘仿制束缚了人们的头脑，模糊了改进改型与研制的区别，在风险面前不相信我们自主创新的能力。每当这样的时刻，航空工业的老领导、老专家都挺身而出，坦陈利害，在中央领导高瞻远瞩的决策下取得使用方和上级主管机关领导大力支持，推动“太行”发动机研制一步一步走向成功。 　　谈起当年这些令人感慨的事情，老同志们首先提到的是1985年年底9位发动机专家上书中央领导挽救“太行”发动机。那时“太行”发动机研制的前期工作已经展开，准备为我国新研制的下一代歼击机配套。这时有专家提出国外一种涡喷发动机可以满足新歼击机动力要求。一时有关方面在是否继续自主研制“太行”发动机的问题上出现了一些动摇和彷徨。就在“太行”发动机命悬一线的时候，1985年年底，吴大观、程华明、宁愰、袁美芳、周晓青、张世英、王宏基、康毅、枉云汉9位航空发动机专家联名向中央领导呈上《关于加速航空发动机发展的建议书》，提出搞仿制不是发展的好办法；反映研制先进的带加力的涡扇发动机的必要性，陈述研制大推力涡扇发动机对提升航空工业技术水平、提高我们自行研制能力、提升空军装备水平的意义；同时也解释了所需研制经费安排情况。 　　1986年1月8日，军委主席邓小平在9位发动机专家《关于加速航空发动机发展的建议书》上批示：“我认为所提建议很重要，近期花钱也不算多，似可同意。”9位专家的《建议书》和邓小平同志的批示结束了退回去仿制涡喷发动机还是坚持自主研制涡扇发动机的争论，为“太行”发动机“起死回生”尽快立项起了很大作用。 　　还有一件令航空发动机老专家们感动的事情是1990年在决策引进新型战机问题上，空军、国防科工委领导对航空工业自主研制先进涡扇发动机的信任和支持；这些信任和支持使中央军委领导下定继续研制新型歼击机和“太行”发动机的决心，为后来“太行”发动机“一发配两机”创造了条件。 　　当时在决策引进新型战机的时候，“太行”发动机研制处于经费没有保证、时间拖后的境地。面临引进飞机和发动机可能造成的影响，航空工业部的领导和主抓“太行”发动机研制的周晓青总师担心引进发动机又会导致滑到测绘仿制的道路上去。为了这个型号的生存和发展，他们在中央军委领导面前力陈坚持研制的必要性，表示愿立军令状。 　　会上空军副司令员林虎明确表示，我们买飞机还是为了促进自己发展。他说，科学是允许失败的，立军令状解决不了问题；国内发展一定要抓，这是牵涉国家安危的大事。时任国防科工委主任丁衡高在会上明确表示：我主张在保证国内研制费的条件下，如果还有钱，可以买；如果保证不了，就不买。我们已经耽误了，动力再不抓是不行的；现在这代科技骨干如果不用，以后都老化了，再也接不上茬了。当时的中央军委副主席杨尚昆也在会上表示，空军要依靠自己的航空工业；应付急需、少量购买飞机不要影响自己研制。 　　如今，当年作出决策的这些高层领导都已退出领导岗位，有的已经作古。谈到他们为发展自主研制飞机、发动机作出的贡献，航空工业的专家都认为，正是当年这些领导人在位时的决策使“太行”发动机研制得以稳步进行，最终实现了“三大跨越”，让中国航空发动机事业迈上一个历史性的新台阶。 　　观念转变推动跨越 　　“太行”发动机研制过程充满了矛盾和斗争，其中既有技术创新的风险，也有进度落后于计划带来的危机，还经常遇到在创新中转变旧的思想和思维方式的问题。 　　按照航空工业历来的做法，飞机决定发动机；换句话说就是发动机是为飞机配套的，如果飞机下马了，发动机的生命也就终结了。“太行”发动机研制初期遵循的也是“新发动机配装新飞机”这样的思路。实际上，这样做往往使飞机和发动机研制中的风险叠加起来，增大了最后定型时的难度。 　　上世纪90年代初，由于“太行”发动机研制进度落后于新型歼击机进度，新机配装了国外成熟的发动机进入试飞阶段。在“太行”发动机完成地面试验进入飞行试验的时候，由于国内原有的发动机飞行平台寿命到期，一时找不到承担发动机飞行试验的平台。 　　张恩和在这为难的时候反推思索：既然我们的新飞机可以装上国外成熟的发动机试飞，那么我们的新发动机为什么就不能装进国外成熟的飞机试飞呢？张恩和组织所内技术力量进行了6个方面的可行性论证。1993年3月，一航动力所提出利用国外引进的飞机进行“太行”发动机试飞的报告。毫无疑问，这样试飞的新做法降低了新机研制中的风险，减少了两样新装备相互影响的干扰，能够更清楚地暴露新飞机或新发动机工作中存在的问题，开辟了新机研制的新方法和新途径。 　　看似偶然的逆向思维带来的是史无前例的重大决定。1995年6月7日，时任副总参谋长的曹刚川率总部机关及有关军种领导到一航动力所宣布了中央军委的重要决定：“‘太行’发动机一是配装新型歼击机，二是做某型飞机的后继动力。”“‘太行’发动机是两种飞机成败的关键，空军下一步建设就立足这个发动机了。” 　　“太行”发动机的命运从这一刻发生重大转折；“一发配两机”，这在中国航空发动机研制历史上还是第一次。在场的航空工业总公司领导、总设计师张恩和与所有参加“太行”发动机研制的科技人员深深感到肩上担子沉重，责任重大，深切体会到型号研制成败与祖国安危密切相连，大家决心以扎实的工作推进“太行”发动机研制，以优异的成果让部队放心，让祖国放心，让人民放心。 　　矢志不渝求发展 　　回顾“太行”发动机18年研制走过的历程，由于缺少足够的预研基础，研制过程中遇到许多意想不到的困难，有时候几乎到了背水一战的地步。总设计师张恩和对矢志不渝求发展有着深切的体会，他说：只要有坚定的信念，坚持到底就是胜利。发动机发展要有规划，规划制定好了不要变，按照规划往前走。现在大家对发动机发展看得更清楚了，“昆仑”出来了，发展下去可以装机一片；现在“太行”也出来了，还是要系列发展；后边还有更高推重比的发动机。我对发动机发展充满信心。 　　张恩和认为，在航空发动机研制中没有解决不了的技术问题。1997年“太行”发动机大叶片断裂，这是很大的故障。我们1998年分析一年，1999年制定解决方案，到1999年10月发动机上台试验，问题解决了。碰到技术问题不要灰心，张恩和说，一般讲，定方案的时候大家都是比较慎重的，因此研制中碰到的问题都不是颠覆性的问题。 　　谈到在“太行”发动机研制中的体会，张恩和毫不犹豫地说：关键技术突破应该在型号立项之前。这是从教训中得来的。他说，咱们国家过去是不立项就没钱，立了项就攻关。国外是关键技术早就解决了，立了项就是集成这些关键技术；我们则是立项以后拖后腿的、制约型号技术向前走的全是这些关键技术。立项以后才解决关键技术，一个周期不行再来一个反复，有的实在不行就只好先拿掉，以免影响整个研制进度。这样做对保证型号来说是对的，但是影响整个技术发展。 　　再一个体会是重大型号研制培养了一支队伍，带动了材料、工艺，提升了加工和试验设备能力。张恩和说，通过重大项目研制，航空发动机行业提升了三个水平：一个是材料水平，特别是高温合金和钛合金；另外一个是制造工艺水平大大提高；第三个是提升了加工设备、制造设备的水平。 　　当年“太行”发动机研制的行政副总指挥刘孝安在回顾“太行”发动机研制走过的道路时一再强调：正确决策是成功的前提。他说，航空发动机研制决策必须是国家行为，国家支持、政府支持，光靠企业是不行的；国家行为反映在决策者的决心、决策者的态度、决策者的行动上。“太行”发动机研制决策中几次反复都体现出国家行为的重要性，体现出工业部门和使用部门的一致，体现出工业部门的决心和能力；如果上面摇摆不定，“太行”发动机研制就不可能取得成功。 　　刘孝安说，正确的技术途径是成功的关键。技术途径决定项目成败，途径正确研制过程就顺利，技术途径不对就容易走弯路甚至失败。 　　专家说话三句话不离本行。刘孝安说起航空发动机研制的关键，指出在发动机研制中，一切新技术、新材料、新工艺都要经过充分的实验验证。他说，航空发动机研制离不开部件试验、地面试车、飞行试验；试验越完备，就越能够早暴露问题，早解决问题。零部件试验累计要几万小时，整机试车累计要几千小时，这是最起码的。在管理上，“太行”发动机研制打破了一所一厂一个型号的传统做法，动员了全行业的力量；在分工的同时适度竞争，项目布点体现专业化分工，有的项目布两个点，鼓励适度竞争，保证进度、保证质量。 　　刘孝安特别提到“太行”发动机研制充分利用了国内、国际两种资源，培养和提高了两种本领。国内资源是我们的科技人员和技术基础；国际资源包括软件和硬件，比如请国外专家来做技术评审，国内做不了的试验拿到国外去做，等等。他说，充分利用两种资源的同时，锻炼、培养了我们两套本领：一个是自主创新的能力和本领，第二是开展国际合作、开展国际交流、开展国际合作研制的能力和本领。 　　尽管刘孝安身患癌症正在治疗，但是谈起“太行”发动机研制成功，兴奋之情溢于言表。他将通过“太行”发动机研制取得的收获归纳为： 　　坚定了一个方向——中国航空发动机必须坚持自主创新的方向，靠引进、购买、仿制、测绘仿制、引进专利都是不行的。 　　验证了一个途径——发动机研制一定要走部件→验证机→整机的途径。 　　锻炼了一支队伍——培养了设计、制造(包括材料)、试验(包括试飞)、管理，方方面面的人才。 　　培育了一种精神——百折不挠、忍辱负重、坚忍不拔、乐观向上。干航空发动机是一个悲壮的事业，研制过程中难免有失败，这是客观存在的；受到用户指责，受到上级批评，这都好说；而我们在失败面前能不能站起来，能不能战胜自己，这不是个人的问题，也不是单位的问题，是关系国家安危的问题，是关系民族自强的问题。 　　打造了一个平台——“太行”发动机研制成功为航空发动机系列发展构建了新的技术平台，为第四代发动机技术提供了验证平台，打造了一个技术发展的平台。 　　航空发动机专家周晓青结合“太行”发动机研制分析了我国发动机研制走过的几种不同道路。第一种是仿制、测绘仿制和专利生产，没有自主创新；这样做看似简单容易，实际上不可能提高自己的原始创新能力，我们即便能够引进也永远拿不到最先进的航空发动机技术。过去工厂习惯于这种做法。 　　第二种道路是关起门来搞设计，什么都要自己干，实际上这样做也是误事的。在改革开放前，在国外对我们技术封锁的情况下，研究所也曾经走过这样的道路。 　　第三种道路就是我们现在所走的。总体上自己干，里面有些关键部件、关键技术如果自己能力不行的就引进国外先进技术，引进自己缺乏的、能力不足的技术。我们要重视培养原始创新能力，重视基础研究，也要通过集成创新，利用国外成熟的技术提高我们自主创新的起点和水平，加快发展步伐，积累经验，逐渐增强我们原始创新的能力。 　　航空发动机老专家吴大观在对航空发动机事业发展的展望和建议中提出：要着力自主创新，通过原始创新、集成创新、引进消化吸收后的再创新，提高我们航空发动机研制能力和水平；加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研结合的创新体系；继续贯彻预研先行、动力先行的方针，发动机研制要走在飞机研制前面；放宽眼界，利用国内、国外资源和条件建立完善的科研体系，掌握核心技术和关键技术；培养、爱惜、尊重人才，这是航空发动机事业发展的重要战略资源。 　　航空发动机老专家们坚信，“三大跨越”必将为中国航空发动机事业开创更加辉煌的明天！