刘大响,中国工程院院士,全国人大常委会委员。现任中国一航集团公司科技委副主任,北京航空航天大学教授、博士生导师。在国家重点工程-高空模拟试车台建设、高性能推进系统预研、中推预研和推比10航空发动机预研中,为中国航空发动机设计研究做出重大贡献。荣获国家科技进步特等奖1项,二等奖2项;部级科技进步奖13项及香港"何梁何利"科技进步奖。主编专著四部,科研报告100余篇,主要论著有:"航空发动机进排气装置设计手册"、"航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机总压畸变评定指南军用标准"等80余篇。荣获全国先进工作者称号、中国航空工业总公司劳动模范和劳模标兵等荣誉。
航空动力产业是重要的战略产业,具有很强的战略价值和经济价值。
《装备制造》:航空工业涉及的相关产业很多,您认为最关键的是什么?
刘院士:我认为是航空发动机。因为发动机是飞机的"心脏"。没有好的发动机,就不可能有先进的飞机。航空发动机的研制难度大,投资多,周期长,既需要有坚实深厚的理论基础,又需要有长期大量工程实践经验的积累,更需要有高水平、坚实的工业基础能力保障和支持,是一个国家工业基础、综合国力和科技水平的集中体现,因而被誉称为"工业之花"和"皇冠上的珠宝"。另一方面,中国航空发动机技术相对落后,已成为严重制约整个航空工业发展的主要瓶颈。只有突破航空发动机这个关键,中国航空工业这局棋才会"全盘皆活",才有真正的主动权,才不会因动力而受制于人。
《装备制造》:那么请您再谈一下,航空发动机在航空工业中占有怎样的地位和作用?
刘院士:现代航空发动机在军、民用领域中的用途十分广泛,其重要性已不言而喻。我们知道,配装先进发动机的航空武器装备,在现代化战争中仍然是夺取制空权、决定战争胜负的决定性因素之一;先进涡轮风扇发动机目前是大型民用飞机动力的唯一选择;采用航空发动机改装的燃气轮机作动力,已是军民用舰船现代化的重要标志,也是新一代装甲车和坦克动力的发展方向之一;地面燃气轮机将成为21世纪世界绿色环保发电设备的主力军;在石油、天然气开采、运输及化工流程中,也大量使用燃气轮机作为油田注水、注气、气举采油、输油、输气管道增压等机械的驱动动力。
航空发动机是高附加值的高科技集成产品,可带动许多与之相关和配套的产业发展,对国民经济发展有着重大促进作用。据日本通产省统计,按照产品单位重量创造的价值来计算,假如船舶为1、则小汽车为9、电视机为50、电子计算机为300、大型飞机为800、而航空发动机为1400。目前,世界上能够独立研制各类飞机的国家有20多个,而能独立研制现代航空发动机的却只有美、英、法、俄等少数国家。很显然,航空动力产业是关系国家安全、经济建设和科技发展的战略性产业。对能源、交通、机械、化工、冶金、材料等基础工业和科学技术的发展有巨大的带动作用。
正因为如此,长期以来航空发达国家一直将航空动力技术列为国家的战略性产业,把优先发展航空动力作为基本国策,其核心技术严格禁止向国外出口或转移,逐步形成了对航空动力技术和全球市场的垄断。现在,航空动力技术已成为衡量一个国家科技水平、军事实力和综合国力的重要标志之一。
《装备制造》:请您谈一谈世界航空发动机的发展历程、现状和发展趋势?
刘院士:飞机的发明和应用,是人类在20世纪取得的最伟大科技成就之一。1903年12月17日,美国莱特兄弟制造的第一架"飞行者1号",实现了有动力、载人、持续、稳定和可操纵的重于空气的飞行器首次升空,虽然留空时间只有短短的12秒、飞行距离也只有36米,却标志着人类征服天空的梦想开始变为现实,开创了人类飞行的新纪元。
从1903年至今,飞机及其航空发动机走过了105年的光辉历程。活塞式航空发动机主宰了20世纪上半叶,促使飞机得到了广泛的应用;1930年代末,英、德两国相继发明了涡轮喷气发动机,标志着现代燃气涡轮发动机的诞生。1939年,世界上第一架喷气式飞机He178首飞成功,使航空工业发生了一场"革命",飞机从亚音速跨入了超音速飞行的新时代。
从二战结束到21世纪初,军用喷气战斗机及其发动机的发展大致经历四次更新换代。推重比为8一级的涡扇发动机是目前世界主要大国第三代现役主力战斗机的动力。第四代发动机从1980年代中期开始研制,推重比大约9.5~10.5,涡轮前温度高达1900~2000K,其典型机种有美国的F119、西欧四国的EJ200、俄罗斯的AЛ-41Ф。2003-2007年开始,配装推重比为10一级的先进涡扇发动机的第四代战斗机(如美国的F22和F35),将陆续全面取代现役的第三代战斗机,成为美国、英国和部分西方国家、甚至中国部分周边国家和地区21世纪上半叶的主战机种。2001年底美空军司令宣布,多用途轻型战斗机F35中标,其意向订货量约3000架,合同总金额高达2000亿美元。
民用航空发动机的发展也大致经历了活塞式、涡喷、低涵道比涡扇和大涵道比涡扇发动机四个阶段。发动机耗油率降低 50%,推力增加近10倍,寿命也增加到2万多小时。目前,民用航空动力正朝着高可靠性、长寿命、更经济、更清洁的方向发展,在世界航空强国中,航空发动机已成为其国民经济的重要支柱产业之一。
工业水平的提高、科学技术的进步和经济实力的增强,是航空发动机快速发展的原动力。世界各发达国家对航空动力技术的预先研究和试验验证给予极大的重视,开展了一系列大型研究计划,为各种先进军、民用发动机提供了坚实的技术基础。美国在研制第四代发动机(F119)的同时,从1988年至2005年间投入50亿美元,由军方、政府及工业界联合实施"综合高性能发动机技术计划";英国则着手进行先进军用核心发动机第II阶段计划(ACME-II),其共同目标是利用最新的研究成果,掌握推重比15~20一级的发动机关键技术,使推进系统的能力在1988年的基础上翻一番。这意味着他们仅用15年左右的时间,在推重比、耗油率、成本等方面就将取得相当于过去30~40年所取得的技术进步,充分说世界航空发动机技术正呈现加速发展的态势。预计2020~2030年后有可能研制出第五代推重比15~20一级的军用涡扇发动机。
《装备制造》:那么中国航空发动机的发展状况又如何?
刘院士:由于历史原因,我国航空发动机走的是一条从"测绘仿制-型号研制-预先研究"的半仿半研的路子。近60年来,中国航空动力行业几乎从零开始,经过几代人的呕心沥血,共生产了数万台各型发动机,装备了上万架飞机,取得了举世瞩目的成就。
但是,面对世界航空动力加速发展的严峻形势,中国航空发动机技术是大大落后了。60年来,我们虽然生产了数万台发动机,但却没有真正走完自主研制的全过程并装备使用,民机动力基本上还处于空白状态。
造成这种局面的原因是多方面的,"冰冻三尺,非一日之寒"。客观上航空发动机技术十分复杂,研制难度大,花钱多,周期长,国家工业和技术基础相对薄弱;主观上,对航空发动机研制的复杂性和规律性认识不足,技术储备不够,实践经验少,加之摊子大,战线长,力量分散,投资不足,有限资金不能用在刀刃上。几十年来,引进仿制机种过多,又没有很好地消化、吸收和再创新,特别是很长一段时期内,过份强调以型号为牵引,有了型号才有钱,有了飞机需求才能上发动机,加之对预先研究投入不足,对打基础重视不够,结果造成技术基础薄弱,自行研制的型号成了"无米之炊",久攻不下,飞机因等不及而不得不再来新一轮的引进、仿制,从而陷入恶性循环。这些都是需要我们认真反思和总结的。
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