中国战机发动机急速发展之谜

2011-5-6 00:00| 发布者: lxr| 查看: 1000| 评论: 0

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    (一)前面的话

 

    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。

 

   后来——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。

 

  题外话——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6和强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。

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