飞机为啥多挂一个引擎在身上？
飞机为啥多挂一个引擎在身上？
百度知道日报
有的飞机注定很另类，特立独行。比如波音747SP，它除了给美国航空航天局充当“同温层红外线天文台”外，有时候，它还会搞一个引擎在自己身上玩玩。不少网友纳闷，波音747SP这么弄，到底是为那般？一个飞行测试平台其实不难理解。波音747SP这么搞，目的主要是测试机身上的那个新引擎。一个引擎要成型，进入批量生产前，会有大量极其严格的测试，以便检测出其在各种环境下的稳定性能。就算引擎已经开始量产了，也还要一个一个进行测试。如果只是在地面测试，就很难模拟出真实环境下的各种复杂情况。引擎未来的战场在天上，所以得拿它到天上真真实实走一出才算。为此，各大发动机引擎生产厂商，都会把一款新发动机安置到一架经过特殊改装的飞机上进行高空飞行测试，是驴是马，先上天溜一圈再说。而这个经过特殊改装的飞机就是“发动机空中试车台”，又叫“飞行试验台”。而波音747SP，其中的一个身份就是发动机空中试车台。而波音747SP，又叫747-100SP，它是美国波音公司出品的波音747底下的一种亚型。“SP”是“特殊性能”（Special Performance）的缩写。它的机身比标准的747缩短了14.35米，机身的缩短带来阻力的变小，继而航程变长，可以用时速980千米的速度飞行12300千米。有人笑称波音747SP不务正业，因为它啥都干。其他飞行试验台除了，波音747SP，还有很多其他的飞行试验台。今天我们一起来看看。上图这个长鼻子家伙是“波音720-023B”客机改装的飞行试验台， 它正在测试鼻子上的那款发动机。空客公司在开发“A400M”运输机时，由于公司之前没有同类产品，所以租用了英国空军的一架C-130K运输机作为发动机测试机。被测试的发动机为TP400发动机。C-130大力神运输机大家都很熟悉，它是由美国洛克希德·马丁公司研发生产的中型战术运输机，同时它是美国最成功、最长寿和生产最多的现役运输机。C-130配备四个涡轮螺旋桨发动机，可以在未准备的跑道上起降。最初它只是被设计用来输送武装力量、医疗救援、货物转运。因为太能干，后来演化出各种用途，如气象观测、空中加油、海岸巡逻、空中救火等，无所不干。而C-130K是衍生出来的英国皇家空军的专用型。这架麦道81测试的是一台外形十分奇特的发动机，它就是“桨扇发动机”。桨扇发动机是一种涡轮发动机，跟涡轮风扇发动机类似，只是没有风扇涵道。风扇由涡轮直接带动。桨扇发动机最大的优点就是省油和非常高的推进效率。上世纪七八十年代，美、英、法等国家都开展了桨扇发动机的研究工作。美国通用电气公司曾在一架飞机上，使用两种发动机对比试飞，结果，使用桨扇发动机时油耗下降了49%。然而，它的缺点是噪音太大。而航空公司追求的低噪音，然后才是省油，因此，桨扇发动机在客机上没有用武之地。而“安托诺夫安-70”运输机是第一种首先采用桨扇发动机的飞机。上面的飞机，其腹部挂着的不是导弹，而是一个测试的发动机。这个飞行试验台就是我国将“图-16”改装而来的。为了完成对我国自行研制的发动机进行测试，日，我国将图-16飞机改装成发动机飞行试验台，代号为“226工程”。测试的发动机安置在机身中部的一个发动机短舱里，这个短舱可以收放，如果遇到紧急情况，必要时可以扔掉。226飞行试验台1976年12月正式投入科研试飞，直到1996年10月才退役。因为设计难度和工艺复杂度远超其他发动机，比如用一次就报废的火箭发动机，所以，航空发动机被人们喻为“工业之花”，它是飞机的心脏，体现了一个国家工业综合实力水平的高低。航空发动机的性能几乎就是飞机的性能，因为，发动机的动力的大小，直接决定了飞机的爬升性能、速度性能还有机动性。而发动机的油耗又决定了装备这种发动机的飞机能飞多远，飞多长等等。一款成功的发动机的面世，常常需要耗时多年，需要经过大量的测试。以至于有人说，航空发动机不是造出来的，而是试验出来的。在这个试验的过程中，各种被改造出来，作为“发动机空中试车台”的飞机都发挥了很大的作用。
产品建议及投诉请联系：不再被发动机拖累 我国3种发动机进展曝光
近日，西方媒体再次将关注的焦点集中到中国的航空发动机领域，西方媒体认为，中国在航空发动机领域的巨大投入正在显现出成果，一些发动机已经进入收获期，目前，中国航空发动机发展已经进入快车道，一系列新型发动机项目正在进入关键攻关阶段，中国在航空发动机上进步是实实在在的，并不是充门面的行为。据悉，由于航空发动机技术的落后和巨大差距，中国自行研制的军用飞机长期受到发动机技术薄弱的困扰。
外媒称，”为了排除这些干扰，中国人在2008年开始启动了一系列发动机发展的重点项目，其中中国还通过“两机专项”(即国家航空发动机和燃气轮机“两机”科技重大专项)投入巨资力图改变过去的窘境“。据了解，航空发动机和燃气轮机“两机”科技重大专项已经顺利成为中国在国家层面上的第20个重大技术专项，与空天飞机和高超音速飞行器专项一起成为国家航空航天领域的重要突破聚焦，据了解中国已经在以下3种发动机项目中获得较大突破，而这些发动机是中国航空发动机领域的最核心项目。
一、涡扇-13“泰山”发动机计划于2016年装备枭龙block3飞机
涡扇-13“泰山”发动机
外国媒体称，中国的涡扇-13是中航工业第一个自行立项的中等推力涡扇发动机研制项目，由中航工业涡轮院和贵发所共同研制，这种新型发动机技术来源是，俄制RD-93发动机和中国自己的中推核心机项目，目前，这款发动机已经由黎阳公司在多架枭龙实验飞机和试飞台飞机试飞4年左右，西方分析师认为“泰山”发动机是一款性能优异的中等推力涡扇发动机，可以作为“枭龙”轻型多用途战斗机、“利剑”高端无人作战飞机、FC-31“鹘鹰”中型舰载机以及歼轰-7B歼击轰炸机等的动力装置。
外国分析人员认为，目前，涡扇-13“泰山”发动机已进入定型考核阶段，预计2015年可完成发动机定型，同时，该发动机也将计划于2016年装备枭龙block3飞机，正在研制的FC-31第二架原型机可能也将装备这种发动机进行试飞。据悉，装备这种发动机后，中国的“枭龙”轻型多用途战斗机将一举打破其出口道路上的最大障碍，为未来更多出口合同的签署奠定坚实的基础。
涡扇-20发动机
二、涡扇-20发动机的运-20将2018年开始交付中国大运轰炸机都靠他来推动
外国媒体称，中国的大涵道比发动机项目——涡扇-20发动机已经于2014年开始试飞，据中国网络上网友拍摄到了中国试飞院一架伊尔-76试飞的画面，该机左翼内侧安装了一台新型大涵道比涡扇发动机，这种新型发动机就是国产大型运输机运-20的“中国心”WS-20发动机。西方分析人士指出，这款发动机就是中国以“太行”发动机为基础，自行研制的涡扇-20大涵道比涡扇发动机，该发动机将主要用于运-20大型运输机，未来，还可作为大型客机、新型双发中型运输机、飞翼布局远程隐身轰炸机和第二代远程反潜巡逻机的主要动力。
据外国媒体推测，这种大涵道比涡扇发动机已经进入飞行试飞阶段，将在未来3至5年内投入使用。至此，我国成为继美、英、法、俄之后第五个能够独立研制大涵道比高性能涡扇发动机的国家，该型发动机不仅填补了我国航空发动机领域的一项重要空白，更是作为我国航空发动机发展道路上具有里程碑意义的一件大事，可以说，这款不仅仅涨了中国人志气，更加重要的是，迈过这道坎，中国航空发动机将正式进入发展的“快车道”，就像突破那层“窗户纸”，一系列先进技术将被接连攻克。
三、涡扇-10“太行”发动机好事多磨目前已经交付490余台实现批产
据了解，我国国产“太行”发动机目前已经批量装备了歼-11B、歼-11BS和歼-16三个已服役型号，同时正在歼-15、歼-15S、歼-10C和歼-11D四个型号上进行飞行试验工作。据外国媒体称，目前，我国各型号战斗机配装太行发动机的状态如下：
涡扇10发动机
1、歼-11B：除首批一个团外，剩下全部歼-11B都使用国产“太行”发动机。歼-11BS：从试飞机开始，全部都使用太行发动机。2、歼-16：从试飞机开始，所有歼-16都使用太行发动机，今年歼-16战斗机将向空军交付一个飞行团24架飞机。3、目前歼-15歼击机已有1架用于试飞海军型太行发动机的试验机，但目前装备的歼-15第一批次战斗机均使用俄制AL-31cep.3发动机，据悉，4、歼-15S双座战斗机和歼-11D战斗机原型机一律使用国产太行发动机，目前歼-10B/C系列战斗机仅有一架用太行发动机进行飞行试验的验证飞机，其他已经服役的战斗机均使用俄制AL-31FN。
太行航空发动机
据了解，截止2015年6月，太行发动机在各部队的装备和使用情况，目前公开报道中，已知装备太行发动机的歼-11B/BS的部队有空军3至4个战斗机旅、1个蓝军大队、海航3个战斗机团、合计为7个飞行团，约合计166至174架，今年晚些时候至2016年3月前，将很快装备1个歼-16团和半个团的歼-11BS战斗机，加上各种型号试飞机所用的发动机及备用发动机，目前进入部队服役使用的太行发动机总数已经达到了470至492台之间的水平，年均生产约45至55台之间，可以说已经形成了较大的装备规模，不过与我国采购的近千台AL-31发动机相比，仍然有差距，不过万事开头难，未来，我军将有更多战斗机使用国产发动机，年均生产量也将提高到每年100台以上。
中国航空发动机领域的真实现状
中国的国防力量就像鸡蛋一样脆弱！
首先世界上自行研制生产航空发动机的只有美国、俄罗斯、英国、法国和中国。
总是看到有吧友诟病国产飞机的发动机问题，一讨论起这个话题就众说纷纭，那么国产飞机引擎究竟发展得怎样了？现在处于什么阶段？差距在哪里？将来会怎样？下面我们就沿着这个话题来展开科普~~
今年在珠海航展上，中航工业展出了国产大涵道比涡扇发动机的金属同比例模型。这款发动机将用于中国造的大飞机C919，它也有个非常中国的名字——“长江1000A”。
在第九届中国国际航空展的航空发动机展区，中航工业展出了国产大涵道比涡扇发动机的金属同比例模型。
据悉，该发动机具有四大特点：高效率，低燃油消耗；高可靠性，长使用寿命；低排放，低噪音；低维护成本，维修性佳，将用于国产大飞机。
飞机发动机被称为“工业皇冠上的明珠”，要研发生产一台合格的发动机，比研制飞机本身所耗费的时间还多。而有报道称，国产大飞机发动机的研发已经取得关键性进展。国产大飞机要治好“心脏病”到底有多难呢？
01.要造一台大飞机发动机困难重重
有核弹、有飞船，也不一定能掌握发动机制造技术
路透社的评论说，中国既设计了核导弹，又将航天员送上了太空，但仍有一项重要技术没有掌握。尽管进行了几十年的研发工作，中国迄今仍然未能建造出一台可靠的、高性能的飞机发动机。可见要制造一台飞机发动机实在是难度高。…[详细]
要造飞机发动机，就得解决一串又一串的难题。简单而言，喷气式飞机发动机就像是一个两端都开口的圆筒，从前端吸入的空气经过压气机、燃烧室等一系列的内部结构，而后变为高温、高速的燃气从后端喷射出去，就产生了向前的反推力。所以，飞机发动机的特点是高温、高压、高转速、高负荷。
这四高，简直是个大难题。一般喷气发动机内部某些部位的温度在1600℃左右，而发动机风扇后的压气机进口空气和出口空气的压强都要比大气压强要高得多。
大飞机用的大涵道比发动机和战斗机的小涵道比发动机又有不同，所谓涵道比就是发动机外涵道与内涵道之比，抛开种种晦涩的技术细节不表，普通人能够直观明白的是，大涵道比发动机比小涵道比发动机的油耗小、推进效率好、经济性能高，不过一些制造要求也更高，更要求稳定性，比如前者的风扇叶片起码有一米多，而后者则只需0.3—0.4米左右。
拿一款非常高端的发动机来说，罗尔斯?罗伊斯公司为A380生产的发动机内部的最高温度达到了太阳表面的一半，发动机内部的压力达到了50个大气压，涡轮叶片叶尖的运动速度达到2000公里/小时，而它的叶片有3米多长。
除了四高难题而外，民用客机的发动机还必须考虑经济性能和舒适度，也就是说，油耗要低，噪音也要低。
这四高两低简直是制造民用大飞机发动机的紧箍咒。
所以，当年日本通产省（日本经济产业省的前身）发布的资料就认为，如果船舶单位重量的价格为1，则轿车为9，彩电为50，电脑为300，喷气式飞机为800，喷气式发动机为1400。而现在全球的大飞机发动机市场，基本被来自英美的三家公司瓜分，许多国家都造不出来像样的大飞机发动机。
材料和工艺难题
通俗地说，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。其工作特点是高温、高压、高转速、高负荷，燃气温度越高，发动机推力越大；通过的空气流量越大，发动机推力也越大。
“如果把飞机制造比喻为工业皇冠，那么发动机的研制就是皇冠上的明珠。它的研制难度非常大，几乎不亚于再造一架飞机。”在11月14日在珠海召开的“飞机关键制造技术高层论坛”上，中国工程院院士刘大响表示，材料和工艺技术还不能满足航空发动机研制的需求，这是中国当前大飞机制造遇到的两大难题。
以目前A380飞机上采用的罗尔斯?罗伊斯公司的遄达900发动机为例，起飞时，4台发动机可以产生近18万匹马力的动力，相当于40台GE的最大动力的“进化”系列火车头产生的动力。其内部转子的转速达到每分钟12500转，涡轮叶片叶尖的运动速度达到2000公里/小时，发动机内部的最高温度达到太阳表面的一半，发动机内部的压力达到50个大气压。这都对发动机叶片、轴承的材料提出了严峻挑战。
而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，与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，不仅需要耐高温材料和耐热涂层，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。
航空发动机主轴承，也是航空发动机的关键部件之一。在高速、高温、受力复杂的条件下运转，其质量和性能直接影响到发动机性能、寿命和可靠性。目前国外发达国家航空发动机主轴承的寿命均能达到1万小时以上，而中国目前航空发动机的主轴承寿命基本在900小时以内。
近些年，中国军用发动机技术进步显著。2006年定型的“太行”涡轮风扇发动机，完全由国内自主研制，代表了中国目前大型发动机的最高水平。可以借鉴这种技术做民用发动机，但两者着重点有所不同。军用发动机要求适合军机的灵活、快速、机动性能强，而民用发动机更强调可靠性和连续工作能力。
“民用的要求省油，不要求飞得更快，只需要亚音速，不需要大的单位推力。”军用“昆仑”发动机总设计师严成忠说。
与要求吸入空气最大程度参与燃烧的小涵道比军用发动机相比，国际上民用发动机的涵道比要达到10以上，即通过外涵道不参加燃烧的空气是内涵道的10倍。这就需要大涵道比风扇叶片。严成忠说，发动机的风扇叶片功能很重要。军用发动机只有300毫米－400毫米长的风扇叶片，而民用的发动机需要1米多长，A380的发动机叶片更长达3米，这对叶片材料是巨大的挑战。
他说，另一个问题是降低噪声和燃烧产物排放。由于民用发动机对于排放的氧化氮含量有严格要求，民用发动机的燃烧室就不能简单用军用的，各个部件的效率都要高。
倪金刚说，目前中航商发初步设计的发动机，风扇就是采用复合材料。但复合材料风扇有其自身的问题。“这种材料目前国内还做不出来，希望能找国际上比较成熟的供应商来提供。”倪金刚说。
中国航空研究院院长张新国对本刊记者说，我们的发动机还不能和GE、赛峰这些厂家去比，能靠近就算不错了。一是要满足C919的要求，二是要满足各个适航当局的要求。“可以装载在飞机飞上天，再在这个基础上不断完善。”
不过，多次来珠海采访航展的美国《航空周刊》资深专家白广原（Bradley Perrett）明确地说，你的发动机必须完全安全，而且必须足够省油。否则白给航空公司，人家都不要。
与表面上的材料和工艺技术难题相比，中国自主发展航空发动机面临的更大问题是发动机技术人才的缺失与工业基础薄弱。
今年5月，中航商发全面启动“中国心?中国梦”商用飞机发动机设计研发人才全球招募计划。10月13日，中国航空工业集团公司总经理林齤左鸣到中航商发考察并接见了中航商发42名海外人才，显示了中国对发动机人才的饥渴。林齤左鸣当时表示，发展航空发动机技术，决心“不惜血本”。
由于上世纪70年代上马的歼九、歼十三、强六等项目纷纷下马，到80年代时，中国在航空动力方面与世界发达国家的差距拉到20年之上。
80年代中期，中国决意发展新一代大推力涡扇发动机，即涡扇10系列发动机。这款名为“太行”的发动机在2006年定型时，人们兴奋不已，但一个不得不承认的现实是，“太行”的技术水平仅相当于俄罗斯20年前投产的航空发动机AL-31F。
航空发动机是个很典型的传统工科专业。这一领域院士至今仅有五人，且年龄偏大，年纪最小的也超过了70岁。这一现象不仅存在于航空发动机专业，各个传统工科专业都面临院士级、大师级尖子人才奇缺和后继乏人的局面。
一位在航展现场参观的湖南株洲发动机制造厂的业内人士感慨说，你看现在的年轻人考大学，谁喜欢报机械专业？由于钢铁、机械等传统工科专业早已丧失了对理科生的吸引力，在他看来，中国顶尖工程技术人才严重短缺的局面短期内无法缓解。
CFM执行副总裁夏晨善（Chaker Chahrour）对本刊记者表示，发动机在技术上、商业上都非常困难，所有的技术突破，都不是一夜间能够完成的，必须有耐心。建立起自己的制造能力，需要很长的时间。
当中国希望建造自己的大型客机时，却发现没有一颗可用的“中国心”：国产民用航空发动机——这是自主研制大型客机必须面对的问题。
在11月6日开幕的珠海航展上，承担国产大型客机发动机研制任务的中航商用飞机发动机有限责任公司（下称中航商发），用三维动画展示了一款发动机初步设计方案。在他们看来，不考虑高超的性能，先制造出一款“能用”“及格”产品，是时下第一要务。
中航商发宣布，国产大型客机发动机总体方案定义工作正在加紧推进，有望在多轮修改、完善后，于2011年确定基本技术路径，并在“十二五”期间研制出一台完整的发动机验证机。
但在业内专家看来，产品仅仅能用，显然不足以在目前已经被GE、普惠和罗尔斯?罗伊斯垄断的市场上具备竞争力。“你的产品必须足够安全，更要足够省油，否则白给航空公司，人家都不要。”
自主研制路径
“这是我们公司20多位工程师一个月攻关的结果。”中航商发规划发展部倪金刚博士为本刊记者讲解发动机三维动画时说。
这部几分钟的动画片显示，由整流罩、风扇增压级、中介机匣、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、级间机匣、低压涡轮、涡轮后机匣九大单元体组成发动机内核，九个部分精密耦合后，再加上外部管路和附件机匣，就可装配成一台完整的商用发动机；然后，嵌入飞机整机制造商所做的短舱中，就呈现为人们直观印象中的大飞机“心脏”。
“基本上是做全了，但是结构、形式和位置上，还需要完善，包括叶片、涡轮盘、压气机、多少级，基本上都将按照初级的设计来完成。”倪金刚说，此后的发动机设计和研发都要以此为参考，不断更新和完善。
今年5月，中航商发正式启动了国产发动机项目总体方案定义和关键技术攻关工作。目前，十多个专业组正开展方案设计、论证和关键技术攻关，预计今年内完成第一轮设计方案。
中航商发介绍说，商用航空发动机是当今工业领域惟一要同时解决超高速、超高压、超高温三大技术难题的制造品，研制技术难度大、风险高、投入多，周期也更长。
此言不虚。以目前国产大飞机项目选定的惟一一款外方发动机为例，这款发动机尽管是一款改进型产品，从立项到最后下线也需要八年时间。
2009年12月底，负责中国大飞机研制和销售的中国商用飞机公司，为其首批中型商业客机C919选用了法国CFM国际公司的发动机。为争取这一项目，CFM国际公司在其原有CFM56系列发动机基础上作出改进，推出全新LEAP-X1C发动机。这一项目于2008年中正式启动，预计交付时间到2016年。
可以说，上述三维动画展示了中航商发选择的自主研制路径，但这只是可能的路径之一。中航商发总经理张建说，第二种可能的模式是中航商发与国外企业共同研制国产发动机。“对方可以风险合作伙伴的身份，在合资公司中占20％-30％的份额，并投入一定的技术和资源，最后分享研发的成果。”
第三种模式，则是效法中国在汽车业、高铁业走过的道路，和国外合作，引进国外先进的发动机，消化吸收后实现在中国的国产化。但在这种模式下，中国的汽车产业始终无法掌握核心技术，也是一个不争的现实。
倪金刚说，目前他们初步的设计，采用了1级复合材料风扇、8级压缩机。“我们是全新的设计。”但他也承认，“现在还不能追求太高的性能，先达到标准就可以了。”
中航商发一位技术人员告诉本刊记者，具有自主知识产权、为国产大飞机匹配的国产发动机，主要靠我们自己来做。虽然不排除合作的可能，但合作分不同的层次，不是把它包给外国人，外国人帮我们做回来。那就不叫研制。
他说，我们要做的是一种哑铃型的商业模式。首先前端抓市场，订单在我们手里；其次抓总体集成、整体设计；然后在后端抓服务，销售、大修、组装。而中间的各个部件，涉及各种技术，这中间有一部分核心技术是我们没有掌握的。
技术、材料、生产都是难题，而我国光是军用发动机就落后欧美俄二三十年
技术难：要解决难题首先得在技术上下功夫，比如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，就要通过燃烧室结构设计，采取冷却手段，降低燃烧室筒壁的温度。
材料难：目前国外发达国家的发动机主轴承的寿命都在1万小时以上，而我国的基本在900小时以内，差距还很大。而现代高性能航空发动机都采取一些高强度、耐高温材料，包括钛、镍、铝、复合材料以及镍基和钴基超耐热合金。有分析认为，中国现在超耐热合金还不能完全自给，据估计中国每年超耐热合金的生产量约为10000吨，而需求量则为20000吨。更有专家指出，制造发动机风扇的复合材料目前国内做不出来。
工业化难：在实验室制造一片叶片是一回事，而批量生产数以千计的标准化且性能可靠的叶片则完全是另一回事。一台喷气发动机往往需要400～500片各类叶片，稳定的量产质量是发动机制造业的必需。拿一款军用的发动机举例，2010年11月有媒体报道，一款名为涡扇10“太行”的发动机已投入批生产，将用于装备歼11B。尽管如此，仍然有证据表明中航工业在扩大涡扇10量产过程中质量稳定性控制存在问题，造成发动机可靠性不足，中国战机仍然严重依赖俄罗斯进口发动机。
中航商用飞机发动机公司2009年在上海成立前，中国的飞机发动机研发、生产几乎都是军用的。而就军用发动机来看，中国的发动机比起欧美俄来也比较落后。2006年，名为“太行”的军用发动机定型，人们兴奋不已，但一个不得不承认的现实是，“太行”的技术水平仅相当于俄罗斯20年前投产的航空发动机AL-31F。而环球网军事频道的分析也认为，即使中国目前最为先进的发动机，也至少和美国有30年的差距。
其实就算是军工非常强的俄罗斯，在研发自己的新款大飞机时也不得不借助外力，俄罗斯MS-21型客机计划在2017年投入市场，将使用美国的普惠公司的PW1400 G发动机。
而中国的飞机发动机“民用化”才开始不久，可想难度之大。
心脏病之痛！中美航空发动机差距到底有多大？
中国致力于开发国产高性能航空发动机，用于装备国产军用飞机的战略方向已经明晰，这一战略选择包含着重大的航空技术挑战，世界上仅有少数几家大公司真正掌握着这项技术。这本身并不奇怪：发动机对于飞机的重要程度，不亚于心脏对于人体。发动机的设计研发，面临着温度、压力、过载等一系列严峻问题，只有最为先进的材料，最为合适的加工方法，科学的设计，合理的使用维护，才能解决这些难题。近些年中国在材料和制造方面取得了一些进步，但在部件和系统设计、集成以及根据可靠性特征制订勤务和使用管理方案等方面仍然存在问题——这些方面是优化发动机使用效能的关键。
中美航空发动机技术的差距令人感到不安，80年代，当F-15战斗机已经开始安装推重比达到8的F-110发动机，而同一时期的中国还在落后的涡喷发动机上苦苦挣扎，如今，即便我们在WS15发动机上取得了巨大成就，但是我们仍然与美国差距至少30年。中国涡扇-10“太行”涡扇发动机及其改进型的性能指标与美国普惠F100和通用电气F110相当，这两款发动机是目前美军F-15和F-16战机的动力装置。“太行”家族据说还是歼11B的动力，可能最后取代俄制AL-31，成为歼10和歼15的动力。2010年11月有媒体报道，一款推力27 500磅（约125千牛）的涡扇10“太行”发动机已投入批生产，将用于装备歼11B。尽管如此，仍然有证据表明中航工业在扩大涡扇-10量产过程中质量稳定性控制存在问题，造成发动机可靠性不足，致使中国战机仍然严重依赖俄罗斯进口发动机。
美国空军和工业部门自1987年开始进行'综合高性能涡轮发动机技术'发展计划，到2000年前后基本完成。为了保持技术发展，后继计划'通用经济可承受先进涡轮发动机'计划由美国空军实验室及其工业伙伴发起，2003年8月将三项综合合同授予通用电气公司、普惠公司和罗罗公司。该计划的重点放在整个推进系统和经济可承受性方面。锁定的目标是使发动机的性价比在12年内提高10倍。'自适应通用发动机技术'项目是通用经济可承受先进涡轮发动机计划中的典型项目。目标是发展在飞行包线内可以改变风扇、核心机流量和压比，从而优化发动机性能的能力。这些自适应技术在发动机上的一种应用就是变循环发动机（VCE），它既可以满足高速飞行的需要，也可以满足低速待机长续航时间或远程持久飞行和经济性要求。
图为F135发动机地面试验。宏伟的IHPTET工程作为美国的下一代发动机蓝图，其引领美国的发动机工业完成从80年代到21世纪初的推重比从10到20的整体性飞跃，而这个是非常值得我们这个学习者去思考与回味的。我们中国能从美国的成功经验中获取什么呢？首先是高瞻远瞩的发展规划：IHPTET和VAATE都是时间长达20年的三步走发展计划，以现在人类的技术革新，准确把握20年后科技发展的脉搏，了解20年后下一代发动机技术的需求是非常困难的，这也反映了美国军方和NASA的未雨绸缪和长远目光，不断地寻求突破也是美国之所以那么强大的根本性原因。
图为我国自行研制的太行发动机，到目前为止，它仍然无法成为歼-10B单发战斗机的动力来源。著名航空动力专家刘大响院士曾撰文认为中国航空发动机研制较世界先进水平主要存在五点较大差距：1.基础研究薄弱，技术储备不足，试验设施不健全；2.国家经济相对落后，研制经费严重不足；3.对发动机的技术复杂性和研制规律认识不足；4.基本建设战线过长、摊子过大、力量过散、低水平重复；5.管理模式相对落后，缺乏科学民主的决策机制和稳定、权威的中长期发展规划。
图为我国通过技术引进发展的秦岭发动机。除了以上差距外，还存在以下问题：1.在航空发动机的发展历程中，缺少像钱学森院士那样学贯中西的大师级人物。回顾“两弹一星”的研制历程，大师级领军人物所起的作用至关重要；2.虽然我国航空工业长期受俄罗斯的影响，但是并没有很好地领会他们的设计理念。他们在经济上并不富裕、研究人数相对较少的情况下，利用系统的观念把复杂问题简单化，将苏联各个生产或研发部门提供的性能并不算高的部件和材料，集成出主要性能突出、综合技术水平较高的航空发动机；3.我国历来重学术而轻技术，加上我国当前教育体制、模式的限制，使得航空发动机行业严重缺乏对机械产品悟性深刻的设计师和技术工人。航空发动机行业的一位厂长曾对笔者说：他发现一个儿童时代很少玩玩具的人很难成长为“心灵手巧”的技术工人。
图为F-135发动机，它是F-35战斗机的主要动力。如果研究一下美国喷气发动机和飞机发展史，可以发现新飞机和新发动机出现之间的相关性几乎可以达到1。中国正在积极研发新型战斗机，这同时也要求研制全新的发动机作为动力。对于中国正在开发的第五代战斗机，俄罗斯自然不愿意出口117S等先进航空发动机。低估中国国防工业系统的实力是不明智的。外界估计，中国将在2到3年内在批量制造高性能喷气发动机方面取得突破，但对于制造可靠的顶级航空发动机，则还需要5到10年。一旦中国迈上这一台阶，将会促成中国空军和海军航空兵的强势崛起。目前中国需要重点监控的领域是设计能力、工装设备、制造能力和系统运营与维护能力，这些问题将会影响国产发动机的性能及使用效能。
图为竞标失败的F-120发动机。美国人认为中国的发动机发展差距巨大，主要是体制问题。比技术问题更难解决的，是体制问题。中国国防目前存在装备来源单一的问题。中国国产军用航空发动机完全由中航工业提供，该集团公司旗下的沈阳、西安和贵州等发动机企业在某种程度上存在竞争，但竞争的积极效应并不明显。如果存在适度竞争，那么竞争压力会促使企业生产具有创新技术且价格较低的产品，加快研制进度，提高售后服务的水平。上世纪70年代末80年代初，针对当时美国空军航空发动机领域普惠一家独大的情况，美国政府决定促进通用电气和普惠之间的合理竞争，此举使得美国战斗机在设计过程中可以拥有两家竞争企业提供的诸多动力选择方案，成果显著。中国目前的情况与美国不同，发动机领域宏观的竞争不足，而在微观问题的竞争又过多，这会造成局部利益交换和利益保护，进而造成重复工作，资源使用不当，延长研制和生产周期。中国需要决定其航空发动机行业的组织系统结构和运行方式，这样才能从上层解决其结构和体制问题。
和美英等国军用航空发动机工业相比，中国航空发动机工业在人员规模上仍显不足，但已经超过了俄罗斯和法国的水平。黎明公司和西安航发这两家中航工业最大的军用发动机企业，人员总和接近20000人。与之相比，普惠、罗罗和通用电气航空分部每家企业人员都超过了35000人。为了追求军用航空发动机自给化，中国航空发动机工业可能在未来会扩大规模。俄罗斯UMPO目前总人员规模为15 000人，计划在2010年生产109台AL-31和AL-41发动机。通用电气航空分部每年大约能交付200台高性能涡扇发动机和总数800台军用发动机和直升机用涡轴发动机。
获得特殊的材料并正确地加工，对于制造航空发动机以及保证制造成本的竞争力，都极为重要。日本石川岛播磨重工株式会社航空发动机工厂经理曾表示，航空发动机零部件成本的50%都来自材料本身。现代高性能航空发动机需要采用一些高强度、耐高温材料，包括钛、镍、铝、复合材料以及镍基和钴基超耐热合金。
中国在钛、镍和钴等金属的产量十分巨大，理论上，从资源供应量来看，对航空发动机产业构不成任何制约，但仅仅是理论上而已。中国航空发动机制造商面临的材料制约并非是取得镍、钴和其他金属等原材料，最为复杂的问题是制造或购买到能够用于航空发动机的耐高温合金材料。有分析认为，中国现在超耐热合金还不能完全自给，据估计中国每年超耐热合金的生产量约为10 000吨，而需求量则为20000吨。
批量生产的全过程质量控制对于保证量产喷气发动机的可靠性尤为重要，图为对民用燃气轮机涡轮叶片实施等离子喷涂工艺。中国希望批量制造普惠F100同级别的发动机，并开发歼20这类第五代战斗机使用的高推力发动机，这些雄心在技术上和过程上都面临着严峻的挑战。在技术层面，中国发动机涡轮锻造、涡轮盘粉末冶金、钛合金空心件成型等问题上仍然薄弱。这些领域在近些年都取得了不小的进展，但由于基础水平较低，问题仍然存在。
中国需要建立先进的发动机生产线，以保证国产发动机的量产质量，生产自动化水平还需要进一步提升。有消息称现在生产中加工超耐热合金材料仍然是一个难题，加工过程常常造成切割工具的频繁损耗。就质量稳定性而言，同型发动机需要在同一条生产线上生产，这样才能保证生产线的规模效益和质量稳定性。一旦设计定型投入批量生产，就应该尽量避免分线生产，这样会影响产品的一致性。在实验室制造一片涡轮叶片是一回事，而批量生产数以千计的标准化且性能可靠的涡轮叶片则完全是另一回事儿。一台喷气发动机往往需要400～500片各类叶片，稳定的量产质量是发动机制造业的必需。要做到这一点，中国必须解决冶金技术和工业流程的科学化问题。
中德签署协议合研航空发动机装机目标C919
第十四届北京国际航空展于9月21日开幕。在中航工业展台上，大型商用发动机“长江”1000A模型第一次与大众见面。
新华网北京9月23日电（记者钱春弦）根据中航商用航空发动机有限责任公司与德国MTU公司签署的协议，中德将共同研发国际先进水平的150座级商用大涵道比涡扇发动机，装机目标是C919大型客机。
记者23日从2011年北京国际航展上获悉，根据关于在上海组建商用航空发动机合资公司的关键条款协议，中航工业商发和德国MTU航空发动机公司将基于各自优势，共同研发具有国际先进水平和市场竞争力的150座级商用大涵道比涡扇发动机，装机目标是中国商飞公司的C919大型客机。
中航工业商发是中国航空工业集团公司与上海市共同出资组建的股份多元化企业，是中国大型客机发动机重大专项的总承制单位。自2009年1月在上海成立以来，中航工业商发以构建中国大涵道比商用航空发动机研发、制造、装配、试车、服务的网络体系为主线，以“自主研制与国际合作并举”为工作方针，充分利用国际研发与制造资源，建立资源集成网络，实现发动机整机自主设计、研发、制造能力的提升，不断培育和巩固公司的核心能力，打造强劲“中国心”。
MTU航空发动机公司是德国唯一独立的航空发动机制造商，全球民用航空发动机行业的主要参与者之一，其参与研发的产品和服务遍及世界主要地区和市场。MTU在低压涡轮、高压压气机、制造技术和维修技术上处于世界领先地位，是世界上主要的发动机维修企业之一。
中德双方表示，世界航空市场生机勃勃，中德双方将充分发挥各自的优势，以精湛的技术和先进的商业经验共同研发150座级商用航空发动机，加入到前景广阔的航空市场中。关键条款协议的签署是双方继签署谅解备忘录和商务原则之后又一个关键里程碑。该协议将为双方下一步合作协议的签署，奠定坚实的基础。
和发动机一样，其它许多大飞机技术也需要引进、合作
事实上，和发动机一样，C919飞机的其它许多关键系统都有外国公司的身影。而这又有两个不同——首先和空客、波音等大公司不同，虽然它们的飞机在经济全球化的背景下也是到处组装的，但是它们始终有很强的自主研发能力，真正掌握的高科技含量的技术不胜枚举；其次和一些媒体所说的C-919完全是外购大件进行组装的飞机不同，基本上除了发动机而外，其它系统都是由外国公司与中国公司合作提供。与中国公司合作，也是外国公司要想得到中国市场这块大蛋糕的准入门槛。也就是说，在合作经营之中，中国本地公司能获得许多经验和技术。这和高铁的发展道路有一些相似。
不过，在研发军用发动机时，就有过一些经验教训。问题在于，专利引进或测绘仿制的发动机型号过多，延续时间过长；在仿制过程中，又没有安排足够的经费和精力认真抓好消化吸收，虽然搞了一轮又一轮的引进和仿制，但许多关键技术并没有吃透，往往是“知其然而不知其所以然”，因而对促进自主研发的作用较为有限。可见，要想掌握到关键核心技术，并自如运用、生产，还是一条非常艰难的道路。
刘大响：中国举全国之力航空发动机筹谋翻身仗
由两院院士师昌绪牵头、组织两院院士提出的“我国航空发动机和燃气轮机工程咨询研究报告”终于尘埃落定。记者日前从有关部门获悉，航空发动机将被列入国家重大科技专项，正在组织专家论证。
“下一步最关键的是要进一步夯实技术基础，提高自主研发能力，坚定不移地走自主创新的发展道路。”中国工程院院士刘大响接受《中国科学报》记者采访时表示。
刘大响认为，中央已明确指示同意列一个国家重大科技专项，下决心把航空发动机搞上去，这对加快我国军民用航空发动机发展，解决长期制约航空工业发展的瓶颈问题具有十分重大的战略意义，“一定要抓住机遇，举全国之力，坚决打好航空发动机‘翻身仗’”。
尽快走出仿制“陷阱”
“国外的设计师是设计什么样的飞机，就有什么样的发动机；而我们是有什么样的发动机，就设计什么样的飞机。”北京航空航天大学教授黄俊做过飞机设计师，对此体会颇深。
黄俊接受《中国科学报》记者采访时认为，我国飞机设计受发动机的制约很大，现在发动机被公认为是制约航空装备发展的“瓶颈”。这主要是因为我国航空发动机的自主创新研究工作没有很好地持续开展下去。
飞行器结构力学和复合材料专家、中国工程院院士杜善义接受《中国科学报》记者采访时说：“过去我们主要是眼睛向外，航空发动机以引进为主，在引进的基础上发展、改进或仿制。”
“建国初期，我国经济不发达，工业基础薄弱，通过引进生产和测绘仿制国外航空发动机来满足部队装备的急需，符合当时的国情。”刘大响认为.
20世纪40年代，美、苏两国对涡轮喷气发动机的研制，也是从购买英国专利进行仿制开始的。但它们只仿制了一轮，就很快转向自主研制的发展道路。
我国的问题在于，专利引进或测绘仿制的发动机型号过多，延续时间过长；在仿制过程中，又没有安排足够的经费和精力认真抓好消化吸收，虽然搞了一轮又一轮的引进和仿制，但许多关键技术并没有吃透，往往是“知其然而不知其所以然”，因而对促进自主研发的作用较为有限。而且许多引进项目往往挤掉或者削弱了国内的自主研制工作，占用了大量的人力、物力和资金。长期的测绘仿制思维，在某种程度上阻碍和束缚了自主发展。
“航空发动机的关键技术是花大钱也买不来的，尤其是随着现代技术水平的不断提高，航空发动机的复杂性和集成度在大幅提升，今后再想通过仿制来完全掌握先进发动机技术的可能性越来越小，想借此途径走向自主研制更是十分困难。”刘大响强调。
“坚定不移地走自主创新发展之路，是根治飞机‘心脏病’的必然选择。”刘大响认为，只有狠下决心在国家重大科技专项中精选几个有重大意义和带动作用的军民用发动机，走完自主研制的全过程，才能一通百通，才能真正完成从测绘仿制向自主研制的战略转变。
尊重规律动力先行
时至今日，我国航空发动机的发展已引起国人高度关注，加快发展已成共识。但究竟采取什么样的措施，遵循什么样的规律，航空发动机才能甩掉落后帽子“破茧而出”？
“坚持动力先行，加强预先研究，切实打好基础，提高自主创新能力，培养锻炼一支高水平的科技人才队伍。”刘大响说，这也是国外航空发动机加速发展的一个基本规律。
据报道，国外二代战机研制周期为5～7年，发动机为7～8年；三代战机研制周期为6～10年，发动机为10～15年；四代战机研制周期为10年，发动机的研制周期长达15～18年，甚至更长。
早在1980年，美国审计长向国会作证时就曾指出：“新发动机的发展比飞机机体需要更长时间，如果后者是决定进度的因素，两者就不应该同时开始。”
事实上，航空发达国家长期以来都是将优先发展航空发动机作为国策，列为国家高科技战略性产业，并给予大量经费支持。
刘大响指出，航空发动机本身也是一个独立复杂的系统工程。由于研制难度大、投资多、周期长、风险高，为了满足飞机的研制进度，发动机必须先行立项，才能赶上飞机的进度要求。
所谓“动力先行”，主要是讲发动机的关键技术预研、材料工艺技术、基础设备条件建设要先行，还要提前进行核心机/验证机的综合技术验证；但在其转入型号研制后，在战技指标明确的前提下，则必须要搞好飞机与发动机的一体化设计，不断搞好两者的匹配与协调。
此外，坚持核心机派生系列化发展，是航空发动机研制发展的重要技术途径。几乎每一型新研发动机都要使用几十年，都要经过不断改进改型和派生发展，使性能、可靠性、耐久性不断提高，形成应用范围宽广的发动机系列，才能较好地满足多型航空装备发展对动力的需求。
例如，美国以F101发动机的核心机为基础，成功地派生发展出F110、CFM56两大系列军民用涡扇发动机；而CFM56又发展了十几个型别，装备了十几种军民用飞机。
举全国之力坚持自主创新是必由之路
中科院院士徐建中认为，要想缩小与世界航空强国的差距，必须提前独立地开展高性能航空发动机研制工作，必须特别注重基础研究，同时要加强关键技术的研究。
徐建中介绍，航空发动机的发展趋势是，进一步提高军用航空发动机推重比，改善民用航空发动机的可靠性、经济性和环保性，研发安静而清洁的发动机，还要研究多电或全电发动机、智能发动机、超声速军民用发动机及新概念发动机。
“为了扭转航空动力的落后局面，应根据目前我国航空发动机存在的主要问题，找准病根，对症下药。”刘大响认为。
一要进一步夯实技术基础，增强自主创新能力；二要选择几个有代表性的发动机走完自主研制的全过程，早日解决军民用发动机的自主保障问题；三要搞好基础设施建设，为加快航空动力发展提供条件保障；四要通过多种途径培养锻炼一批高水平的科技人才队伍；五要加强组织领导，完善体制机制创新，建立“以企业为主体、以市场为导向、产学研用相结合”的技术创新体系，举全国之力，打好航空发动机“翻身仗”。
徐建中也认为，只要发挥全国优势力量，进行创新性的基础研究和关键技术研发，特别是发展颠覆性的创新技术，我国与国外的差距就有望迅速缩小。
“当前我国航空发动机面临着前所未有的严峻挑战，也迎来了前所未有的发展机遇。举全国之力，我们一定能够取得彻底根治飞机‘心脏病’的成功，一定能够为军民用航空装备提供健康强劲的‘中国心’。”刘大响说。
一：弥补人才的严重短缺
航空发动机是个很典型的传统工科专业。我国这一领域院士至今仅有五人，且年龄偏大，年纪最小的也超过了70岁。这一现象不仅存在于航空发动机专业，各个传统工科专业都面临院士级、大师级尖子人才奇缺和后继乏人的局面。有业内人士认为，由于钢铁、机械等传统工科专业早已丧失了对理科生的吸引力，中国顶尖工程技术人才严重短缺的局面短期内无法缓解。
而缺乏的不仅是科研人才，制造人才也是一样，对机械产品悟性深刻的技术工人一样稀缺。
所以，有媒体指出，表面上是技术和材料的落后，实际上，中国大飞机的“心脏病”在于人才培养的落后。
二：让研发、生产体制充满竞争与活力
上世纪70年代末80年代初，针对当时美国空军航空发动机领域普惠一家独大的情况，美国政府决定促进通用电气和普惠之间的合理竞争，此举使得美国战斗机在设计过程中可以拥有两家竞争企业提供的诸多动力选择方案，成果显著。中国目前的情况与美国不同，发动机领域宏观的竞争不足，而在微观问题的竞争又过多，这会造成局部利益交换和利益保护，进而造成重复工作，资源使用不当，延长研制和生产周期。比如，中国航空工业集团公司雇用了40多万名员工，旗下拥有200多家子公司，其中包括20多家上市公司。而就算铁老大，在建设高铁时，也是南车、北车等几个公司都在竞争，自己造自己的动车，每个厂吸收一个成熟技术，最后型号不同、性能也各有偏重。在路透社的报道中，引用了中国航空部门官员的话，也以相互脱节来形容目前的发动机研究计划。
飞机发动机是真正的高精尖难题，从中可以窥见一国真实的科研实力与工业基础。
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