对航空发动机研究和发展规律的认识

收稿日期:2001-07-

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对航空发动机研究和发展规律的认识

江和甫 蔡 毅 斯永华

(中国燃气涡轮研究院 成都#610500)

摘要:探讨了世界上航空发达国家航空发动机技术加速发展的态势。分析了我国航空动力技术预先研究的现状及存在的问题。加深了对航空发动机发展规律的认识。对如何振兴航空、动力先行,把我国航空发动机搞上去,走自主创新的发展道路提出了建议。关键词:航空发动机;研究;发展

Understanding the Law of aero -engine Research and Development

JIANG He -fu &CAI Yi &SI Yong -hua

(China Gas Turbine Establishment,Chengdu 610500)Abstract:T his paper discusses the accelerated developing trend of aero -eng ine technolog ies in developed countries.The present situation and existing problems in China aero -propulsion technology research have been introduced.A deeper understanding of the law of aero -engine development has been made.Also,suggestions to v italize China aviation industry w ith putting propulsion in the first place in a manner of /creating and acting on our ow n 0is put forward.

Key words:aero -engine;research;development

1 引言

航空发动机研制涉及众多专业的前沿技术成果,是一种属于多学科综合技术的/高科技产品0。世界上能研制飞机的国家很多,真正能独立研制先进航空发动机的只有美国、英国、法国、俄罗斯等四个国家。因此,它是一个国家科学技术水平和综合

技术能力的标志,甚至是综合国力的象征。

2 现状分析

世界上航空发达国家诸如美国等都十分重视航

空动力技术的发展,倾注了巨大的人力、物力、财力,执行了一系列旨在促进航空动力技术进步的研究计划。如:美军方从20世纪50年代开始实施的航空推进技术探索发展计划以及70年代实施的先进战术战斗机发动机计划(ATFE );先进涡轮发动机燃气发生器计划(AT EGG)和飞机推进分系统综合计划。此外,NASA 在70年代末还实施了发动机部件改进计划,高效节能发动机计划(E 3),先进螺旋桨计划和发动机热端部件技术计划(HOST )。这些计划为各种先进军民用发动机提供了坚实的技术基础,并使美国达到了当今世界领先的水平,推出了一代又一代先进军民用发动机,跨上了一个又一个技术

新台阶。在不到60年的时间内,使表征涡轮发动机综合性能水平指标的推重比已由当初的2提高到10一级,确保了军、民用飞机性能水平的不断提高。航空动力行业已成为世界航空强国的军事工业和国民经济的支柱产业。

目前,美国在抓紧研制第四代战斗机动力装置F119涡扇发动机的同时,从1988年起在15年内投入50亿美元的巨资,分三个阶段实施/高性能涡轮发动机综合技术计划(即IHPTET计划)0。其目标是到2003年使涡扇发动机的推重比在现有基础上增加100%,即达到15~20,并使研制和使用成本下降35%。该计划至1994年已实现并超过了第一阶段目标,第二阶段的目标也已顺利实现,第三阶段预计将于2003年完成。由于IHPT ET计划开展顺利,并取得显著成效,美国正酝酿在IHPTET计划的两项后续计划。一是/先进涡轮发动机概念(ATEC)计划0,目标是在2009年~2015年验证推重比增加150%达到25~30的发动机技术;二是从2001年开始实施/通用的、可支付的先进涡轮发动机计划(VAATE)0,旨在2018年发动机综合能力与采购成本之比翻10倍;其它国家如英、法、德、俄等也都有类似的计划。俄罗斯在其国内经济十分困难的情况下,仍投入巨资发展军用航空动力,研制推重比达11的涡扇发动机AL-41F,以装备下一代前线重型战机的验证机1.44(MFI)。特别值得提出的是,从1978年左右起印度开展了推重比8一级发动机预研计划,到1995年完成核心机预研,1998年完成验证机(GT X-35VS)研制,并在俄罗斯进行了高空台试验,计划于2000年首飞,同时他们正在积极推进推重比10~12一级发动机预研计划。以上这些充分说明,世界航空发动机技术正呈现出加速发展的态势,它得益于一系列的研究发展计划。

我国航空动力行业经过几十年的建设,已建成了较完整的生产体系,并专利生产和测绘仿制了多个型号。但我国航空发动机走的是一条从测绘仿制)批生产)自行研制的道路,因而对航空发动机技术的复杂性及其研制规律认识不足,未能选择一条科学的适合我国国情的发展道路,也未能制定出正确的发展战略,在决策和途径的选择上存在着诸多失误。首先是对航空发动机关键技术的预先研究重视不够,未能在打基础上下功夫,造成技术基础十分薄弱,技术储备严重不足;其次是在测绘仿制的过程中又不注重消化吸收,只仿制了产品,并未能真正掌握其设计技术;再是在自行研制的多个型号中,不顾基础条件,盲目追求高指标、高速度,造成多个型号的研制过程反复、曲折,未能达到最终目标;最后是在投资方面严重不足,组织措施也不够得力。

1980年以来,我国对航空发动机技术的预先研究有所重视,开展了高性能推进系统工程预研等研究项目,虽然有一定的经费投入,但力度十分不足。20年来,只完成了发动机三大高压部件关键技术研究及核心机的初步性能验证,验证机计划未能付诸实施。应用其他先进核心机研制的发动机,尚处于型号研制的过程中。更高推重比的发动机关键技术预研也处于部件技术的验证阶段,距进入型号研制尚需较长的周期。因此,到目前为止尚无一台自行研制的发动机型号。造成我国不仅干线客机的动力市场已全都被国外占领,而且所有的新研军机都是买装或仿制国外发动机的局面。

对这种状况,如不采取特殊措施,加快发展,那么我国与世界先进水平的差距将会进一步拉大。所以,航空动力技术的落后确已成为严重制约我国空军装备升级换代、航空工业快速发展的关键和瓶颈,给国防建设以及国民经济的发展带来不利的影响。

3对航空发动机研究、发展规律的认识

根据各国发展航空发动机的历程和经验,可以看出,航空发动机研究、发展的基本规律为:

3.1加强预先研究,构筑坚实的技术基础

预先研究的范围涉及发动机所包含的所有技术领域,即热力、气动、传热、燃烧、控制、材料、工艺、测试、计算机等。航空发动机的每一次大的发展跨越,都是基础理论和工程应用方面创新的结果。如由离心压气机变为轴流压气机;从单涵道转变为双涵道,从等轴晶转变为单晶叶片;从实心叶片转变为空心叶片等等。加强预先研究,不仅是减小型号研制技术风险的需要,更是实现跨越式发展的需要。前述国外对预先研究工作的重视和持续地安排研究计划,证明了这条规律是正确的。

3.2坚持对预研成果的试验验证

任何预先研究都是由简到详、由浅入深地开展的。在每个研究阶段,都以某种假设为前提,因此其成果与实际不可避免地存在着偏差,验证的必要性