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近年來，中國的航空事業(yè)呈現(xiàn)井噴發(fā)展之勢，每年各型新飛機以超過大眾想象的速度展現(xiàn)在人們的面前，但是，一個不可回避的問題也常常被業(yè)內(nèi)外人士提出：現(xiàn)在中國的航空發(fā)動機到底怎么樣？何時能迎頭趕上？
中國航發(fā)有值得珍視的“家底”
我國航空發(fā)動機事業(yè)創(chuàng)建于抗美援朝時期，歷經(jīng)維護修理、測繪仿制、改進改型、自主研制等發(fā)展階段，從無到有、由小到大。如果從開始整機研制的1956年算起，至今恰好62年。回顧往昔，在極為困難的情況下，不僅為航空武器裝備發(fā)展和國民經(jīng)濟建設(shè)做出了重要貢獻，也為航發(fā)事業(yè)的進一步發(fā)展奠定了技術(shù)與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。這是不爭的事實，有值得我們高度珍視的“家底”。
家底1. 基本建成航空發(fā)動機研制生產(chǎn)體系
以發(fā)動機設(shè)計研究院所和主機生產(chǎn)企業(yè)為核心，建成了包括一批專業(yè)化配套生產(chǎn)企業(yè)和科研所在內(nèi)的航空發(fā)動機研制生產(chǎn)體系。迄今，我國以航空發(fā)動機為主業(yè)的企事業(yè)單位共26家，其中設(shè)計研究所4家，主機生產(chǎn)企業(yè)6家。軍航發(fā)和民航發(fā)之比大致7:3，其中軍航發(fā)的制造與維修比例5:1，民航發(fā)維修與零部件轉(zhuǎn)包比例接近1:1。
家底2. 基本具備研制生產(chǎn)所有種類航空發(fā)動機的能力
中國航發(fā)的產(chǎn)能從1956年至2008年的52年間，五類航空發(fā)動機總產(chǎn)量約57 000臺。按年平均數(shù)外推10年，即從1956年到2018年的62年間，我國航空發(fā)動機的總產(chǎn)量不低于67 000臺。即年產(chǎn)量大約1 100臺，包括渦扇、渦噴、渦槳、渦軸和活塞式發(fā)動機等。國產(chǎn)航空發(fā)動機數(shù)量占現(xiàn)役軍用配套總數(shù)的90%以上，基本滿足了國產(chǎn)殲擊機、強擊機、轟炸機、運輸機、教練機和直升機等航空裝備的需求。近年來，一批新的高性能發(fā)動機開始研制，有的已經(jīng)獲得突破，如“太行”系列大推力、推重比8一級渦扇發(fā)動機，并有了一定的量產(chǎn)能力。
家底3.構(gòu)建了基本完整的科研條件與基礎(chǔ)設(shè)施
即使是在國家財力不夠、投入不足的過去，仍然構(gòu)建了包括高空試驗臺等在內(nèi)的一大批高水平基礎(chǔ)科研設(shè)施。近十多年來，國家對航空發(fā)動機的投入大幅增加，科研設(shè)施條件得到全局性的顯著改善。
中國航發(fā)的癥結(jié)
那么，如今國人深深憂慮的航空心臟病究竟指的是什么？又是怎么造成的呢？
現(xiàn)代航空的發(fā)展歷史并不長，是在第一次工業(yè)革命的孕育、第二次工業(yè)革命的催生下問世和成長的，最基本的推動力就是發(fā)動機的進步?？梢院敛豢鋸埖卣f，發(fā)動機既是航空器的動力，也是整個航空產(chǎn)業(yè)的“動力”。從活塞時代到噴氣時代，帶來了現(xiàn)代航空的飛速發(fā)展。從上世紀中葉開始，燃氣渦輪發(fā)動機成為航空動力的主力樣式，而且在可預(yù)見的今后尚無其它可以替代的樣式。新中國的發(fā)動機事業(yè)起步不晚，初期走過的道路、特別是在渦噴發(fā)動機仿制批產(chǎn)方面的儲備較厚實，能力已很強。
中國航發(fā)與世界先進國家的差距。戰(zhàn)斗機的發(fā)動機差距：一代半。運輸機是典型的軍民兩用品種，國際上用于此類飛機的先進大涵道比渦扇發(fā)動機最大推力已超過50 000daN，空中停車率降到每百萬飛行小時5次以下；熱端部件壽命最長達到4萬小時，耗油率在現(xiàn)有水平上再降15%的新一代產(chǎn)品，將在2020年前后進入市場。
我國因尚無實物商用渦扇發(fā)動機，只能以在研的產(chǎn)品預(yù)期性能與國際水平作比較。上世紀90年代用于A321的CFM56-5B2（斯奈克瑪國際公司產(chǎn)品），推力14 000千克力，涵道比5.5；我們計劃用于大運的在研FWS20推力12 000千克力，涵道比5.4，與之性能相近。即使按時完成研制任務(wù)，在時間上相差20年。
我們自研的CJ1000A與計劃替代的、C919選用動力Leap－1C（斯奈克瑪國際公司產(chǎn)品）推力同為13 600千克力，涵道比10～11，但在時間上也至少相差20年。此外，還有其他重要指標也存在差距，諸如首翻期（在規(guī)定條件下，產(chǎn)品從開始使用到首次翻修的工作時間和(或)日歷持續(xù)時間）為國外同類產(chǎn)品的1/2～3/4。
2017年12月我國大型客機發(fā)動機驗證機（CJ-1000AX）首臺整機在上海完成裝配，同一天，該發(fā)動機核心機實現(xiàn)100%設(shè)計轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。該機采用3D打印燃燒室燃油噴嘴、鈦合金寬弦高空心率風扇葉片、鋁合金大型薄壁風扇包容機匣等多項新技術(shù)。近日，該臺整機在上海點火成功。CJ-1000AX直徑1.95米，長3.29米。其結(jié)構(gòu)包含風扇，增壓級、核心機、低壓渦輪和附件傳動機匣裝置，由近35000個零組件組成。CJ-1000AX首臺整機一次點火成功。
即使在基礎(chǔ)較好、自主保障率較高的中等功率渦軸發(fā)動機方面，也有一定差距。此類發(fā)動機已經(jīng)發(fā)展了四代，前三代我們基本解決了有無問題，代表型別為WZ6、WZ8A、WZ9，比國外同類型別服役晚約15～20年，分別裝備了我們的直8、直9、直10。但以CTS800-4（羅羅與霍尼韋爾的合資公司輕型直升機渦輪發(fā)動機公司LHTEC的產(chǎn)品，配裝英國“山貓”直升機）為代表的第四代渦軸發(fā)動機國外已在本世紀初服役，我們尚在研制，服役時間預(yù)計滯后約15年。
而尤其需要重視的是先進發(fā)動機的技術(shù)儲備之差距。美國用于未來六代機或F35替代動力的自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動機已呼之欲出。用于高超音速臨近空間飛行器和水平起降、可重復(fù)使用的空天飛行器的渦輪沖壓組合動力將分別在15年、25年內(nèi)達到6級技術(shù)成熟度。美國、歐洲正不約而同地實施新的一批航空發(fā)動機的科技發(fā)展計劃，以持續(xù)保持技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。如果我們?nèi)狈娪辛Φ膽?zhàn)略應(yīng)對和特殊舉措，我們同世界先進水平的差距不僅不會縮小，還會進一步拉大。
歷史的遺憾
當我們回首與中國航空事業(yè)相關(guān)的歷史進程時，不能不說我們今天的困窘來自歷史的遺憾。
1956年2月，受到周恩來總理的鼓勵，回國不久的錢學(xué)森向中央提出《建立中國國防航空工業(yè)的意見》，從當時剛剛成立的新中國的現(xiàn)實情況出發(fā)，認為應(yīng)集中力量發(fā)展火箭和導(dǎo)彈。其后，中央在進行一系列調(diào)研討論后，把航空航天作為一個整體看待，在統(tǒng)籌飛機發(fā)展（照蘇聯(lián)的改進圖紙仿制生產(chǎn)）時，將注意力先行集中于突破導(dǎo)彈和火箭。
歷史證明，中央的兩彈一星戰(zhàn)略決策完全正確。這一決策大大提升了我國的國際地位，為我們贏得了寶貴的戰(zhàn)略緩沖期。但遺憾的是，在以后的一個長時間里，在作為突破口的導(dǎo)彈和火箭取得重大進展時，未對航空科技發(fā)展進行整體規(guī)劃，使飛機、特別是發(fā)動機的自主研發(fā)缺乏戰(zhàn)略牽引和推進。
而同期蘇聯(lián)發(fā)生的情況同樣值得我們回味。上世紀五六十年代，蘇航空工業(yè)水平不遜歐美，如繼續(xù)關(guān)注航空發(fā)展，應(yīng)能研制出性能比肩西方的飛機與發(fā)動機。但當時的蘇聯(lián)人忽視航空，造成航空遲滯不進，拉大了同西方的差距。當意識到必須奮力急追，重返航空大國地位時，付出了慘痛的代價。蘇-27的研制坎坷曲折，推重比8.0發(fā)動機研制也歷盡艱辛。
兩彈一星成功之后，本應(yīng)把全面推動航空發(fā)展提到日程上來，遺憾的是，航空的地位不僅沒有提升，反而在持續(xù)下降。以至連航空是否高技術(shù)都成了問題。在20世紀中葉全球性“要導(dǎo)彈，不要飛機”的浪潮中，國內(nèi)一些專家也認為，導(dǎo)彈可以替代軍用飛機。軍用飛機只是一種常規(guī)武器，航空技術(shù)只是保障常規(guī)武器的常規(guī)技術(shù)。在這種意見的影響下，我國科技界長期把航空排除在高新技術(shù)之外。
1995年下半年，在《中共中央關(guān)于制訂國民經(jīng)濟和社會發(fā)展九五計劃和2010年遠景目標的建議（征求意見稿）》中，再次將航空技術(shù)排除在高新技術(shù)領(lǐng)域以外，引起廣泛的異議與憂慮。中國航空學(xué)會在各領(lǐng)導(dǎo)下，組織研究航空技術(shù)屬性，并據(jù)此向中央建言。9月在七位知名學(xué)者、專家，聯(lián)名向中央領(lǐng)導(dǎo)書信陳情，闡明航空技術(shù)確屬高技術(shù)的理由。
專家們認為，自20世紀40年代以來，軍、民用航空器的性能發(fā)生了質(zhì)的變化，航空技術(shù)飛速發(fā)展；海灣戰(zhàn)爭充分證明空中力量在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的決定性作用；航空工業(yè)對國民經(jīng)濟的先導(dǎo)作用也十分突出，對國家冶金、橡膠、石化、輕工、電子、機械等基礎(chǔ)工業(yè)部門的帶動作用日漸顯著。從現(xiàn)實情況看，我國航空技術(shù)與國外航空發(fā)達國家差距較大，如再不把航空技術(shù)抓上去，我國將在綜合國力競爭中存在嚴重的危機，在軍事上將陷于被動挨打的困境，國內(nèi)民機市場也將被國外占領(lǐng)。
中央聽取了業(yè)界的強烈呼聲，終于將航空列進了國家需重點發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域。在1996年3月17日全國人大八屆四次會議通過的我國2010年遠景目標發(fā)展綱要中明確：“要把握世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢，重點開展電子信息、生物、新材料、新能源、航空、航天、海洋等方面的高新技術(shù)，在一些重要領(lǐng)域接近或達到國際先進水平”。至此，航空高技術(shù)地位在我國方予確立，其時已步入20世紀末。
整個航空技術(shù)在長時間里都處于這樣一個尷尬的處境，作為航空器配套分系統(tǒng)的發(fā)動機，處于什么位置，更可想而知。我們欠的賬實在是太多了，我們?nèi)钡恼n也實在是太多了。不能不說，這是歷史的遺憾。
人的認識有時很奇怪，當初說航空太難了，所以先發(fā)展火箭導(dǎo)彈。等火箭導(dǎo)彈有所突破了，怎么航空倒變成一般常規(guī)技術(shù)了？當我們今天充滿詩情地說航空制造業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)之花，說航空發(fā)動機是皇冠上的明珠時，怎么連它的高科技屬性都長期得不到承認。我們認識上走的彎路太遠太大了，而認識和理念上的偏差，直接導(dǎo)致戰(zhàn)略誤判和規(guī)劃缺失。
欠賬終歸要還，缺課一定要補。航空發(fā)動機的今天就是吞下這顆歷史苦果后造成的。終結(jié)歷史的遺憾，需要我們堅定地形成以下共識，今后無論發(fā)生什么樣的風吹草動，千萬不要再動搖。
我國航空發(fā)動機與世界先進水平的差距整體上相差一代或一代半，在時間上大致落后20年，填補空白，提升性能，加速追趕，時不我待。航空發(fā)動機太重要了，如果不解決這一瓶頸制約，我們的航空武器裝備，就像被綁在別人的戰(zhàn)車上；我們或是航空大國，但永遠不能成為航空強國，我們將至多是一個跛腳的巨人。航空發(fā)動機產(chǎn)品太復(fù)雜了，其綜合難度在當今的工業(yè)產(chǎn)品中，無出其右。航空發(fā)動機的技術(shù)覆蓋寬、涉及面廣、內(nèi)容博大精深，在當今的科學(xué)技術(shù)體系里，是當之無愧、應(yīng)列前位的高新技術(shù)。世界航空發(fā)動機科學(xué)技術(shù)發(fā)展神速，我們既要在傳統(tǒng)發(fā)動機領(lǐng)域負重前行，急起直追，又要重視基礎(chǔ)研究，自主創(chuàng)新，另辟蹊徑，否則我們會被拋得越來越遠。上述這番話，絕不是怨天尤人，而是痛感：只有對歷史做出實事求是的反思、形成真正符合發(fā)展規(guī)律的共識，方能同心同德向前看，制定應(yīng)對之策，找出正確的發(fā)展之道。
航發(fā)難在哪里？
國人對這個問題十分關(guān)切，對材料制造之難關(guān)切尤甚。但這是一個多層面的問題，必須全面認識，綜合施治。首先表現(xiàn)在極高技術(shù)難度和可靠性要求。發(fā)動機涉及的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域之多幾乎與整個飛行器相同，甚至技術(shù)要求還更高。航空發(fā)動機所需的主要科學(xué)基礎(chǔ)是支持其高溫、高速、旋轉(zhuǎn)和長壽等工作特點的科學(xué)學(xué)科，如工程熱力學(xué)、氣體動力學(xué)、燃燒學(xué)、傳熱學(xué)和現(xiàn)代控制理論等。而其所需技術(shù)幾乎覆蓋材料、制造、試驗等所有現(xiàn)代技術(shù)門類，特別是高溫材料和熱工藝。
航空發(fā)動機的工作過程極為復(fù)雜。以燃氣渦輪發(fā)動機的核心機為例。壓氣機將進入發(fā)動機的空氣逐級增壓，增壓比可達25以上；壓氣機葉片的氣動、強度和幾何形狀十分復(fù)雜，承受極高的由離心力產(chǎn)生的載荷。燃燒室是保證增壓后空氣與燃油充分混合，并穩(wěn)定燃燒的特殊結(jié)構(gòu)，需精心設(shè)計，有效冷卻和選擇耐高溫材料、涂層等綜合措施。渦輪的作用是將氣流的能量轉(zhuǎn)換為機械能，為了獲得更大功率，要求渦輪進口處燃氣溫度盡量高；先進發(fā)動機的渦輪前溫度已達1 850～1 950開爾文，大大超過渦輪葉片材料本身能承受的溫度，需探索使用耐更高溫度的材料，并采用新的冷卻技術(shù)。
發(fā)動機裝載在航空器上，處于嚴酷的使用環(huán)境下，需要在高溫、高寒、高速、高壓、高轉(zhuǎn)速、高負荷、缺氧、振動等極端惡劣環(huán)境下，穩(wěn)定可靠地工作。在飛行中決不可能停機維修，因而可靠性要求極高，目前每百萬飛行小時的空中停車率只允許2～5次。若以單臺發(fā)動機計量，相對于使用90～200年停車一次。目前，民用航空發(fā)動機的首翻期（機上平均壽命）已達2萬小時，相當于一天24小時連續(xù)飛行2年以上；按正常的每天使用6小時計算，一臺發(fā)動機可連續(xù)使用9年以上不拆下翻修。如此之高的可靠性要求，是其他任何工業(yè)產(chǎn)品不可比擬的。
航空發(fā)動機如此之難，涉及眾多技術(shù)領(lǐng)域，離不開國家基礎(chǔ)工業(yè)的支撐。難點之二便表現(xiàn)為與國家基礎(chǔ)工業(yè)的高度關(guān)聯(lián)。沒有強大基礎(chǔ)工業(yè)能力的國家，絕不可能進入航空發(fā)動機領(lǐng)域。當年專家學(xué)者向中央建言時，曾指出：航空對國家冶金、橡膠、石化、輕工、電子、機械等基礎(chǔ)工業(yè)部門的帶動作用日漸顯著。其中，冶金、電子、機械等對航空發(fā)動機尤其高度關(guān)聯(lián)。
以發(fā)動機的熱部件為例，它們強烈依賴如定向凝固高溫合金、單晶、金屬間化合物、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料等先進特殊材料。而由于目前基礎(chǔ)工業(yè)提供的支撐還不夠，直接導(dǎo)致發(fā)動機的性能及可靠性等關(guān)鍵指標達不到設(shè)計要求，或者無法完成穩(wěn)定生產(chǎn)。
航空發(fā)動機的難度高于裝載平臺，研制周期長于平臺，在以先進航空器的需求來牽引發(fā)展的同時，更要遵循獨立和超前的發(fā)展規(guī)律，提前謀劃，超前發(fā)展。離開裝載平臺，航空發(fā)動機沒有獨立的實用價值。但這決不意味著，航空發(fā)動機的研制必須依附于特定的航空器型號。在過去很長一個歷史時期，我國航空發(fā)動機的研發(fā)緊緊依附于飛機型號，即要研制一款飛機，才會去研發(fā)配套發(fā)動機；飛機如果下馬，發(fā)動機隨之下馬。這類實例，舉不勝舉；發(fā)動機少有走完研制過程、積累完整工程數(shù)據(jù)的型號，這方面的教訓(xùn)十分深刻。
航空發(fā)動機的研發(fā)周期一般比飛機機體長5年以上，且新型發(fā)動機研發(fā)所需時間不斷延長。早期，每隔5～10年出現(xiàn)一代新發(fā)動機，而從F100到F119（F22配裝發(fā)動機）竟相隔30年。20世紀70年代的實踐表明，新一代發(fā)動機從部件研究到投入使用需要8～14年時間。F119從1973年概念研究到1999年產(chǎn)品定型，則經(jīng)歷了26年，如以F-22在2005年入役計算，則長達32年。
在《美國國家關(guān)鍵技術(shù)計劃》說明文件中，把航空發(fā)動機描繪成“一個技術(shù)精深得使一個新手難以進入的領(lǐng)域，它需要國家充分保護并穩(wěn)定利用該領(lǐng)域的成果，長期的專門技能和數(shù)據(jù)積累，以及國家大量的投資”。航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)是資金密集的高投入和高產(chǎn)出行業(yè)需要國家資源的強力支持與保障。據(jù)統(tǒng)計，在航空研發(fā)總投入中，航空發(fā)動機占比約1/4。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，研制一臺大中型發(fā)動機，大致需要15～30億美元。美國一直通過國家長期、穩(wěn)定的大力支持和投入，實施多項超前于具體型號的純粹技術(shù)研究性的中長期研究計劃和短期專項研究計劃，為發(fā)動機研制提供充足的技術(shù)儲備，以降低工程研制的技術(shù)風險，縮短研制周期。
航空界有“航空發(fā)動機是試出來的”一說，揭示了航空發(fā)動機研發(fā)的一大特點，即對試驗和高性能設(shè)施的高度依賴。由于技術(shù)難度大，航空發(fā)動機的研制是研究—設(shè)計—試驗—修改設(shè)計—再試驗的反復(fù)迭代過程。研制一臺新型發(fā)動機，一般需要10萬小時的零部件試驗、4萬小時的附件試驗和1萬小時的整機試驗。航空發(fā)動機是設(shè)計、制造的產(chǎn)物，更是試驗工程的產(chǎn)物。
航空發(fā)動機的試驗是一個體系，含性能試驗、通用性試驗、耐久性試驗、環(huán)境試驗和飛行試驗，每一個類別的試驗又包括若干試驗項目。而每一個試驗的背后，一定是高性能的各類試驗手段與設(shè)施。
以2016年5月為里程碑，中央決策成立中國航發(fā)集團公司，中國終于有了自己的專業(yè)化航空發(fā)動機國家級企業(yè)集團。承載著國家和民族的重托，以AECC為主力軍的中國航發(fā)事業(yè)建設(shè)者們承擔著光榮而艱巨的歷史使命。為應(yīng)對復(fù)雜國際政治軍事形勢，必須實現(xiàn)軍用航發(fā)的自主保障?，F(xiàn)階段的幾乎所有先進航空武器裝備，從戰(zhàn)斗機到轟炸機到運輸機到特種飛機，都翹首以待國產(chǎn)高性能航空發(fā)動機。為實現(xiàn)民用航空強國的夢想，必須加快填補商用渦扇發(fā)動機的空白。所有具有市場前景的航空發(fā)動機品種都需要提高性能，提高產(chǎn)能，控制成本，發(fā)展成為有市場競爭力的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，我們既要在傳統(tǒng)樣式的發(fā)動機方面迎頭追趕，又要開展新概念、新原理、新能源、新樣式航空發(fā)動機技術(shù)的研究和開發(fā)，要力爭在影響未來的前沿技術(shù)領(lǐng)域有更大的突破，為長遠持續(xù)發(fā)展提供更多的技術(shù)儲備。
在盡早解決航發(fā)的瓶頸與制約、加快發(fā)展航空發(fā)動機，上升為國家意志后，中國航發(fā)事業(yè)正開啟發(fā)展的歷史新紀元。讓我們把奮斗融入這個新時代的偉大任務(wù)，迎接中國航發(fā)事業(yè)春天的到來！
請看第四【任重道遠】
