“渦扇15”航空發(fā)動(dòng)機(jī)差了美國30年?詳解中國發(fā)動(dòng)機(jī)制造難度
我國戰(zhàn)斗機(jī)制造技術(shù)已屬前沿 為何發(fā)動(dòng)機(jī)還要海外進(jìn)口?第五代戰(zhàn)斗機(jī)是現(xiàn)役機(jī)種最先進(jìn)的一代,放眼全球目前能造出五代機(jī)的也只有中國、美國、俄羅斯三國。殲-20的首次飛行時(shí)間是2011年,可是直到2020年才裝備上國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī),此前一直依賴俄制發(fā)動(dòng)機(jī)。我國的發(fā)動(dòng)機(jī)相較于我國的戰(zhàn)斗機(jī)制造技術(shù)為何比國外差這么多?
第五代戰(zhàn)斗機(jī)的性能主要有四點(diǎn),隱形、超音速巡航能力、超機(jī)動(dòng)能力、超級(jí)信息優(yōu)勢(shì)。而超音速巡航能力和超機(jī)動(dòng)能力都與發(fā)動(dòng)機(jī)的性能密切相關(guān)。提到發(fā)動(dòng)機(jī),不得不提的就是發(fā)動(dòng)機(jī)的推力和壽命。
美國的F119問世至今約為30年,推重比10左右,F(xiàn)135的推重比高達(dá)10-12。我國殲20此前配備的是俄羅斯的AL31F發(fā)動(dòng)機(jī)也是20多年前研發(fā)出來的,推重比不足8,后更換至我國自主研發(fā)的渦扇10,推重比約為8左右。備受期待的渦扇15據(jù)稱,推重比近10,也與F135存在差距。
F119最大直徑1.13米,重量1360千克,這么小的體積內(nèi),內(nèi)含3級(jí)風(fēng)扇、6級(jí)高壓壓氣機(jī)、燃燒室等多個(gè)組件。運(yùn)作的時(shí)候還要經(jīng)受住耐高溫的考驗(yàn),可以想見它的生產(chǎn)難度。使用壽命上,F(xiàn)119的壽命高達(dá)6800小時(shí),而我國渦扇15的壽命僅有3600小時(shí),幾乎只有美國的一半??梢哉f我國的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)落后美國大概30年。
產(chǎn)能方面,由于制作難,要求高,所以生產(chǎn)周期較長,國內(nèi)目前的產(chǎn)能也不足以滿足我們的裝機(jī)需求。甚至經(jīng)常飛機(jī)造好了,但是還要等發(fā)動(dòng)機(jī)的情況。這些都是發(fā)動(dòng)機(jī)制造的難關(guān),我國目前的技術(shù)尚不能突破這些壁壘。皆因我國的航天工業(yè)發(fā)展的比較晚,基礎(chǔ)比較薄弱,早期多采用逆向研究的方式。就是采購其他國家的設(shè)備,拆解,測(cè)量,然后仿制,這就存在幾個(gè)問題。
首先是越是這種精密的部件,制作工藝越是精細(xì),拆卸本身就是一個(gè)難點(diǎn)。拆卸過后還要能夠組裝回去,拼湊出設(shè)計(jì)圖紙的原樣。其次是測(cè)量有誤差,同樣的發(fā)動(dòng)機(jī),間隙相差0.5,推力就能差3噸,渦扇10b的推力,總計(jì)也才13.5噸,可見誤差對(duì)性能的影響有多大??晌覀儾鹦断聞e國的發(fā)動(dòng)機(jī),再測(cè)量,這個(gè)誤差的存在是沒有辦法避免。
第三是,生產(chǎn)設(shè)備的差距。我國的制造器械生產(chǎn)出來的零部件,精密比趕不上國外設(shè)備生產(chǎn)出來的產(chǎn)品。所以我國還需要采購國外的制造器械。但是這種涉及軍備的制造器械,并不是都會(huì)面向我國銷售。沒有圖紙,測(cè)量有誤,制作不夠精細(xì),成品同俄美的差距可想而知。
第四是,軍事防備。出于安全考量,涉及軍備的科技技術(shù)均為各國保密信息。因此俄羅斯、美國的最先進(jìn)的技術(shù)專利、整機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、制造機(jī)器均不會(huì)對(duì)我國銷售。我國能買到用來借鑒的,通常是他們已經(jīng)淘汰的,或者不再屬于先進(jìn)等級(jí)的產(chǎn)品??上攵?,逆向研發(fā)的時(shí)候,我們參考的已經(jīng)比別國先進(jìn)武器落后一等了,制造上還有很多的誤差,產(chǎn)品質(zhì)量甚至比不上參考物,更別說和別國第一梯隊(duì)的相比較了。
因此,我國從來沒有放棄過自主研發(fā)這條道路,也就是正向研發(fā)。對(duì)標(biāo)的就是其他國家在役期間的先進(jìn)產(chǎn)品,甚至是處于研發(fā)階段的產(chǎn)品。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能,我們需要做到什么,然后開始攻堅(jiān)。但是這里面的難度可想而知,這是一個(gè)從0到1的過程。尤其發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的心臟,它的制造工藝復(fù)雜,設(shè)計(jì)的技術(shù)龐多,很多專利也不對(duì)我國開放。我國相當(dāng)于要重新走一遍其他國家的老路,還要努力的趕超他們。
研發(fā)的費(fèi)用也非常高。根據(jù)美英法等航空發(fā)達(dá)國家的統(tǒng)計(jì),戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)研制、單價(jià)成本和壽命期成本約占整個(gè)飛機(jī)相應(yīng)成本的25%或更多。目前,為研制一臺(tái)大型發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)費(fèi)約為20億美元。需要雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力,才能支撐軍備研發(fā)??v觀戰(zhàn)斗機(jī)的歷史,英美蘇聯(lián)德國日本等國,在第二次世界大戰(zhàn)前就已經(jīng)啟動(dòng)。而我國是20世紀(jì)50年代中期,才開始建立起自己的殲擊機(jī)生產(chǎn)線的。
新中國初期,我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力與發(fā)達(dá)國家落后很多。那時(shí)候國家的主要任務(wù)是讓人民吃飽飯,所以可以在航天工業(yè)上投入的資源有限。不過我國雖然起步晚,發(fā)展速度卻不慢。2013年,我國的戰(zhàn)機(jī)數(shù)量就已經(jīng)位居世界第二。如今我國的戰(zhàn)斗機(jī)技術(shù)除了發(fā)動(dòng)機(jī)這一瓶頸外,已經(jīng)屬于國際前列。對(duì)于短板發(fā)動(dòng)機(jī)研究也緊隨其后,是目前研發(fā)任務(wù)的重中之重。60至80年代,我國發(fā)動(dòng)機(jī)仍為仿制為主,80年代中期到90年代末期就開始了自主研發(fā)階段,2000年開始構(gòu)建我們自己的生產(chǎn)體系。
我國一方面加強(qiáng)培養(yǎng)技術(shù)人員,致力技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)突破。另一方面大力引進(jìn)國外的技術(shù)人員,突破其他國家對(duì)我們的技術(shù)封鎖。我國用了19年完成了渦扇10的研發(fā),又經(jīng)過3年不間斷的試飛考察才真正的被決定使用在戰(zhàn)機(jī)上。渦扇15進(jìn)一步縮短了研發(fā)速度,可以說我們前進(jìn)的步伐越來越快。
2020年,渦扇15的總設(shè)計(jì)師程榮輝登上了2020我國軍工榜暨軍工風(fēng)云人物及軍民兩用領(lǐng)軍企業(yè)評(píng)選首位。不少人都猜測(cè),既然已經(jīng)開始論功行賞了,是不是說明渦扇15的研發(fā)已經(jīng)成功了?雖然我國的發(fā)動(dòng)機(jī)還需要更長的時(shí)間,才能夠追上俄羅斯、美國的水準(zhǔn),但是我國的研發(fā)速度驚人,總有趕超的那一天。