加快中国航空发动机发展的对策研究，本文主要内容关键词为：发动机论文,中国航空论文,对策研究论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：F407.5；V1 文献标识码：A 文章编号：1008-2204（2003）04-0037-05
一、引言
在近一个世纪的航空发展史中，航空推进技术在很大程度上决定着飞机的发展与进步。发动机是飞机飞行速度、飞行高度、机动性、航程、有效载重、可靠性、经济性和环境影响的决定因素。发动机性能的提高，是飞机飞跃发展的基础。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、法国和俄罗斯四个国家。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。[1]
目前，中国民航客机动力市场已几乎全部被外国所占领，而新研军机因为没有自研的先进动力可用，不得不买装国外发动机，军队装备因动力受制于人，形势十分严峻。加快中国航空发动机的发展，已经成为一项重大而紧迫的任务。
二、国外航空动力发展现状
从二战结束到21世纪初，喷气式战斗机及其动力装置大致经历了四次更新换代。[2]
第一代是单转子亚音速军用发动机，装备于20世纪40年代末。主要技术特点：压气机采用离心式和轴流式2种，总增压比5左右，单管燃烧室，单级涡轮；推重比3左右。代表性机种有美国的J57（TG-190）、俄罗斯的BK-1和法国的阿塔（Atar）发动机。代表性的飞机机型有F-86，F-100，миг-15，миг-19。
第二代是超声速涡喷发动机，装备于20世纪60年代初。主要技术特点是：双转子、进口导流叶片可调、超声速压气机、高温涡轮、推重比达到5左右。代表性机种有：美国的J79，俄罗斯的R11-300，法国的SPEY-MK202。代表性的飞机机型有F-4，F-104，миг-21，миг-23，幻影-F1。
第三代是超声速涡扇发动机，装备于20世纪70年代中期。主要技术特点是：涡扇发动机、核心机技术，2D设计、环形燃烧室、气冷涡轮、结构完整性设计、新材料、推重比8。代表性的机种有美国的F404，F100，俄罗斯的AL-31F和RD-33，英国的RB199和法国的M53-P2。代表性的飞机机型有F-15，F-16，F-18，миг-29，CY-27，狂风，幻影-2000。
第四代是先进技术涡扇发动机，从20世纪80年代中期开始发展，目前仍处于研制阶段。主要技术特点是：结构简单，抗撞击能力强，具有良好的耐久性可维护性；增加了不加力条件下的持续超声速巡航能力，采用2D喷管的有限矢量推力能力和隐身能力。第四代发动机的推重比为9～10。代表性的机种有美国的F119、俄罗斯的AL-41F、英国的EJ200和法国的M88-Ⅲ。代表性的飞机机型有F-22，JSF，EF2000，I-42，CY-37/54。
目前，美、英第一二代飞机及发动机均已退役，第三代是现役主力机种。由于其性能先进，且还在不断改进改型，服役期比第一二代长很多，估计将使用到2010年左右，俄、法、印、韩等国第二三代并存，以第三代为主。
美国在研制第四代F119发动机的同时，从1988年起的15年内又投入50亿美元巨资，由军方与政府联合主持实施“综合高性能发动机技术”（IHPTET）计划；英国则着手进行先进军用核心发动机第Ⅱ阶段（ACME-Ⅱ）计划。其共同目标是利用计算流体力学（CFD）、结构力学、燃烧、传热、新材料、新工艺、电子调节和计算机仿真等方面的最新成就，使推进系统的能力在现有基础上翻一番，预计2020年后有可能研制出第五代推重比为15～20的发动机。这意味着他们用15年左右的时间，在推重比、耗油率、成本等方面取得的技术进步，相当于过去30～40年的成就，充分表明世界航空发动机技术呈现加速发展态势。
中国周边国家和地区的航空动力技术和装备水平也在迅速提高。日本早就与美国合作生产第三代F110发动机，并参与了世界一流水平的大型民用涡扇发动机的国际合作研制，目前又正在与美、英合作研制飞行速度5倍声速的HYPR9组合循环发动机，力图在高超声速推进技术领域抢占领先地位。印度自行研制的GTX-35VS双转子涡扇发动机，推重比7.5左右，预计2002年将装在他们自行设计的LCA轻型战斗机上首飞。他们计划在未来几年内对其现有的780架各型作战飞机进行大规模更新换代，使现役第三代飞机由目前的230架增加至560多架，还准备引进50架装有推力矢量喷管的俄制SU-30MKT战斗机，并计划在15年内生产150～200架。台湾地区虽未独自研制航空发动机，但在美国帮助下，合资研制了TFE1042涡扇发动机，并成功地应用于“经国号”轻型战斗机（装备130多架），此外，继购买150架F-16A/B之后，又引进60架幻影2000-5，明显地提高了装备水平，增强了空军实力。可以说，中国空军（包括海军航空兵和陆军航空兵）的装备，除了数量上仍占一定优势之外，其技术水平已经或即将被这些周边国家和地区赶上和超过。这种形势，对中国国家安全已构成严重威胁。
三、中国航空动力发展现状
建国50年来，中国的航空动力行业从无到有，由小到大，在维护修理、测绘仿制、批量生产、改进改型等方面取得了较大成绩，新机研制和预先研究也取得一定进展，共生产了近6万台各型发动机，在一定程度上满足了空军、海军和陆军航空兵的装备需求，为保障国家安全做出了重大贡献。[3]
但是，中国的航空动力长期在测绘仿制中徘徊，迄今为止，还没有一台自行设计和发展的发动机可供新飞机设计时选用。现役军机大量使用的发动机，大都是仿制前苏联的产品或者是其改进改型，推重比为5～5.5左右，仅相当于国外早已淘汰的第二代水平；民机动力方面，目前生产的仍是仿制前苏联20世纪50～60年代的中小型涡桨发动机，干线民航机大涵道比涡扇发动机基本上还是空白；从20世纪80年代初开始的高性能发动机关键技术预研，虽取得一定进展，但距工程应用还有一段较长的路要走；20世纪80年代中期开始研制的某发动机，虽已实现首飞，但距设计定型尚需时日。综合评估中国航空动力的总体技术水平，较国外相差一代半，落后约25～30年，而且这种差距还有进一步拉大的危险。航空发动机已成为制约整个航空工业快速发展的“瓶颈”。
四、中国航空发动机落后的原因及对策分析
世界航空动力的发展历程表明，决定一个国家航空发动机发展水平的根本因素是这个国家的科技水平、教育水平和基础研究水平[4]，而政府政策的支持、正确的发展道路、稳定的长远发展规划、遵守研究与发展的客观规律、适合的科研体制是航空发动机发展的必要保证。探寻中国航空发动机落后的原因，寻求相应的对策，也应当从这几方面着手。
（一）政府和政策的支持
1.确立并加强航空工业的高技术地位
发动机是航空工业的重要组成部分，航空工业在国民经济中的地位直接关系着航空发动机的发展。航空工业属于高技术产业，然而中国的航空工业却游离于高技术研究与发展领域近50年：[5]1956年国家制定的“12年科学技术发展远景计划”以两弹为主，对航空科研并无实质内容；20世纪80年代初中国改革开放对国民经济进行调整，航空工业曾被列为下调范围；1986年中国制定的高技术发展规划，其中也没有航空技术；航空工业“一五”期间的投资占国家总投资的2％，到20世纪90年代下降为0.1％左右。50年来，国家没有制定长期稳定的航空工业发展规划，对于航空工业多次的科研发展五年计划，国家的肯定和支持也缺乏力度，从而使航空科研计划和任务不能如期实现，科研先行、动力先行没有得到很好的贯彻，航空发动机研制多年缺少技术储备和预先研究，自行研制的发动机迄今还没有一型能走完研制全过程以供部队装备使用，长期拖军、民用飞机发展的后腿。
如今，航空工业在中国的高技术地位已得到确认。国家应当采取有效措施，从政策上、经费上和组织管理上加大对航空工业的支持，切实保障和加强航空工业的高技术地位。
2.将航空发动机技术列为国家一级高新技术，统一协调发展
吸气式推进技术（航空发动机）具有的高、难、新的特点，对国防武器系统和作战平台的巨大影响，在工业基础中的广泛用途及其在航空航天、舰船、坦克和工业动力中的跨部门、多用途的特点，客观上要求国家重视和支持它的发展，要求对各个部门的动力工业统一规划、协调发展。美国即是将吸气式推进技术列为国家关键技术。[6]而中国对推进技术的上述特点认识不足，动力工业分属于飞机、导弹、舰船等主机工业部门，推进系统的内在联系被割裂，分散、孤立地建设和发展，推进系统未能作为国家关键技术的重要地位来对待，缺少一个由国家高层掌握，经过统一协调，既服从载体的需要，又自主先行的推进技术长远发展规划。因而资金、技术力量不能集中，真正的高、难技术难以突破，从而导致动力系统的被动落后，成为影响武器系统发展的瓶颈环节。因此，国家应当将推进技术作为国家一级高新技术，遵循推进技术发展的客观规律，统一协调各部门的动力发展。
（二）坚持正确的发展道路
航空动力技术是高技术，特别是军用航空技术，发达国家都严格控制保密。依靠引进难以得到最先进的技术，即使得到某项关键技术，费用支出也大得惊人。因此，发展航空动力技术，必须坚持独立自主的道路。中国未能研制出自己的航空发动机，从发展道路来看，在很大程度上是由于过分依赖于测绘仿制，冲击、影响了自己的研制工作。
50年来，中国共引进测仿了40多个型号的发动机，大都是当时的二三流产品。尽管在一定程度上满足了部队的装备需求，但是，引进仿制却往往挤掉了或削弱了国内的自行研制工作，同时对引进机种没有认真组织消化吸收，加之由于自己的技术基础差，对引进机种也很难深入消化，因而始终不能形成自己的设计和研制体系，总拿不出自研的先进型号来满足部队装备的要求。飞机因等不及而不得不再来新一轮的引进仿制，从而陷入了一再反复测仿的恶果。因此，发展中国的航空发动机必须坚持自主研制为主，适量引进、消化吸收并加以创新。
（三）制订正确稳定的长远发展规划
航空发动机的发展关系到航空工业发展的全局和国家的安全，其发展规划是一定时期内航空发动机发展全局性的方针任务及主要目标，它决定着发动机的研制能否沿着正确的轨道发展。如战后日本通过F710涡扇发动机计划的制定和成功实施为日本建立了设计、试验和生产体系，探索了研制规律，储备了技术，并促成了日本参与V2500发动机的国际合作研制，[7]其航空动力技术从整体上已超过中国。
中国航空发动机的发展曾长期缺乏正确稳定的长远发展规划，造成了诸多不利影响，如发动机型号随意增减，新机研制半途而废等，既损耗国家资金，又挫伤科研人员的积极性。因此，加快中国航空发动机的发展，必须制定切合实际的长远发展规划，相对稳定，滚动发展，避免重大项目因仓促上马或下马而导致重大损失。
（四）遵循研究与发展的客观规律
中国航空发动机落后的重要原因是对发动机研制的复杂性和规律性认识不足，尤其表现在动力先行、预研先行、技术经济分析、投资强度保证等几个方面。
1.动力先行
发动机的研制周期比飞机长，为了赶上飞机的进度，发动机必须先行，并相对独立地发展。一般来说，型号研制发动机要比飞机提前5年左右，预先研究发动机要比飞机提前5～10年，否则将满足不了飞机的进度要求。[8]
中国在航空动力的发展中未能很好地贯彻动力先行，表现在以飞机带发动机、型号带预研，即没有明确的装机对象和型号，发动机的研究发展工作就不能提前立项起步，于是不得不买、仿、停、转，一次又一次陷入恶性循环，始终走不出自行研制的道路。因此，加快中国航空发动机的发展必须贯彻动力先行，把发动机作为整个航空工业的“突破口”，相对独立发展。
2.预研先行
中国至今没能研制出自己的航空发动机，从技术角度来看，其重要的原因就是研究基础薄弱，技术储备缺乏。在中国航空发动机的发展过程中，不搞预研就上型号，或有了型号才安排预研，许多部件的关键技术并未提前解决，往往整机调试与部件排故同步进行，使型号研制曲折反复，有时不得不再回过头去搞预研，临时组织攻关，导致研制进度一拖再拖，型号久攻不下。[9]所以，必须改变“重型号，轻预研”的状况，增加发动机关键技术的预研投入，加速预研发展。
3.加强技术经济可行性分析
从1956年到1990年，中国列入计划发展的涡轮喷气发动机29个型号中，完全没有进行论证的有11个型号，占37.9％；只进行过性能估算或技术可行性论证的有14个型号，占48.3％；没有进行过用户或粗略的市场分析的有6个型号，占20.6％；没有一个型号进行过经济可行性论证。这29个型号中仅有8个投入批生产或小批生产，且均为专利仿制或测绘仿制，而自行研制的发动机，都半途而费了，如PF-1A，HQ-2，814，910等。[10]直到20世纪80年代以后，技术经济可行性分析在中国才开始得到重视。因此，吸取国内外的经验教训，必须加强发动机研制的技术经济可行性分析。
4.必要的投资强度
投资少，投资强度不够是影响中国航空发动机发展的重要因素。建国40年国家对航空工业的投资额还不及一个宝钢的投资；对发动机的投资就更少，总投资少于二汽轿车厂的投资。[11]中国实施的两项高性能预研计划，20年间的总投入还不及美国IHPTET计划年均投入的几分之一。中国自行研制的涡扇6发动机，20年间的总投资仅为1.5亿元，不及国外同类发动机投资额的1/20，投资强度仅为国外的1/40。因此，必须加大对发动机行业的投资，保障经费投入。
（五）优化科研体制
1.厂所一体化
航空发达国家都实行航空发动机研究、设计、试验、试制和生产一体化的组织管理体制——公司或联合体。而中国是分散的、分离的、分割的，在一、三线建设的多套批生产工厂对预研和型号研制中试验件（机）的加工能力较差，许多新结构即使能设计出来，却加工不出来。实践证明，只有设计研究与试制生产单位组成一个整体，有共同的利益、共同的事业、和共同的目标，才能更好、更快地研制出新机。不仅要厂、所结合，而且要“厂、所一体，公司统一领导”，这样才是航空发动机发展和研制的组织保证。[12]
2.实行竞争机制
竞争是推动经济和技术发展的动力，能激发和挖掘创新的经济性和潜能。国内外正反两方面的经验证明，强化竞争，优选方案是确保成功实施新机研制的重要途径和行之有效的方法。如美国在飞机和发动机工程发展之前，选择两家主承包商参与竞争，通过对验证机的对比评审由获胜的一方进入工程与制造发展，另一家作为配套供应商或侯选供应商。俄罗斯在航空科研中也采取各种形式的竞争，如纸面设计竞争、验证机竞争、原型机竞争，并且每一种新机型都以国外最新飞机为赶超对象。[13]中国航空发动机的研制至今还是政府指令，若采用竞争择优机制，将会缩短研制周期并节约研制经费。因此，中国航空发动机的研制应当引入竞争机制。
五、结束语
一种物资或产品的稀缺性与其战略地位密切相关。例如水与石油的稀缺引发国际间的争端时常可见。高推重比（10一级）涡扇发动机技术的稀缺性应当引起高度重视。[14]如果高推重比涡扇发动机技术只为少数国家所垄断，将会给世界和平和中国的国防安全造成深远的负面影响。从这个意义上讲，高推重比涡扇发动机技术对中国国防事业的重要性不亚于“两弹一星”。因此，采取措施加快中国航空发动机的发展，具有现实的紧迫性和重要性。
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