中國飛機的發動機為什麼不行,是因為材料還是技術?

名字太不好取


以前,在談到我國戰機發動機為什麼落後時,一個習慣性說法是,我們的設計水平還是挺好的,但由於在材料、工藝等方面的落後,所以造成了整體的落後。這個說法接受面很廣,直到有一天,我們材料也趕上來了,工藝也可以了,然後發動機還是有些落後。於是,真正的發動機專家出來說了,直10發動機總師、工程院院士尹澤勇稱,我們發動機方面的落後,不止是在材料方面、工藝方面,更是在設計方面。這算是初步揭露了真相,然而,實際上原因會更多一些。

武直10曾經受發動機拖累很厲害

1、發動機技術難度問題。航空發動機又被稱成為工業皇冠上的明珠,研發時間長、技術難度大,追趕起來沒那麼容易。發動機專家、工程院院士甘曉華稱,飛機的設計製造一般需要15-20年,而發動機則需要20-25年;全世界能製造飛機的國家有幾十家,而真正能製造發動機的國家只有幾家。所以,發動機的追趕,不是一朝一夕的事情,需要一個積累的過程。

2、資金投入問題。發動機是一個需要通過大量試驗,不斷積累經驗並迭代發展的領域,這需要大量的資金投入,動輒上千億,幾千億資金。而以前我國在資金上又是比較缺乏的,早期在急需的情況下,以仿製國外產品為主,知其然而不知其所以然,缺乏大量的基礎研究,基礎薄弱。後面在獨立研製時,因為資金不足,又欠缺大量的試驗。

我國太行發動機

大家所比較熟悉的殲11B所用的“太行”發動機就是一個典型的例子。先進國家在研製發動機時,往往要生產50臺左右,甚至上百臺的發動機來進行試驗,而且總試驗時間長達2萬小時甚至更多。太行因為資金不足,也為了能夠早些定型,試驗用的發動機臺數少。儘管其已經是國內試驗時間最長、試驗內容最全面的了,但依然存在試驗時間嚴重不足的問題;相關試驗時間甚至與國外相差一個數量級。這導致其試驗、考核不充分,很多問題沒有暴露出來,結果大量問題在戰機使用時出現。

3、重視程度問題。以前,我國對發動機的重要性、技術難度問題的認識、重視程度是嚴重不足的。因此,在撥款方面也是嚴重不到位的。根據先進國家某款發動機的研製經驗,其設計費用只佔10-15%,而試驗費用卻佔了高達50%。如果經費比別人低了一個數量級甚至更多,必將大大壓縮試驗的費用,從而難以獲得質量可靠的產品。

4、發展規劃問題。以前我國發動機的發展是跟隨飛機型號的,如果飛機項目不順利,發動機研製就會收到影響;如果沒有飛機項目,基本就沒有發展的可能了。

就是上面這些總總的原因,加上前面所說的材料問題、工藝問題等,導致了我國在航空發動機領域的相對落後。當然,就像不少人說的,由於沒幾個國家能研製,這個相對落後,也是世界前幾名了。

不過,這些都是過去時了,我國越來越有錢,我們對發動機領域越來越重視。於是,類似“兩機專項”這種高層級的發展規劃來了,數千億的發展款項來了。而且,發動機研發、生產部門結合成一個單獨的大公司獨立出來了。只需要時間,航空發動機領域必將結出碩果。目前,太行發動機已基本成熟、完善,推力升級型號在可靠度、壽命方面表現不錯。新一代的WS-15發動機目前發展的也不錯;WS15的誕生,將正式標誌我國在航空發動機領域進入世界先進水平。


晨曦軍情


我國的軍用渦扇航空發動機技術確實不行,但是這樣說的前提跟美俄這兩個國家對比,因為目前世界上能獨立製造大推力軍用渦扇航發的國家只有美俄中三國,英國的羅羅(即勞斯萊斯)主要是在民用領域領先(但也不代表人家沒能力玩大推力軍用航發,且能獨立製造大推力高性能民用渦扇航發的只有美國和英國),所以,在軍用領域,我們的航空發動機技術目前是僅次於美俄的,跟那些發動機技術只能停留在PPT上的國家來講,我們的軍用航發技術是很強的

,只不過,跟美俄一對比的話,差距還很大,尤其是跟美國!

至於題目中問到的,是技術問題還是材料問題?我個人認為都有,先來說技術上,比如很重要的一個指標:發動機的推力!我國的渦扇10B發動機在加推力的情況下單臺推力在14噸左右(推重比在8.5左右),俄羅斯的“四姨夫”AL-41F-1S發動機加推力單臺推力能達到18噸(推重比接近10),美國的F119發動機加推力單臺推力也超過了16噸(推重比大於9,但是不到10),至於美國的F135發動機,其單臺加推力在18~19噸左右(推重比達到11.46),最新的增推型據說推力已經超過20噸,

而目前我們最新一代的航空發動機渦扇15(還未服役裝機),據說推力也已經達到了18噸,推重比接近10,等到真正服役的時候,那麼在推力這一技術指標上,應該是可以對標美俄的頂級航發了!

但是,說到發動機的壽命,美國瑤瑤領先於中俄,其實俄羅斯的發動機也一樣,“三姨夫”系列我就不說了,最新的“四姨夫”AL-41F-1S其大推力和大推重比也是在犧牲壽命的情況下搞出來的,不管是

F119還是F135發動機,其全使用壽命都是保證在8000~10000小時以上的,尤其是F135發動機,據說其全使用壽命達到了8000~13000小時,首次大修週期也超過了4000小時,而我們目前的渦扇10B發動機的全使用壽命才勉強達到4000小時,俄羅斯的四姨夫使用壽命不清楚,但是也不會好到哪裡去!

因此,我國的軍用航發技術跟美俄比還是有很大的差距的,尤其是美國,不管是在技術上還是材料上,美國的軍用航發技術都遠遠超過我們,至於俄羅斯的,發動機推力是比我們目前的發動機要大,但是其使用壽命也不見得長到哪裡去,所以,題目中說到的我國的軍用航發技術不行,也是在跟美俄兩國對比的情況下,如果是其他國家,我國的軍用航發技術還是遙遙領先的,畢竟他們的只能停留在PPT上吧!


哨兵ZH


《武器裝備系列》問題第十四篇。關注四十五度軍報,瞭解更多軍事知識。

筆者以前一直有一個疑惑,中國的火箭技術發展飛快,從1956年錢學森提出《建立中國國防航空工業的意見》以來,中國航天事業發展迅速。

中國航天發展四大發展里程碑:

一、明朝的萬戶,自制47個火箭綁椅子上,手舉大風箏向飛上天,但不幸被火箭炸死。

二、東方紅一號,1970年中國的第一個人造衛星升空。

三、神舟五號,2003年中國神舟五號載人飛船升空

四、嫦娥一號,2007年嫦娥一號飛向月球,完成一期工程。此後神舟九號和天空一號(2011年)發射,完成對接,2016年天宮二號發射。

從上面的里程碑中可以看出中國航天事業是飛速發展,所走的每一步都是有著歷史意義的,而且都是完全獨立研發。瞭解這些你會為中國的強大感到自豪。

再來聊聊中國的發動機事業。

2005年12月,我國自主研製的大推力、高推重比渦輪風扇發動機“太行”定型,這標誌了我國成為了在美、英、俄、法之後,世界上第五個擁有自主研製航空發動機的國家。縱觀歷史會發現,中國研製發動機都是“被逼”的。

中國航空發動機的研製和美國、英國、法國等國家有著若干年的差距,說20年以上的差距大家可能都沒有什麼直觀的概念,大概就是剛出生的嬰兒和上小學的兒童這樣的差距,一個都還沒開始爬著走路,一個已經是在研究更高的知識了。

在2012年11月的時候中航發動機研究院的院長張健表示中國發動機近期的目標是到2015年左右達到西方先進國家80年代的水平。

劉大響院士公開表示中國航空發動機研製主要存在的問題有:

1.基礎薄弱,技術不足,試驗設施不齊全

2.研製經費嚴重不足

3.對發動機的技術複雜性和研製規律認識不足

4.基礎建設的戰線太長,攤子大,力量散

5.管理模式落後,缺乏科學民主決策機制和穩定,沒有中長期的發展規劃。

研製一款現代渦扇發動機的經費是世界上百分之九十九的國家都承受不起的,任何一種發動機都是要經過數以萬計的科學實驗和適應性檢測的,大規模投入後然後獲得實驗的數據,這是每一步都是在大把的燒錢。

我國的發動機研製曾斷檔過,至少落後三十年。最關鍵的是發動機的研發是沒有捷徑的,必須是一步一個腳印,需要大量的實驗做測試。據統計,我國在發動機研究的領域上的投入不足美國的15%。

【山圖】美國F119矢量發動機

自從2015年,政府工作報告中,要實施航空發動機重大項目,作為“中國製造2025”的重點項目之一,例如2015年定型的太行WS-10B就是吸取了之前批次的太行的問題經驗改進而來。中國目前發動機的研發實力在殲-16中可以看出來,中國發動機實力和世界上一流國家的實力相當。

【上圖】矢量噴管發動機

總有人在黑中國的飛機發動機,甚至只要一提到中國飛機,蹦出來的詞就是發動機不行。其實是很多人總是藉著發動機的問題來說中國製度問題。這些人崇洋媚外,甚至到了不願意承認中國進步這種地步。還有人說太行怎麼怎麼不行的,太行發動機是由中國航空研究院606研製的,是中國第三代渦輪風扇發動機,採用了大推力涵比和全自動化的控制系統。目前主要裝備在殲-11B上。

【上圖】中國3D打印帶頭人王華明教授

為了回答這個問題,筆者百度了關於說中國飛機發動機不行的各種內容,翻看了十幾個網頁,發現統一的一個特點,內容都是一篇概全,更有甚者黑的不著邊際。

確切來說能自行製造大推力軍用渦扇發動機的國家全世界目前有三個

美國、俄國、中國


四十五度軍報


都有,其實也不能說中國發動機不行。這得看跟誰比。

航發領域最先進的固然當屬美國,其次是俄羅斯,再次是英國,然後是中國。

先簡單的說幾個數據讓各位瞭解一下中美航發的差距。

發動機性能最主要的兩個數據是加力推力和涵道比。

涵道比越大,推力越大,但是發動機本身的阻力也就越大。

美國F-22所使用的F-119發動機,加力推力15.5噸,涵道比0.3。

美國F-35所使用的F-135發動機,加力推力19.5噸,涵道比0.57。

俄羅斯Su-57擬定使用的產品30發動機,加力推力17.2噸,涵道比0.3(該發動機於2017年裝機實驗)。

俄羅斯Su-27S所使用的AL-31F發動機,加力推力12.5噸,涵道比0.6。

英國沒有發展大推。

中國WS-10A,加力推力13.2噸,涵道比0.57。

中國WS-10B,加力推力13.5噸,涵道比0.79。

看到這些數據相信各位心裡已經有個底了。

航空發動機的研發週期比飛機還長,中國在這方面要補足的地方還很多。

中國航發差的不僅僅是材料或者技術,而且應該是差在積累。

另外,F-119和F-135並不是美國最好的發動機。

目前美國宣傳的在研的是三涵道變循環發動機等黑科技。

其實中美差距最大的地方還是科研經費。

舉個例子說明一下:美國人在研製每一代戰鬥機之前都會試飛大量的技術驗證機。

美國人哪怕是給F-22選擇尾噴管的類型,也在半年內造了一百多種矢量噴管研究。

讓我們回想一下,美國人五代機是怎麼競標出來的?

先讓各個公司定方案,然後入圍的方案造驗證機。

比如YF-22對YF-23,X-32對X-35。

中國當初的J-20怎麼競標的呢?

601所和611所各拿出一個方案,造個模型研究研究。

這就是差距。

這個怪不到中國的科研人員,中國近20年來科技的騰飛說明了一點:技術積累說白了就是砸錢,砸時間。


白虎堂


航空發動機的作用是非常重要的,其性能的好壞直接影響著飛機的飛行性能、可靠性及經濟性,因此,它被喻為飛機的“心臟”,長期以來,我國的航空發動機技術落後於西方發達國家,一方面我國自上世紀50年代初開始發展航空工業時,我們連鋼材都不能自給自足,而歐美國家上世紀50年代已經在研製先進的渦輪噴氣式發動機了,這樣的差距可不是一兩年就能彌補的,我們知道航空發動機被稱為“工業技術領域上的皇冠”,可以說航空發動機是人類工業技術和工業加工製造業的最高技術產品,其精密程度、高技術含量、加工難度都是人類工業領域的制高點,沒有強大的工業生產能力和製造業技術,沒有哪個國家可以憑空發展出高性能航空發動機。

這就是為什麼世界上,只有中國、美國、俄羅斯、法國、德國、英國、日本、烏克蘭等不到10個國家可以獨立研製和生產高性能航空發動機,類似韓國、印度、土耳其、巴西這類中等國家要發展航空發動機都比登天還要困難,因為他們雖然有一定工業基礎和工業能力,但相關的製造業積累不都齊全、資金投入不夠甚至沒辦法長期持續性投入,加上沒有相關的試驗和驗證設施,所以不是什麼國家都能搞先進的航空發動機的,這是實力決定的,這就是為什麼說航空發動機是衡量一個國家工業真實能力的“試金石”。

此外,由於航空發動機要在高溫、高壓、高轉速和高負荷的環境中長期反覆地工作,而且還要求具有重量輕、體積小、推力大、使用安全可靠及經濟性好等特點,因此,必須要有很強的設計、加工及製造能力,是一種典型的技術密集型產品,同時,最關鍵的航空發動機是一個積累性實驗性科學,只有長期高強度的資金和人力物力投入,才能支撐大量“燒錢”的地面實驗和飛行試驗,為什麼要這麼說呢?

首先我們知道,航空發動機是一個複雜的動力裝置,主要由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪、加力燃燒室、尾噴管、附件傳動裝置與附屬系統等組成。其內部的氣動、熱力和結構特性非常複雜,因此對其工況尚不能從計算上給予詳盡準確地描述,必須依靠試驗來獲得相關數值。這也就是說航空發動機的最終性能是依靠地面和天空中上萬個,甚至是幾百萬個小時的試驗出來的結果,是通過試驗來測試出來的發動機,不是造出來的發動機,也不是簡單的設計個發動機,這就是發動機科學耗時耗力耗費錢財的主要原因。

除此之外,在進行發動機裝配前,需要確認每個部件的性能均滿足設計指標,同時,需要在試車臺上進行試驗測試壓氣機的增壓比、空氣流量、喘振點,燃燒室的燃燒效率、出口溫度分佈等),獲得整機的推力、單位耗油量等性能數據,用於評價其是否滿足設計使用要求。我們以美國為例子,美國從航空發動機機核心機研製開始每十年一個新技術研究計劃,而其發動機配套的相關技術也是每十年投入一個研究計劃,這些技術的總耗資高達1590億美元(2016年幣值),而相關發動機的陸上高空臺、實驗設施、空中高空臺、飛行試驗檯,每年用於發動機測試的發費高達幾十億美元,美國發動機牛,人家幾十年如一日的投資研究啊,這就是區別。發動機有多難你知道了吧?


小鷹說科技


我國的航空發動機並不能說不行,而是比較先進的了。至於說我國和美俄的主要差距,主要差在核心機的研發設計上了。

搭載太行WS10A發動機的殲11B重型第四代戰鬥機。


我國的航空發動機在全球來看,是非常不錯的,僅次於美國和俄羅斯,領先於歐洲的英法和亞洲的日本,除此之外的其他國家連航空發動機的研發能力都沒有。我國航空發動機系列全面,有戰鬥機用的大推力航空發動機太行WS10A,有中型戰鬥機和輕型戰鬥機使用的中等推力發動機WS13,還有用於第二代戰鬥機的渦噴發動機,如渦噴13發動機,另外還有引進消化成功的WS-9發動機。

搭載矢量尾噴發動機的殲10戰鬥機,該發動機是WS10B發動機的改進型。


除了系列全,我國的航空發動機技術也很先進,首先在於推力大,渦前溫度比較高,如太行WS10A發動機渦前溫度達到了1747K,這在發動機裡還是不錯的,其推力達到了13.2噸,全新的WS10B發動機推力更是達到了14噸,英國、法國的最大推力發動機為9噸,而日本最大推力發動機為5噸,均大幅度落後我國,只有俄羅斯和美國比我國強。

而且我國的航空發動機具有比俄羅斯強大的數字化操作能力,藉助多軸四餘度飛控系統,實現了全權數字化操作能力,相應靈敏,效率更高,而且籍此實現了全機的飛火推一體化,這些能力是使用機械操控的俄羅斯發動機不能比的。而且我國已經實現了在發動機上添加矢量尾噴的能力,這一能力也令其他國家難以企及,只有俄羅斯可以比肩,美國都沒有三維矢量尾噴。

網友繪製的搭載矢量尾噴發動機的殲10B繪畫作品。


至於說我國航空發動機在哪些地方有缺陷,影響了對美俄的超越,那主要在於機械設計上。我國的工業屬於跳過了複雜機械設計,直接進入數字化和信息化領先的時代,這樣的情況造成了我國可以在集成技術和電子科技上取得很大的成就,但是在機械設計上存在差距,由此導致了我國目前還沒有非常好的國產發動機核心機技術,只能測繪國外核心機進行研發。

不過這一局面將會隨著WS15的研發成功而成為歷史,WS15的核心機是我國完全自主研發的,而且發動機整機性能也是世界領先的。


回答者簡介:張浩,亞太智庫研究員,《艦載武器》雜誌評論員,在《兵器》、《艦載武器》等多家軍事期刊發表《現代山地戰怎麼打》、《共和國炮艇小傳》、《奪灘奇兵》等文章30餘篇,在海軍作戰理論和海上作戰武器裝備等領域有獨特見解,著有《預警機、電子戰機》一書,獲得軍迷群體一致好評。


海事先鋒


材料不行,技術也不行。但是這兩個都不是主要的。材料和技術不行,仿製也仿不出來。或者仿製出來的性能不如原裝進口。

主要原因還是設計不行。

中國的設計以前都是拼湊。按照自己有的發動機,照貓畫虎描繪圖紙,把幾臺發動機的湊到一起。

設計的另一個問題是急功近利,不做深入耐心研究。習慣軍事化管理,搞人海戰術,大會戰。嚴重違背科學發展規律。總想一口吃個胖子。

英國羅耳斯·羅伊斯公司最初的產品是尼恩離心發動機。這也是中國生產的第一種噴氣式發動機。羅羅公司在此基礎上研製軸流發動機。就是用軸流壓氣機代替離心壓氣機。從穩定工作到逐步增加推力。從最早的27千牛開始,歷時十年才達到56千牛,加力推力73千牛(7.4噸),成為和美國普惠J57和通用電氣J79齊名的三個最優秀髮動機。

設計能力不行的原因除了缺乏經驗,沒有進取心外,還有就是缺乏基礎設施建設。渦流發動機工作時是一個“黑箱”,內部什麼情況無法直接觀測。只能通過零部件試驗的方式進行驗證。沒有試驗就沒有認識,就沒有經驗。

此外還有科研項目管理上的落後。沒有科學規劃。


天明遙遙山海關


說到底,都是技術問題。包括材料,也是技術問題。

技術問題很重要的一個方面是設計,中國航發設計體系打出生就是歪的。完全的自行研發根本沒有,都是在皮尺蘇聯和英國的航發。這樣的狀態完全就是從最高決策層開始外行管理內行的結果。自認為逆向工程能快速解決從無到有的問題。可是這個有往往是沒法用的。因為你根本不知道為何這樣設計。只是人家這麼做了,我們完全照抄。因此,實際上我們的設計能力是很差的。俄羅斯的al41發動機中國不是沒有。但是我們就是複製生產不出來。因為我們不知道那些人家沒有告訴我們的參數。懂汽車摩托車發動機的人都知道,原廠軸瓦不告訴你螺絲扭矩,你裝上它就會很快燒壞。只有嚴格按照標準扭矩和間隙安裝才能保持質量。

至於材料,中國是世界上最大的稀土出口國,原料供應沒問題。但是我們研發不出航發能用的材料!甚至我們連提純到足夠純都做不到。所以不論中國有多少稀土,中國要用,就必須進口日本或者美國給你提純後的產品。有了提純能用的產品還是不行。中國的材料科學太薄弱了。同樣的鐵,稀土,鉻,硅等原料,中國就是煉不出航發能用的葉片材料。當前航發晶體材料最好的在日本。已經發展到第六代了。而中國航發材料性能相對比,只能跟第三代持平。

最後說一下,我們到底缺什麼?我們其實缺的是方法論!精密設計大獎的東西是測不出來看不到的。這需要海量實驗去摸索。如何儘快獲取最優數據是有一套方法的。領導們是外行,他們看到的只是眼睛能看到的,可是性能這東西,卻是眼睛看不到的更重要。


用戶60461023220


肯定是材料問題了!我們國家的冶煉技術不過關,生產的材料質量不過關,不論從強度到剛度上面都嚴重不足,這使得我們的發動機專家在設計發動機的時候侷限性非常大,他們是真正的巧婦難為無米之炊。這一點可以從我們發動機的壓縮比上面得到對比,我們的國產發動機不管是飛機使用的航空發動機還是汽車使用的普通發動機,壓縮比都會比原裝進口的發動機低一個檔次,這便是問題所在了!發動機材料限制了發動機提升推力的能力。有點像瘦子抬槓鈴,出力大了就會閃了腰。

材料問題除了會影響發動機的推力問題,還會影響發動機的使用壽命。我們的發動機使用壽命上對比俄羅斯原裝進口的發動機只有三分之一多一點,這也說明了問題所在。我們的戰機在出口領域銷量一直做的不夠好不是因為戰機性能不行,就是因為發動機的壽命限制使得其保養難度增加。

強國之路任重道遠,萬里之行始於足下,我們的基礎工業能力還是太薄弱了,應該發足力氣去到這些基礎產業發展,少玩噱頭,在報喜的同時也得報憂,知恥後勇善莫大焉。


優己


其實材料也是技術,因為各種高溫合金、單晶合金都是採用先進技術和工藝方法進行冶煉和加工最後裝配成整機。


至於前一段時間流行的所謂稀有金屬錸的作用,我覺得是誇大的。這種原材料礦藏只能說是錦上添花,看看稀土礦的經營開採過程就知道。


所以,我認為發動機的關鍵因素應該是材料冶煉、機械加工包括特種加工、結構設計及氣動流體設計與計算、裝配調試、後續的性能測試與持續改進。


分享到:


相關文章: