我們離發動機強國還有多遠

賴懿

近年來，隨著航空運輸業的蓬勃發展和國人對國產民機項目的日益關注，一個繞不開的話題開始被越來越多的人所提及，那就是我們的國產大飛機何時能夠用上國產發動機？重組后的中國航空發動機產業將如何在起步晚、底子薄的背景下迎頭趕上？

非常昂貴的“奢侈品”

航空發動機是一種十分復雜的熱力機械，需要在高溫、高壓、高轉速和交變負荷的極端惡劣條件下長時間可靠地工作，滿足推力（功率）大、油耗低、重量輕、壽命長、噪聲小、排污少、可靠性高、安全性好、研制和維護成本低等十分苛刻的要求。

一臺現代發動機擁有上萬個零部件，須用輕質、耐高溫、高強度的特殊材料制造，加工精度已達微米級。高性能壓氣機葉片不僅厚度薄，而且具有彎、扭、掠等特殊構形，高速旋轉時要長時間承受自身重量2萬倍的離心力。薄薄的機匣要長時間承受50～60個大氣壓而不能變形和損壞，這相當于蓄水175米的2.5個長江三峽大壩所承受的水壓。渦輪葉片的氣流環境溫度高達2000～2200K，遠超過一般金屬材料的熔點，并且要求在1萬～2萬轉/分鐘的條件下能夠長時間可靠工作。主燃燒室中的氣流速度高達20m/s（相當于8級大風），要求燃燒穩定，出口流場均勻，效率達99%以上。現代航空發動機的單位重量價值與白銀相當，發動機渦輪葉片的單位重量價值與黃金相當，可以說是非常昂貴的“奢侈品”。

與中國商飛白手起家研發干線客機相似，我國商用航空發動機產業自主創新的研發體系也尚未真正建立起來，創新能力薄弱，技術儲備不足，設計手段相對落后。盡管我國具有一定的軍用航空發動機研制經驗，但在商用大涵道比渦扇發動機型號研制方面基本上是一片空白，一些關鍵技術的預先研究才剛剛起步。

此外，從試驗設施和設備的角度來看，目前我國自主研制航空發動機所必需的基礎設施和保障條件嚴重不足，大型試驗設施設備仍然十分缺乏，試驗和測試技術相對落后，難以滿足自主研制先進航空發動機的需求。

自主研發是出路

如今，中國已經毫無疑問地成為了飛機制造商的必爭之地，每年有大量的新飛機進入中國市場。但令人遺憾的是，如今所有中國民航運營的飛機全部采用的是國外的發動機。根據空客和波音發布的市場預測報告，未來20年，中國市場至少需要5700臺商用航空發動機，價值超過2580億美元。盡管在可以預見的未來，全球航空發動機市場的總體格局很難有大的改變，但這并不意味著中國會在航空發動機研發領域止步不前。相反，作為一個大國，中國不僅要有自己的大飛機，也要有自己的商用航空發動機。

中國航空發動機產業起步于抗美援朝時期，經歷了維護修理、測繪仿制、改進改型、自主研制等發展階段。如果從開始整機研制的1956年算起，至今已有62年。盡管與國外相比，我國的航空發動機產業還存在著較大的差距，但是通過60多年的發展，初步形成了以發動機設計研究機構和主機生產企業為核心的航空發動機研制生產體系，共生產了幾萬臺各型發動機，保障了我軍作戰訓練的基本需要，為我軍航空武器裝備建設和國民經濟發展作出了重要貢獻。此外，以“太行”渦扇發動機和某渦軸發動機設計定型并裝備使用為標志，我國已基本具備了自主研制第三代渦扇、渦軸發動機的能力。截至2017年，我國以航空發動機為主業的單位共有26家，其中設計研究機構4家，主機生產企業6家，年銷售收入約為300億元。

在看到成績的同時，我們也不得不正視這樣一個問題，那就是我國航空發動機產業在發展過程中，曾經長期在測繪仿制中徘徊，預先研究和型號研制都未走完一個完整的過程，科研技術基礎薄弱，與世界先進水平相比，差距顯而易見。

同時，由于航空發動機產業所處的戰略地位，各國一直以來對于關鍵核心技術都是嚴格封鎖的。公開資料顯示，商用航空發動機在銷售時，控制系統、硬件、整機是允許出口的，但是軟件、原程序的相互關系是禁止出口的。此外，發動機生產所需的高性能樹脂材料等也是禁止出口的。因此，我國要發展商用航空發動機產業，唯有自主研發這一條路可走。

要補的課還很多

2016年5月，中國航空發動機集團公司正式掛牌，探討了多年的“飛發分離”終于實現。經過兩年多的發展，中國航發已經取得了一些令人欣喜的成績。

2008年1月，CJ-1000AX驗證機的首臺機在歷時18個月后，在上海完成了整機試制和裝配，這標志著我國首個商用大涵道比渦扇發動機整機研制平臺成功建立。隨后，3月30日，CJ-1000AX在上海臨港總裝試車臺完成了全部調試工作，4月3日通過試驗評審，5月18日點火成功，核心機最高轉速達到6600rpm。

除此之外，中國航發還在進行另外兩款新型發動機的研發，分別是AES100渦軸發動機和AEP500渦槳發動機。其中，AES100發動機的研制按照適航要求，以5～6噸級民用直升機動力需求為牽引，采用高效率、長壽命、高可靠性、大功率儲備及良好可發展性的技術路線，開展具備國際競爭力的先進民用渦軸發動機研制，首臺發動機的試制和試驗工作將在2018年完成，2024年左右完成適航取證。另一款AEP500發動機則對標國外先進渦槳發動機的技術指標，開展零部件、系統和整機的關鍵技術研究及集成驗證。該項目將大幅提升我國在大功率渦槳發動機方面的研發能力，滿足未來國內市場商用先進渦槳支線客機、中型貨運飛機等平臺對動力裝置的需求。按計劃，AEP500發動機將在2020年完成首臺驗證機試制和試驗，2028年完成適航取證。

除了加快型號研制的步伐之外，中國航發還在大數據應用、智能制造等領域積極探索，努力縮小與國際先進水平的差距。

目前，中國航發下屬的黎陽航空發動機公司正在嘗試依托大數據平臺進行航空發動機產品的研制。公司基于數字孿生技術構建的作動筒數字化“雙胞胎”生產線，將現實生產中的活動與制造執行規劃在虛擬環境中進行模擬，規避現實生產中可能存在的風險，指導實體生產線的全過程生產。

此外，黎陽航空發動機公司還在探索推動發動機脈動裝配線建設，通過對發動機裝配過程進行流程再設計、再優化，重新配置人員和工序的組合方式，應用大數據平臺實現資源融通、流程優化，暢通信息交匯和反饋渠道，使發動機脈動裝配線整體布局合理，生產節奏設置高效，解決傳統裝配帶來的工作現場擁擠、人員分工不明晰、無效工作區域大等問題。

在中國航空發動機產業不斷摸索前行的過程中，已經取得的成績盡管值得肯定，但是我們也要清醒地認識到，中國航空發動機產業要補的課還有很多。

從1903年萊特兄弟成功研制出有動力的飛機，到115年后的今天，西方發達國家已經研發了一代又一代的飛機和發動機，在這一代代產品的背后是無數個“看不見”的應用基礎問題的研究和解決。

反觀中國，幾十年來我國大型商用發動機全部依賴進口，關鍵技術研究才剛剛開始。所以，作為我國第一款自主研發的高水平商用航空發動機，CJ1000A的發展之路一定是艱難曲折的，肯定會遇到許多意想不到的困難。無論是從軟件還是硬件的角度來看，國產發動機的研制還有很多基礎技術功課需要一點點地補上，而這些也是中國民用航空工業發展過程中必須補修的“學分”。