航 空:认真学习国外经验 紧紧抓住发展关键
2010-11-15王亚男
□ 王亚男
(作者为《航空知识》杂志副主编)
在今后10年乃至更长的时间内,能否认真借鉴国外的经验,紧紧抓住发展关键,这是包括军用航空在内的我国航空工业发展的一个严肃的现实问题,也是希望之所在。
分析国外航空工业发展的经验教训,分析我国的历史和现状,可以清楚地看到,要加快中国航空工业的发展必须抓住关键。
发动机技术是关键
中国航空工业发展到今天,从总体上说取得了巨大的进步。中国不仅拥有了达到国际水准的自主知识产权第三代主战飞机,还拥有了国产支线客机。但在繁荣背后也隐藏着危机,关键是缺乏动力,这已严重制约了我国航空工业的进一步发展和核心实力的提升。
中国航空工业建立60年来,在许多方面取得了显著成就,但在航空动力方面比航空发达国家却依然差距较大,而这种差距在短期内还无法弥补。
中国航空工业长期以来走的是仿制为主的发展道路。过去我们大量引进苏联飞机型号和相关技术进行仿制 ,其立足点是保证部队的装备规模和使用需求。由于前苏联的援助和支持,当时中国总是可以获得较为先进的航空主战装备及其发动机,这使中国航空工业形成一个仿制生产能力庞大、自主研发实力薄弱的不合理构架。长期以来,中国航空工业在仿制生产中积累了大量经验,这对飞机整机的设计能力有很好的提升作用,但在航空发动机领域,仿制生产却无法掌握发动机原理设计的初始概念,更无法掌握发动机研制所特有的发展规律和科学方法。中国航空发动机发展多以飞机型号工程作为牵引力,殊不知发动机的研发周期常常超越一型乃至几型飞机的发展周期,结果往往是动力系统制约整个型号项目的进展,“心脏病”的问题难以解决。
美国是当今航空发动机技术最为先进的国家,但其最初的起点和我国差不多。二战爆发前,航空喷气推进研究最为积极的国家是德国和英国,美国在这方面的研究相当有限。战争中凭借与英国的同盟关系,美国从英国直接拿到了惠特尔离心式喷气发动机的相关技术,借助这种新的动力系统,美国贝尔公司开发了XP-59喷气式飞机,进入了喷气时代。后当美国航空兵将领和科学技术人员检查德国航空研发机构时,许多人都对德国已经掌握的喷气技术深感震惊。从那时起,美国比以往更加坚决地决定开发先进的喷气式军用飞机,而要开发优良的喷气机,先进的喷气发动机技术是关键。美国较早认识到航空发动机是航空产业的原动力,从而把发动机产业作为重要战略方向,为后来的喷气发动机技术大发展做了最初的思想准备。
美国航空发动机发展的另一个经验是,较早摆脱了仿制生产和改良发展的模式,以技术突破为导向全力发展自己的先进技术,在发动机技术领域奠定了自己的知识技术基础。今天美国最为著名的喷气发动机制造商普惠公司在战争时期几乎没有任何独立研发喷气发动机的经验,战后普惠被许可制造英国罗罗公司的尼恩发动机,但好景不长,普惠发现自己在喷气发动机研发方面落后其他主要制造厂商至少5年,在战后环境中要保持竞争力,必须实现技术上的重大跨越。继续许可生产罗罗公司的发动机是一条没有前途的死路。于是从1946年开始,普惠做出重大战略决策,投入巨资建设新的研发机构和相应测试设施。经过近5年的艰苦努力,普惠公司研发出先进的双转子发动机J57,把推力提高到10000磅,耗油率也大大降低。J57的成功奠定了美国在喷气发动机领域领先地位的第一块基石,这其中主要应该归功于坚持从基础工作做起,走自主研发的道路。
CH-47“支努干”直升机吊运榴弹炮
鼓励竞争是美国喷气发动机研发的另一个经验。美国政府素来倡导在包括军用喷气发动机在内的各种军用装备的采购方面鼓励竞争,这种方式促进了各种不同技术途径的发展。有研究表明,这种做法实际上并未使美国在费用方面出现较大节约,但却让美国军队获得了性能更优、更为可靠的先进装备。通过竞争,喷气发动机研制厂商积极开发各种先进理论和概念技术,通过各种演示活动去争取军方的关注。虽然最后竞争成功的往往只有一家厂商,但美国空军却常常通过各种技术演示项目资助那些具有创意潜力的竞争失败者继续开发,把这作为未来可行技术的储备。
在研制体制方面,美国航空发动机开发领域也有许多做法可供参考,其中最为重要的是科学合理的预研体制。美国空军每年都会拨出大量经费用于发动机相关技术的预研和演示项目。这类项目常常是就某一项或几项性能指标进行提升,一般不要求近期开发实用产品,而是为未来新型主战装备做技术摸底和可行性探索。预先研究客观上降低了型号研制的动力系统风险,事实上让发动机开发走在了飞机研制项目的前面。每次新型号的研发,其动力系统基本是在预研项目积累的技术经验上进一步开发,保证了美国航空喷气发动机技术长期的领先优势。
目前,我国在许多领域都缺乏作为核心的动力系统,不仅仅航空工业缺乏足够的“动力”,我国车辆、传播、能源等许多领域都存在“动力不足”的问题,而这些问题的解决,完全可能从航空发动机领域实现重大突破,进而通过牵引和扩散效应实现整个局面的扭转。换言之,航空发动机产业应该上升到国家战略的高度,航空发动机的研究是航空产业的重中之重,其地位应该得到足够的重视。
走自主研制的道路,并不意味着一切都要从头做起,但一个重要前提是对于已有的发动机技术要真正“吃透”,许多相关的先进发动机基础理论研究要做牢做实,在这个基础上才有可能前进一大步,实现创新和突破。目前我国在发动机基础理论方面尚有欠缺,应该下力气做好。预先研制也应作为研制体制的重要一环加以考虑。预先研制可以分期分阶段进行,重点支持某些新概念和原理样机的开发,而不应将最终的实用型号作为唯一目标。对先进航空发动机开发的艰巨性也应有充分认识,如果从美国1942年拿到英国产的惠特尔喷气发动机算起,到1950年J57开始台架试验,至少用了8年。普惠开发TF30加力涡扇发动机至少用了12年,而F119发动机的研制则用了17年,我们自主研发先进航空发动机的道路不会更加平坦。
过去我国航空发动机的研制大多纳入飞机项目之下进行,由于缺乏预研工作,动力常常拖型号的后腿,即便不拖后腿,由于发动机短期内性能难以大幅提升,常常制约飞机的总体设计,影响最终的装备性能。航空装备型号更新与否,涉及到诸多复杂因素,但航空发动机技术的进步则是没有任何疑问的,从这个意义上说,有没有新飞机型号,都应积极稳步推进航空发动机的开发。
大型飞行平台必不可少
大型飞行平台是航空产品中的大家伙,它是一国航空运输科技实力的综合体现。没有大飞机,国家就没有远程投送能力,这不仅直接影响国家的国防水平,就是在和平时期,防灾减灾工作也呼唤国产大型飞行平台的出现。中国是一个人口众多、自然灾害多发的国家,没有远程投送能力,是一个相当严重的问题。大型飞行平台除了直接体现的空运能力外,还是一个多用途的发展基石,国防建设中所需的空中预警机、大型电子战飞机、远程巡逻机、空中加油机乃至远程轰炸机,其基础都是大型飞行平台,而这些特种装备,对于军队的现代化建设有着特殊的意义。
此外,在民用领域,大型飞行平台还是远程民用客机的发展基础。中国快速的发展要求空中航运能力的快速增长,如此巨大的民用航空市场全部为进口民航客机所占据,对于中国这样一个大国是不可想象的。中国需要自己的大型民用客机,同样必须发展大型飞行平台。
国际上成功的大型飞行平台不乏实例,我国目前在大型飞行平台的开发问题上,总体设计、研发项目管理、动力系统是重要的影响因素,即使在完成开发之后,这一平台的市场化运作对我们也是一个全新的课题。从这个角度上讲,开发大型飞行平台是任重道远。
直升机产业要着力发展
前苏联和美国都非常重视直升机的发展,先后开发了多种实用型直升机平台。美国西科斯基“黑鹰”系列直升机至今仍然是多用途直升机的典范,而前苏联的米-26重型运输直升机,则在我国汶川地震救灾中发挥了重要作用。同样性能的直升机,我们还没有对应的国产产品。
直升机作为较为特殊的航空器,在国民经济、国防建设和反恐维稳中都有着独特的地位。我国的直升机工业从仿制生产起步,目前已经在逐步摆脱仿制模式,但在先进旋翼系统、减速器系统和先进涡轴发动机方面仍然存在欠缺,还需要一定时期的艰苦努力。在我国近期多次严重自然灾害中,都暴露了直升机技术和装备水平的不足,这都对直升机产业的发展提出了新的要求。除了先进军用直升机,大型民用直升机也应得到重视。
研究体制应更加科学
诚然,在航空发动机技术领域有许多先进经验可供借鉴,但别人的经验毕竟是别人的,人家不可能把关键的技术要点和经验教训告诉你,技术路线的摸索,试验测试方法的总结、复杂研制项目的管理,项目风险的掌控和研发成本的控制,都是科学经验的积累,需要时间和磨砺。
我国的科研资源比较有限,不大可能像美国那样鼓励多大范围竞争,但对于预先研究的某些阶段性目标,是完全可以考虑引入竞争机制的,这样可以在较短的时间内对尽可能多的技术路线进行评估,积累更多的技术经验。政府应该积极支持企业自主研发某些新技术,在费用上可以与企业共同投资,降低企业的研发风险。
航空科技研发是一项长期、艰巨的事业,不能以追求短期最终产品为目标。在最终产品的市场效益产生之前,往往需要巨额资金的投入,存在巨大的研制风险。从美俄等发达国家航空研制的历史上看,一些失败的项目所带来的经验价值,远大于那些成功的项目。从这个意义上说,航空科研需要一套科学有效的管理体制,这套体制应能对高风险项目给予适度支持,推动前瞻技术走向实用,促进实用技术的产业化和市场化,鼓励基础理论研究,鼓励适度竞争和创新,鼓励企业的风险投资意识,还要能确保研制过程中所有阶段性成果和问题的及时整理和总结,并据此制定下一阶段的目标,关注最终产品的大方向。
我国过去几十年的航空工业经历已经提供了足够的经验教训。在今后10年乃至更长的时间内,我们能否用科学的精神和坚定的态度迈出自己的步伐,避免过去的失误和偏差,这是一个严肃的现实问题,也是希望的所在。