摘取里程碑意义的皇冠—中国自主研制大推力涡扇发动机纪实

本刊特约记者/徐秉君

飞机的发明改变了人类的历史，因而飞机被列为人类20世纪最伟大的发明之一。然而，自从1903年莱特兄弟制造的第一架有动力飞机成功飞上蓝天后，人们就试图通过不断提高飞行速度和高度来提高飞机的性能，而被誉为“飞机心脏”的航空发动机便成了科学家和飞机设计师们的重点课题。因为优秀品质的飞机必须要有强劲、高效、可靠、经济的航空动力加以支持和保证，要不然设计再好的飞机也飞不上天。

在飞机发明后的100多年时间里，尽管由于技术进步，航空发动机不断更新换代，并为各类飞机提供了强劲动力，从而使飞机的速度由亚声速到超声速以至于超数倍声速的飞跃，但是从飞机的发展趋势来看，航空动力依然是制约飞机发展的一个重要因素。因此，世界发达国家都把发展航空发动机作为构建国家战略和军事战略的核心技术。

众所周知，当今世界上的航空强国主要是美、俄、英、法等西方发达国家，由于这些国家控制了航空领域的核心技术，也就意味着他们掌控着整个航空市场，所以国际上的著名的战斗机和民航客机等几乎都被这些发达国家所垄断。尤其是航空发动机，更是他们严密控制的技术，即使有些中等发达国家和少数发展中国家也能自主设计现代飞机，但是由于在短时间内难以自主解决航空动力问题，所以不得不依赖向发达国家进口航空发动机，从而造成了制约本国自主研发飞机的瓶颈。如果不能突破这一瓶颈，那么就意味着在航空领域永远受制于人。为了从根本上摆脱这种受制于人的局面，我国航空工业系统从上世纪50年代就开始了一系列艰难的探索。

艰难探索 自主研发

中国的航空工业体系是上世纪50年代在前苏联的帮助下建立起来的，尽管当时引进的设备和生产的飞机并不是世界上最先进的，但也使中国在很短的时间内一跃而跨进了喷气式时代，并成为当时为数不多的能制造喷气式飞机的国家之一。然而，由于中国航空工业基础薄弱，没有任何技术储备，再加上西方发达国家对新中国进行经济和技术封锁，因而当时国防工业只能依靠唯一向中国伸出援助之手的苏联。

在苏联的帮助下，仅用几年的时间新中国就建立起初具规模的航空工业体系，应该说这是一个奇迹。中国的航空工业先从维修飞机开始起步，很快就转入到试制喷气式飞机阶段，并于1956年7月19日首飞成功第一架喷气式战斗机，标志着我国航空工业一跃跨进世界喷气时代的先进行列。后来，又相继成功引进和试制成功米格-19、米格-21飞机，从而使我一跃又跨入世界第二代战机先进行列。

然而，随着国际形势的变化，中苏关系破裂，苏联政府单方撕毁合同并突然撤走援华的苏联专家，给中国的建设和发展造成无法估量的损失。让中国着实领教了受制于人的苦果。尽管通过引进、仿制和消化吸收了当时比较先进技术，并使我国成为世界上掌握喷气飞机制造技术的少数国家之一。但在航空发动机方面，没有任何一个国家肯把核心技术转让给我们，因而在核心技术方面仍然受制于人。

实际上，早在我国引进飞机制造技术的同时，航空工业系统就开始着手研制我们自己的航空发动机。然而，由于起步较晚，再加上没有任何技术储备，一切都得从零开始。所以只能选择一条艰难的发展之路—即先仿制，再改进，最后再自主设计和研发。从仿制第一台螺旋桨发动机到仿制喷气发动机，走过了一条漫长的发展道路。这期间，中国航空人无时无刻不在想，中国战机什么时候能拥有一颗强劲有力的“中国心”！

进入20世纪80年代，世界发达国家的战斗机都已普遍开始装配第三代涡扇发动机，世界航空强国也竞相开始为第四代战斗机研制新一代涡扇发动机，而我国由于受“十年文革”动乱的影响，航空发动机的研制还一直停留在第二代的水平上。紧迫的国防需求和巨大的差距要求我国的航空发动机研制必须迅速迎头赶上。

1987年“太行”发动机正式立项，张恩和被任命为行政副总指挥。不久，他又被任命为“太行”发动机总设计师。面对紧迫的国防需求和世界航空大国的技术封锁，中国没有其他选择，只能依靠自己走自主研发的道路。作为“太行”发动机总设计师的张恩和与他的团队都十分清楚，这注定是一条艰难曲折的坎坷之路。因为在仿制引进系列涡喷发动机和前期预研涡扇发动机的过程中，他们就充分领略了制造发动机的艰难程度，所以当时有许多人认为，研制飞机难，研制发动机更难，研制大推力发动机更是难上加难。但是他们并没有被困难吓倒，而是以强烈的责任感、忧患的使命意识和坚韧不拔的探索精神，硬是闯出一条“以我为主，自力更生，创新超越”的新路子。

超前跨越 填补空白

“太行”发动机首席试飞员毕红军

长期以来我国一直把航空发动机作为飞机的附属品来发展，因而没有形成独立的发展战略。一般情况下，新型发动机的研制必须同新型飞机的研制挂钩，只有研制一种型号飞机才能研制与之配套发动机。通常一种新型飞机的研制大约需要10～15年，可航空发动机由于材料要求高，而且技术复杂，研制周期至少需要15～20年，这就使得航空发动机的研制始终滞后。从而造成在飞机研制前期，由于没有国产与之相匹配的发动机而不得不采用国外发动机，以保证试验试飞和研制飞机的进度。可是，当国产发动机研制生产出来之后，由于飞机结构改动，使得国产发动机也要随之改变设计，这无形又延长了发动机的研制周期。为了满足急需，不得不大批采购国外同类型发动机。另一种情形是，预先研制的航空发动机，由于没有与之匹配的新型飞机而不得不半途而废。如我国前期预研的涡扇-6发动机，就是由于没有与之相匹配的飞机而被迫下马。这种状况严重地制约了国产发动机的发展。

为了彻底改变这种局面，在“太行”发动机立项后，设计者们就充分考虑到这些变动因素，尽管当时还没有与之匹配的飞机，但他们敢于用超前意识，坚定设计以第三代战机为匹配目标的大推力发动机。

航空工业是知识密集和技术密集的高科技产业。航空发动机更是典型的技术密集和高附加值的高科技产品。航空发动机的研制，通常是按预先研究、核心机研制、验证机研制、型号研制分阶段进行的，各个阶段的研制目标各有不同。这就决定了航空发动机研制必须要有一个很长的周期。如美国装配在F-22战斗机上的F119航空发动机，是目前世界上最先进的发动机。然而，这种发动机从工程研究开始就用了16年的时间，从型号验证机到工厂生产又用了16年时间，更何况这还是在美国的强大的工业基础和雄厚的高新技术支持下进行的。由此可见，研制航空发动机的漫长过程。

而我国航空工业基础相对薄弱，尤其是航空发动机领域更是缺乏相应的技术储备，在这样基础和条件下，去研制具有世界先进水平的大推力涡扇发动机谈何容易！我国既没有像美国那样强大的工业基础，也没有雄厚的技术支持，更没有时间去等靠。因为我国原本就与发达国家有差距，如果不能迎头赶上去，势必又要退回到落后挨打的老路上去。所以，我们没有退路，更不能按部就班，只有迎难而上，实施跨跃式发展才是惟一的出路。

“太行”发动机的设计，瞄准的是第三代大推力航空发动机，是同类航空发动机的尖端项目，这无疑是设计者们给自己出了一道超乎想象的难题。尽管起步维艰，但是张恩和率领“太行”研制团队，锐意进取，敢想敢干，在前期预研的基础上寻求突破。一方面瞄准国际航空发动机领域最新的设计思想及设计理念，另一方面汇集和整合各类新技术新材料，然后在融合的基础上大胆创新，最后终于设计出具有自主知识产权的新一代航空发动机。

然而，设计出发动机仅仅是迈出了第一步，随后的生产和试验将是一个漫长而复杂的过程。因而航空界认为，航空发动机不仅仅是设计出来的，而且还是试验出来的。这是因为一种新型发动机的实验量非常大，尤其是军用航空发动机，按照目前的技术条件，通常要积累到1万小时的转机试车、10万小时的零部件使用，才能达到设计定型和生产定型的要求。在研制过程中，通过各类试验，需要对发现的问题不断改进，其中包括大量的改进设计。应该说，试验过程既是一个不断发现和解决问题的过程，也是一个循环往复的过程，同时也是一个逐渐完善的过程。

为了保证“太行”发动机的先进性、可靠性和稳定性，在它身上采用了数十项新技术、新材料和新工艺，如首次采用了带进气可变弯度导向叶片和超塑成型扩散连接的进气机匣，这是国内该项设计技术的全新突破；两级低压涡轮首次采用了复合倾斜弯扭的三维气动设计；低压涡轮两级导向叶片均为空心、三联整体无余量精铸结构，与高压涡轮对转，其效率达到当今国际先进水平；而复合材料外涵道机匣是国外第四代发动机的技术，尤其是复合材料技术在国内航空发动机上是第一次应用；尾喷口为全程无级可调收敛扩散喷口设计等，这些新技术的应用，填补了我国航空发动机技术的多项空白。

但试验过程中也遇到许多技术难题。涡轮高压叶片是航空发动机的核心技术，长期以来，这项技术一直是制约我国发动机研制的技术难题。然而，广大科技人员不畏艰险、团结协作、集智攻关，经过连续奋战，终于攻下了涡轮高压叶片在高温、高负荷运转条件下仍能正常工作的这一技术难题。这一成果，不仅彻底打破了国际上对我国的技术封锁，而且也充分证明了中国人的智慧和能力，同时也表明“太行”发动机的试制加工使我国航空发动机行业制造水平上了一个大台阶。这一战果的取得，标志着中国航空业在新材料、新设计、新工艺和新加工技术等方面都有了新的突破。

提高发动机效能的一个重要方面，就是要尽量减轻发动机自身的重量。有关数据显示，发动机的重量每增加1公斤，为其配套的设备就需要5公斤。因而最大限度地降低发动机的重量便成为“太行”设计者们必须“斤斤计较”，甚至于是“克克计较”的大事。如在“太行”上首次采用的超塑成型扩散连接带可变弯度导向叶片的进气机匣，在减轻重量方面着实让设计者们费了一番气力。研制之初，一名外国航空领域专家曾断言，研制这类进气机匣的最低重量至少要49公斤。而张恩和却不迷信专家和权威，他坚信科学并带领“太行”研制团队向权威发起了挑战，经过反复设计、精确计算和严格试制，终于拿出了自己的成果：34.5公斤。这一成果可以最大限度地提高发动机的推重比，并令外国专家折服和赞叹。

航空发动机最关键的一个因素就在于它的“可靠性”，所以“太行”研制组从一开始就把其“可靠性”摆在第一位。由于“太行”发动机零部件试验范围之广、项目之全、时数之多，在我国发动机研制史上是史无前例的，因而在试车过程中，更加重视发动机的整机试车，以此来检测发动机各种性能的可靠性。从1997年开始，“太行”整机试车时数每年成倍增长，并创下了国内发动机型号研制史上的最高纪录。

由于当时“太行”发动机的研制进度满足不了新型战机研制的进度，因此该型机决定引进国外发动机。如果“太行”发动机一旦失去装机载体，那就意味着涡扇-6发动机下马的悲剧就会重演！为了避免“太行”发动机重蹈覆辙，张恩和大胆提出以某新型双发飞机为平台的领先试飞方案。在决定首装机种后，立即组织了与制造飞机单位的技术协调，很快就完成了配装某型飞机的发动机设计，并提前进行了配装飞机方案的发动机结构考验。事实证明，用一个成熟的双发飞机首先对“太行”发动机进行领先试飞，不但降低了试飞风险，而且提早暴露了问题，并使问题尽早解决，从而加快了整体研制进度。

突破瓶颈 摘取皇冠

航空发动机是航空工业的核心技术，也是衡量一个国家军事装备水平、科技工业实力和综合国力的重要标志。据日本业界的一项分析，在单位重量创造的价值比这一数值上，船舶为1，轿车为9，计算机为300，支线飞机是800，而航空发动机则高达1400，因而它被称为世界工业产品中的皇冠。

2001年6月6日，承载着中国几代航空人的期盼和重托，装配着“太行”的新型战鹰在起飞线上蓄势待发。此刻，有多少双眼睛在注视着它啊！总装备部首长、空军机关、中航一集团、沈飞及航空动力有关厂所的领导和参研的科技人员等，都汇集在试飞现场，期盼和见证一个重要的历史时刻。

在这之前，经过一系列严格考核选拔，最后确定由空军级首批试飞专家、空军特级飞行员毕红军担任“太行”发动机的首席试飞员。此刻，他非常自信和镇定，作为首席试飞员，他深知自己所肩负的重任，与往常一样，他跨进座舱后仍习惯性地向大家招一下手，接着面带笑容做一个表示胜利的“V”字，然后转身驾机直奔苍穹……

在空中，他驾机忽而平飞、盘旋，忽而俯冲、越升，忽而大速度冲击，忽而小速度跟进……那战机就像一批驯服的骏马任他驱使。他兴奋地向地面指挥员报告着新型发动机的空中工作情况：“XX报告，发动机在各种状态下工作良好，特别是空中加速性非常好、低速也相当稳定，大、小转速发动机温度都正常。”与此同时，地面遥测设备也检测出一组组数据，证实新型发动机各系统工作正常、稳定，完全达到设计要求。当飞机平稳落地后，一项新的纪录诞生了—我国第一台大推力涡轮风扇式发动机首飞成功。

然而，从首飞成功到设计定型还有很长的一段路要走，因为地面的试验与空中的状态毕竟有很大的差别，因而许多数据和参数都必须要在真实的飞行状态下获取。从研制过程来看，试飞是一个重要阶段，发动机的各项设计指标，必须要通过一系列试飞来测定和验证。也正因为如此，试验试飞也是暴露问题的阶段。在“太行”发动机在研制过程中，曾遇到过各种技术问题和故障200多项，如风扇第一级工作叶片断裂，采取改变“凸肩”设计，改进榫头设计和采取阻尼等多项措施予以解决。轴承故障，通过改善润滑解决故障。涡轮后支点滑油回油温度高的问题，主要在“空气系统”上采取措施使故障得以解决。尤其是在一次试飞过程中，出现了空中停车的重大险情，首席试飞员的毕红军，沉着冷静，处置果断，凭借过硬技术，单发一次着陆成功，不仅保住了新型战机和试验发动机，而且保住了宝贵的试飞数据，为后续的研制和改进提供了重要依据。

为了加快新型发动机的研制进度，毕红军对每项试飞计划和内容都要进行周密分析和计算，在科学分析的基础上，大胆改革创新，对一些单项的试飞内容进行系统整合与合并，最大限度地利用每一个有效起落，大幅度地提高了试飞效益。如在某一阶段的调整试飞，原计划需要飞行46个起落，但在毕红军和科研人员的共同努力下，仅用了28个起落就完成了全部试飞内容，不仅加快了整体研制进度，而且还为国家节约了大量资金。

2005年11月，“太行”发动机迎来了设计定型前的最后一道难关—长久初始寿命试车，从慢车、加力再到慢车状态，发动机试车状态良好，各项参数稳定；11月14日，冲破重重难关的“太行”发动机，完成了型号规定的全部试验和试飞考验，拿到了飞向蓝天的通行证；12月28日，“太行”发动机顺利通过国家设计定型审查，而这一过程经历了18个春秋！2006年3月，“太行”发动机正式定型，并开始批量装备新一代战机，使我军武器装备跃上了一个新台阶。如果说，“太行”发动机是我国航空工业产品中一顶璀璨的皇冠，那么，张恩和与“太行”发动机研发团队，以及像毕红军那样的一批试飞英雄，就是摘取这顶皇冠的人。

“太行”发动机的研制成功，是我国航空工业的一个里程碑，这一凝聚着几代航空人心血的成果，向世界表明我国的航空发动机，已经实现了从第二代向第三代、从涡喷向涡扇、从中等推力向大推力的历史性跨越。因此，我们可以自豪地向世界宣布，中国也有了自己的大推力航空动力！在这种强劲的动力推动下，预示着中国的航空工业必将走向强大，而中国的战鹰也必将飞得更高、更远……