我们离发动机强国还有多远

赖懿

近年来，随着航空运输业的蓬勃发展和国人对国产民机项目的日益关注，一个绕不开的话题开始被越来越多的人所提及，那就是我们的国产大飞机何时能够用上国产发动机？重组后的中国航空发动机产业将如何在起步晚、底子薄的背景下迎头赶上？

非常昂贵的“奢侈品”

航空发动机是一种十分复杂的热力机械，需要在高温、高压、高转速和交变负荷的极端恶劣条件下长时间可靠地工作，满足推力（功率）大、油耗低、重量轻、寿命长、噪声小、排污少、可靠性高、安全性好、研制和维护成本低等十分苛刻的要求。

一台现代发动机拥有上万个零部件，须用轻质、耐高温、高强度的特殊材料制造，加工精度已达微米级。高性能压气机叶片不仅厚度薄，而且具有弯、扭、掠等特殊构形，高速旋转时要长时间承受自身重量2万倍的离心力。薄薄的机匣要长时间承受50～60个大气压而不能变形和损坏，这相当于蓄水175米的2.5个长江三峡大坝所承受的水压。涡轮叶片的气流环境温度高达2000～2200K，远超过一般金属材料的熔点，并且要求在1万～2万转/分钟的条件下能够长时间可靠工作。主燃烧室中的气流速度高达20m/s（相当于8级大风），要求燃烧稳定，出口流场均匀，效率达99%以上。现代航空发动机的单位重量价值与白银相当，发动机涡轮叶片的单位重量价值与黄金相当，可以说是非常昂贵的“奢侈品”。

与中国商飞白手起家研发干线客机相似，我国商用航空发动机产业自主创新的研发体系也尚未真正建立起来，创新能力薄弱，技术储备不足，设计手段相对落后。尽管我国具有一定的军用航空发动机研制经验，但在商用大涵道比涡扇发动机型号研制方面基本上是一片空白，一些关键技术的预先研究才刚刚起步。

此外，从试验设施和设备的角度来看，目前我国自主研制航空发动机所必需的基础设施和保障条件严重不足，大型试验设施设备仍然十分缺乏，试验和测试技术相对落后，难以满足自主研制先进航空发动机的需求。

自主研发是出路

如今，中国已经毫无疑问地成为了飞机制造商的必争之地，每年有大量的新飞机进入中国市场。但令人遗憾的是，如今所有中国民航运营的飞机全部采用的是国外的发动机。根据空客和波音发布的市场预测报告，未来20年，中国市场至少需要5700台商用航空发动机，价值超过2580亿美元。尽管在可以预见的未来，全球航空发动机市场的总体格局很难有大的改变，但这并不意味着中国会在航空发动机研发领域止步不前。相反，作为一个大国，中国不仅要有自己的大飞机，也要有自己的商用航空发动机。

中国航空发动机产业起步于抗美援朝时期，经历了维护修理、测绘仿制、改进改型、自主研制等发展阶段。如果从开始整机研制的1956年算起，至今已有62年。尽管与国外相比，我国的航空发动机产业还存在着较大的差距，但是通过60多年的发展，初步形成了以发动机设计研究机构和主机生产企业为核心的航空发动机研制生产体系，共生产了几万台各型发动机，保障了我军作战训练的基本需要，为我军航空武器装备建设和国民经济发展作出了重要贡献。此外，以“太行”涡扇发动机和某涡轴发动机设计定型并装备使用为标志，我国已基本具备了自主研制第三代涡扇、涡轴发动机的能力。截至2017年，我国以航空发动机为主业的单位共有26家，其中设计研究机构4家，主机生产企业6家，年销售收入约为300亿元。

在看到成绩的同时，我们也不得不正视这样一个问题，那就是我国航空发动机产业在发展过程中，曾经长期在测绘仿制中徘徊，预先研究和型号研制都未走完一个完整的过程，科研技术基础薄弱，与世界先进水平相比，差距显而易见。

同时，由于航空发动机产业所处的战略地位，各国一直以来对于关键核心技术都是严格封锁的。公开资料显示，商用航空发动机在销售时，控制系统、硬件、整机是允许出口的，但是软件、原程序的相互关系是禁止出口的。此外，发动机生产所需的高性能树脂材料等也是禁止出口的。因此，我国要发展商用航空发动机产业，唯有自主研发这一条路可走。

要补的课还很多

2016年5月，中国航空发动机集团公司正式挂牌，探讨了多年的“飞发分离”终于实现。经过两年多的发展，中国航发已经取得了一些令人欣喜的成绩。

2008年1月，CJ-1000AX验证机的首台机在历时18个月后，在上海完成了整机试制和装配，这标志着我国首个商用大涵道比涡扇发动机整机研制平台成功建立。随后，3月30日，CJ-1000AX在上海临港总装试车台完成了全部调试工作，4月3日通过试验评审，5月18日点火成功，核心机最高转速达到6600rpm。

除此之外，中国航发还在进行另外两款新型发动机的研发，分别是AES100涡轴发动机和AEP500涡桨发动机。其中，AES100发动机的研制按照适航要求，以5～6吨级民用直升机动力需求为牵引，采用高效率、长寿命、高可靠性、大功率储备及良好可发展性的技术路线，开展具备国际竞争力的先进民用涡轴发动机研制，首台发动机的试制和试验工作将在2018年完成，2024年左右完成适航取证。另一款AEP500发动机则对标国外先进涡桨发动机的技术指标，开展零部件、系统和整机的关键技术研究及集成验证。该项目将大幅提升我国在大功率涡桨发动机方面的研发能力，满足未来国内市场商用先进涡桨支线客机、中型货运飞机等平台对动力装置的需求。按计划，AEP500发动机将在2020年完成首台验证机试制和试验，2028年完成适航取证。

除了加快型号研制的步伐之外，中国航发还在大数据应用、智能制造等领域积极探索，努力缩小与国际先进水平的差距。

目前，中国航发下属的黎阳航空发动机公司正在尝试依托大数据平台进行航空发动机产品的研制。公司基于数字孪生技术构建的作动筒数字化“双胞胎”生产线，将现实生产中的活动与制造执行规划在虚拟环境中进行模拟，规避现实生产中可能存在的风险，指导实体生产线的全过程生产。

此外，黎阳航空发动机公司还在探索推动发动机脉动装配线建设，通过对发动机装配过程进行流程再设计、再优化，重新配置人员和工序的组合方式，应用大数据平台实现资源融通、流程优化，畅通信息交汇和反馈渠道，使发动机脉动装配线整体布局合理，生产节奏设置高效，解决传统装配带来的工作现场拥挤、人员分工不明晰、无效工作区域大等问题。

在中国航空发动机产业不断摸索前行的过程中，已经取得的成绩尽管值得肯定，但是我们也要清醒地认识到，中国航空发动机产业要补的课还有很多。

从1903年莱特兄弟成功研制出有动力的飞机，到115年后的今天，西方发达国家已经研发了一代又一代的飛机和发动机，在这一代代产品的背后是无数个“看不见”的应用基础问题的研究和解决。

反观中国，几十年来我国大型商用发动机全部依赖进口，关键技术研究才刚刚开始。所以，作为我国第一款自主研发的高水平商用航空发动机，CJ1000A的发展之路一定是艰难曲折的，肯定会遇到许多意想不到的困难。无论是从软件还是硬件的角度来看，国产发动机的研制还有很多基础技术功课需要一点点地补上，而这些也是中国民用航空工业发展过程中必须补修的“学分”。