生活服务资讯 | 法律援助沟通 | 小微企业推介 | 分类实用信息 | 日用商品指南
首页 > 科技
广告服务
中国大飞机,造出自己的“心脏”到底有多难
2017-09-30 07:58:13    来源:科技日报    查看评论   订阅中工手机报   下载中工云信

  知识分子

  邸利会

  5月5日,国产C919客机在上海浦东机场成功首飞,国人振奋。

  从支线飞机翔凤(ARJ21)到首飞的单通道C919,再到中俄联合设计的宽体飞机,中国自己的大飞机正沿着既定的发展路线步步推进。然而,与国外相比,国产大飞机依然落后。如何缩短差距,甚至能否“弯道超车”成为疑问,尤其是作为“心脏”的发动机,在技术积累上,中国更加薄弱。

  我国第一台大飞机发动机何时诞生?在商业上能否具备全球竞争力?不久前,在求是西湖学会工程分会举办的一场讨论中,基础研究领域和企业界的顶尖专家坐在一起,试图向公众解答这些疑问。

  存在一代甚至更大的中外差距

  “现在(飞机)载着几百人飞来飞去,要说什么是人间奇迹,这就是了。我自己研究空气动力学,想到这个还是很激动的。”谈起C919,清华大学教授符松说,能上天已经值得骄傲,对中国的大飞机研制,还是要先解决“有和无”的问题。而要在市场上取得成功,很大程度上需要有自主知识产权。相对空客、波音的竞争机型,符松说,首飞的C919已经有一些创新,比如减少了5%的空气阻力。

  从整个流程来说,首飞只是第一步,之后,C919还需进行一系列试飞。在可靠性和安全性得到不断改进和验证后,才可最终交付使用——按照预想,应在三年之后。最终交付的C919会达到一个怎样的水平?今年6月加入商飞北京研究中心的杨志刚说,如果和现在最好的空客320和波音737相比,能在一个数量级的话,“就是非常非常好,这也是一个务实的评价。”

  不过,大飞机的“心脏”——发动机的制造乃至量产还很难短期实现。在首飞中,C919搭载的发动机LEAP—X,由CFM国际公司研制。

  中国工程院院士甘晓华介绍说,在航空领域,飞机的设计制造一般需要15—20年,发动机要20—25年;全世界能做飞机的企业有20—30家,能做发动机的却只有3—5家。从事军用航空发动机设计的他坦言,国内军用航空发动机跟国外最先进水平相比落后一代(20—25年)甚至更多。然而,“民用发动机,因为没有基础,也不好比较,恐怕也差了一代甚至更多。”

  针对发动机研发的落后现状,2009年1月,中国航发商发(中国航发商用航空发动机有限责任公司)成立,目标很明确:制造可商业化的发动机。2016年,中国宣布在“十三五”期间,将启动实施航空发动机和燃气轮机重大专项,用某位分析师的话说,估计“直接投入在1000亿元量级,加上带动的地方、企业和社会其他投入,专项投入总金额约达3000亿元”。中国自主制造商用航空发动机已是国家战略。

  另一方面,航空发动机市场潜力巨大。中国航发商发预测,未来20年全球将需要新交付客机3.8万架,发动机需求量达7.4万台,市值1万亿美元。由于亚太地区经济发展迅速,航空运输需求旺盛,亚太地区预计将占到这1万亿的三分之一。然而,中国薄弱的发动机研发基础却可能无法很快地抢占这一市场。

  “长江1000和长江2000发动机,和现在运营的最先进的发动机基本上相当,如果按计划2025年能够顺利设计出来,那从时间上讲,起码也要晚10年。”中国航发商发总经理、民用航空发动机专家冯锦璋说。

  长期从事军用发动机研制的甘晓华对于当前民用发动机落后的历史原因有清楚的认识:“以前为了国防急需,又没有钱,都是测绘仿制,然后赶紧装备部队。”他认为,现在做基础创新,“就需要打牢基础,获得关键技术,然后到型号研制,一步一个脚印”。

  “说一千道一万,航空发动机的问题是基础不牢,核心在这个地方。”他继续说,“以前搞测绘仿制,我们是知其然,不知其所以然,现在要知其然,更要知其所以然。”

  发动机是试出来的吗?

  做湍流基础研究的陈十一教授认为,中国的大飞机制造是有可能弯道超车的。他分析说,波音737或空客320均是二三十年前的设计制造,而当下新兴的技术,如3D打印、AI等将带来新的可能,在跟跑同时,中国可以预先创造新的设计,进而实现领跑。

  这一看似“激进”的看法获得了冯锦璋的积极回应。他认为3D打印技术首先可以缩短发动机的设计制造时间,但正是这一点上,中外差距巨大。

  “目前我们国家的发动机从设计到完成起码10年,国外也就是30—36个月,三年左右。”他说。之所以会花费如此长的时间,原因则在于做了太多的物理试验:“我们一台发动机的制造,不算设计,就是造出来,也要一年多的时间;从研究的角度,要搞几轮迭代,每一次设计达不到目标就要再重新开始。”

  缩短迭代的周期和次数,革新发动机设计的理念和方法迫在眉睫。

  “我们国家以前有一句非常有名的话,叫作发动机是试出来的,这句话其实挺对的,发动机需要很多的试验验证,但这句话背后也蕴含着另外一层含义,就是我们的计算设计水平不是很好。”他继续说,“在国外差不多十年十五年前就流行另外一句话,It’s better not to develop aero engines through a ‘build & bust’ process(开发航空发动机,最好不要走“建造再摧毁”的流程)。”

  不同于以往“试验是设计迭代的一部分”的研发理念,通过MASC(Modelling, Analysis, Simulation, Computing)方法,西方先进企业对航空发动机的设计更多的是一系列的数值计算和分析,并以此为基础,进行的精细化优化。“试验很大程度上是对设计的确认,而不是直接参与设计的迭代,这是一个巨大的差异。”冯锦璋说。

  支撑制造最重要的是标准和规范。为了长江1000和长江2000的研发,冯锦璋走访了不少工厂,考察制造业的现状。他发现,国内的不少标准规范,有些是抄过来的、有些是实际工作的积累;而与之形成鲜明对比的是国外先进的标准规范,精细化要求的背后都有强大的分析和计算作为依据。

  “我们航空发动机的铸造,基本上没有核心技术。我们做的几个里没有一个是合格的,最后只能是不合格的里面挑一个。”冯锦璋说。而锻造作为经常用的成型手段,很大程度也还是靠经验。

  从基本的焊接技术,到燃烧室,到风扇、叶片、机械系统、涡轮,冯锦璋详细地展示了长江1000和长江2000研发中的典型问题。核心想法只有一个,以计算分析为主的设计工作必须是自主研发发动机的主要方向。

  冯锦璋介绍,随着飞行器构造越来越复杂,如果按照传统模式,试验小时数会越来越高,到2030年,将达到100万小时;而如果采用分析计算方法,可以减少2个数量级,到10万小时。

  充分运用计算能力,不仅能缩短时间,在AI时代,还能借助计算机的“想象力”(Intuitive AI)革新设计。“我们现在大部分工程设计的优化都是连续的,我们有时候想象不出来这个形状是怎样的;什么是拓扑优化?我们可以设定要满足的条件,用人工智能,让计算机不受任何约束的去想。”冯锦璋说,这将在近期和中期对飞机的设计产生革命性的影响。

1 2 共2页

[责任编辑:李昕]
New Document
版权声明:转载须经版权人书面授权并注明来源

我要留言

京ICP证100580号 | 互联网新闻信息服务许可证 (10120170038) | 京公网安备 11010102002957号 | 中国互联网视听节目服务自律公约
广播电视节目制作经营许可证(广媒)字第185号 | 信息网络传播视听节目许可证(0111630)
关于我们 | 广告服务 | 联系我们 | 本站地图 | 投稿邮箱 |版权声明 |违法和不良信息举报电话:010-84151598 |网络敲诈和有偿删帖举报电话:010-84151598
Copyright 2008-2017 by www.workercn.cn. all rights reserved

扫码关注



工人日报
客户端
苹果版
安卓版