世界十佳汽车发动机概念中有哪些重要因素?,

中国在发动机技术上常年落后,为何导弹发动机方面没有遇到问题?

知乎,上遇到这样一个问题,我先谈下,为什么在导弹发动机上没有遇到大问题,一个是我们有优秀人才,还有就是举国上下的重视,当时二战结束的时候,美国派去德国接收导弹技术的为了迅速抢走德国科学家,美国发起了“回形针行动”,在美国军方的授意下,一个由36名专家组成的调查团前往德国。钱学森也是36名专家中的一员,而且他还是火箭组的组长。

美军方对钱学森非常重视,还特意授予他陆军航空队上校军衔。在美军严密保护下,调查团到达德国,开始搜寻最高的科技机密。

刚到德国,钱学森就盯上了冯布劳恩,想方设法弄到关于他的一切信息。1945年5月2日,一名德国火箭工程师马格努斯被美军第44步兵师俘虏。当时,钱学森正好在军中,随即,马格努斯用蹩脚的英语跟钱学森说,我大哥叫沃纳·冯·布劳恩,V2导弹就是他发明的,我们都想向您投降。

同为导弹大师,冯布劳恩也听过钱学森的大名,他直言,我们创造了一种新的战争模式,我现在不知道该怎样把我们的才智献给哪个战胜国?

钱学森知道冯布劳恩巨大的科学价值,冯布劳恩也非常信任钱学森,他投降时还打着绷带。加米斯地区是苏联防控区,就在美军向苏军移交的前两天,钱学森带着冯布劳恩转移到了慕尼黑,随后又用军机将冯布劳恩转移到美军占领区,防止被苏军夺走。

作为专家组成员,钱学森还参与了对冯布劳恩的审讯。钱学森还和导师冯卡门一起审问了普朗特,普朗特是德国力学奠基人,又是冯卡门导师。开创了,师傅与学生联手审讯师祖的局面。所以在导弹技术方面,钱学森掌握了第一手技术资料,钱学森是美国研究航空科学最高专家冯·卡门的优秀学生,是美国最早研究火箭组织——加州理工学院火箭研究小组的5成员之一。

后来美国成功得到了冯·布劳恩这个“国宝”,并将他秘密送美国。冯·布劳恩在美期间成功帮助美国开创了航空航天的辉煌。所以说冯·布劳恩是德国“最大国宝”一点也不言过其实。钱学森对于我们国防的贡献,参与和领导了中国的火箭、导弹、卫星等的研制,为中国的国防和航天事业做出了不可磨灭的贡献。有“中国航天之父”“中国导弹之父”等称号。

这就好比,你所拥有的是编教材的人,你还操心题目?随便出

另外,导弹对发动机的要求是10几分钟,而飞机发动机要多长,按当时的工业基础,导弹性价比最高。

另外,中国从建国到本世纪初,在各种武器装备的发展上都要落后于西方国家,特别是进入到60年代以后,随着中苏关系彻底走向决裂,苏联不再向中国输出先进的武器装备和技术,撤走了所有的援华专家,导致中国在海军、空军和陆军的发展上全面落后于西方国家,且差距越来越大。珍宝岛事件,中印边界反击,外患不断,我们急需一款“定海神针”,如进入到80年代时,中西方关系改善,中国有机会接触到西方国家的先进武器装备,从西方国家引进先进武器装备的想法也成为了可能。同时也让中国清晰看到了自身与西方国家存在着的巨大的差距。在当时中国与世界先进水平差距最小的就是在弹道导弹的发展上了。进入到90年代以后,中国在弹道导弹的发展上进一步加速,东风11短程弹道导弹、东风-15短程弹道导弹、东风-16中程弹道导弹、东风-17高超音速弹道导弹、东风-21中程弹道导弹、东风-26中程弹道导弹相继服役,射程从几百公里覆盖到了1000多公里、2000多公里、5000多公里。从中国内陆腹地发射就能覆盖第二岛链内的所有目标,加上洲际弹道导弹、巡航导弹和火箭弹等等,中国的导弹可以从几公里、几十公里覆盖到上万公里,在当今世界上所有国家和地区当中,还没有任何一个国家有如此完善的战略打击体系。也是被逼无奈的选择,你北靠北极熊,鹰酱又对你虎视眈眈,没有“杀手锏”你在江湖怎么混,导弹是举全国之力,大力投入搞出来的。

而发动机技术,主要是航空发动机,航空发动机代表着一国科创的最高水平,也是透视科创模式成功与否的水晶球,而鉴于航发技术的种种特性,实质决定了科创核心需求的模式而不是反过来。

不要说这些高端的,就拿我们普通的汽车发动机来说,我们就有很多技术攻克不了,就拿材料来说,国产车企在材料技术方面还有很大的差距,无法生产出与日本发动机相匹敌的材料。即使购买了日本发动机零件,也无法复制其材料成分和工艺流程,更无法保证其质量和一致性。日本发动机不仅在材料上有着先进的技术,而且在设计上也有着精湛的工艺。日本发动机采用了多级压缩、分级燃烧、可变几何涡轮等复杂的结构,这些结构可以提高发动机的效率、响应和控制性,同时降低排放和噪音。


国产车企在设计方面缺乏创新和经验,很难理解和模拟日本发动机的设计思路和原理。即使把日本发动机零件“拆碎”,也无法还原其整体结构和功能。

如果说航空工业是现代工业的皇冠,那么作为心脏的航空发动机就是皇冠上的明珠。

这个世界上能自行制造核武器的国家有9个,能自行制造洲际弹道导弹的国家有5个(美俄中英法),但能自行制造大推力军用涡扇发动机的国家只有3个(美俄中),能自行制造大涵道大推力高性能民用涡扇发动机的国家只剩2个(美英)。

世界上掌握一流水平涡扇发动机制造技术的仅有英国R&R(罗尔斯·罗伊斯)、美国P&W(普惠)和GE(通用)3家,俄法都属二流,行业的垄断程度可见一斑。

毕竟一代发动机决定一代飞机,就是美国都未放松过对中国航发技术的封锁,而我国之所以在航空领域薄弱就被卡在了发动机上,甚至有专家直言“若没有国外动力系统,我国的航空兵主力就无法升空作战”。

航空发动机作为地球上技术水平最高、核心技术门槛最严格、涉及理论最高深、整体结构最复杂的工业产品,代表着一国科创的最高水平,无疑也将是透视科创模式成功与否的水晶球。

因为航空发动机是经典力学在工程应用上逼近极限的一门技术,本身具有超常难度。且不说,先进发动机的工作温度在1700摄氏度以上,大大超过涡轮叶片镍基合金的熔点,单从承受压力看,发动机压气机增压后的压力高达50多个大气压,相当于3倍的蓄满水后的三峡大坝底部压力,更别提,转子每分钟旋转几万转,叶尖承受的离心力相当于40吨重卡车的拉力。

虽然中国已在单晶涡轮叶片和粉末涡轮盘获得重大突破(已开始规模化生产、应用于太行发动机),但航发技术浓缩了太多尖端,仅以涡轮叶片为例,其材料就要求不仅能在1200℃以上的高温下持续工作,还能承受巨大的离心力、气动力、腐蚀、疲劳应力等常人想不到的载荷。

而几平方厘米的叶片上分布的许多散热小孔位置设置极为讲究,是根据气路走向而定,即便当年我国试图拆解CFM-56(用于波音737、空客A320上的发动机)也很难“山寨”,就连维修都得靠原厂家,可见技术高超。

更为重要的是,由于航空装备的特殊性,研制需要的大量数据只能靠自己试验,即便设计制造出来,还需大量试验验证,暴露问题进而改进。

其中,整机试验就要做几千小时甚至上万小时;而一些性能指标比如疲劳寿命,试验累积不到一定时数,就无法知道达不达标。有些试验甚至是破坏性试验,如涡轮盘破裂试验,做完就报废,岂非近乎“烧钱”!

据统计,过去50年美国投入航空发动机预研经费就超过1000亿美元。而装备美国第四代飞机F-22的F119发动机,从最初的部件研究到具备完全作战能力历经32年,其中仅验证机研制和原型机研制共投入31亿美元。

航空发动机产业显然是典型的资金和技术密集型产业,离不开大量投入,更依托于一国的总体科技、经济实力。

就中国目前的航发技术看,实力有限。比如,从近期官方披露的“xx15发动机”的消息来看,涡扇15发动机目前已经生产了最少3个批次。

自2010年之后,涡扇15发动机的发展才开始迈入高速发展阶段。但太行发动机现今潜力已经挖掘殆尽,除了在“航改燃”(例如055导弹驱逐舰使用的QC280燃气轮机就是YWH-25-17的核心机)上仍有余力外,在航空领域估计不会再有新的建树。

相比西方先进发动机已开始采用整体叶盘,俄罗斯、中国至今尚未或是刚展开单晶空心涡轮叶片的工业化制造,我国业内承认与“先进”之间尚有30年的差距。

中国航空发动机的落后,除了国外最严密的技术封锁以及我国科技基础落后、决策失误之外,最主要的因素还在于“反向设计”的科创模式。

因为中国军事工业以苏联技术援助起家,擅长逆向仿制,即拆解-仿制-组装,但涡扇发动机这个“工业王冠”就连“知其然”都难,又如何仿制创新?

因此,除太行发动机装备少量歼-11B战斗机外,中国所有的新研军机都是买装或仿制国外的发动机,如“飞豹”战斗轰炸机使用的是仿制英国“斯贝”发动机的涡扇9-“秦岭”。

而且,从科研体制看,相比欧美等航空强国极其注重基础研究和预研(预研工程-核心机计划-发动机系列化),中国恰恰“倒行逆施”,长期将发动机视为飞机项目的附属,等飞机立项开始研制,才考虑发动机的研制,并有了具体型号,才去搞基础研究、应用探索,这不但不符合航空动力型号研制的客观规律,而且一旦该型号飞机下马,那么跟随的发动机也将下马。

一是,航发技术的代际升级,少则几年,多则几十年,时间极长且不容中断,这就决定必须要超越国策及人事的周期性波动。

不然,正如涡扇-6的命运,经历了“三下四上五转移”,耗时20年,可最终还是在国家政策从“临战”转向经济建设,军事科研战线收缩调整下因歼-9、强-6先后下马而强行停止研制。

二是在于国家与企业的界面,因为航发技术涉及国家机密,又高度垄断于美英之手,排他性不说,即便自主研发,也需国家倾一国之财力、精英共同攻克难题。

罗尔斯·罗伊斯公司就曾因“台风”战斗机的巨大成功(以致欧洲战斗机市场在未来20年内都没有大规模更新换代的需求)陷入困顿,军用高科技领域一旦出现产品或技术断代之后几乎无可弥补。

三是事关社会各行业间的相关合作。

毕竟,航空发动机工业的技术体系相当庞大,有4个层次、5个系统、27个子系统、188个技术单元,涉及主要装备制造技术领域,这都需要各方鼎力合作。

单是当初“秦岭”(原型为“斯贝”MK202)国产化参与其中的单位就达上百家,还通过全国性有组织、有计划、有步骤的推广才让“斯贝”给我国整体的机械工业领域带来醍醐灌顶似的提高。

四是对材料工业的依赖与突破。

研究表明,在新一代航空发动机性能的提高中,制造技术与材料的贡献率为50%-70%;而在减重贡献率中,制造技术和材料的贡献率占70%-80% , 可见先进的材料和工艺的重要性,更依赖于技术的突破。

单是能完整加工钛合金的国家就只有美俄日中,更别提生产工艺的艰难与材料耗损之大了。

此外,航发技术的研发需要前瞻性、超越性、关联性、跨界性。比如美英等的发动机研发就比飞机研发提前很多。

美国F-22战机所用的F-119发动机属于第四代发动机,但美国的核心机技术已发展到第六代。而正是在研制之初未充分估计航空发动机工作状态转换问题,美国三代动力系统的第一个作品F100-PW-100在装备部队以后大量出问题,以致F-15战斗机经常性的“趴窝”。

因此,航空发动机研发不能只盯着自己的一亩三分地,还需考虑天气异常等一切可能发生的特殊情况,所涉之处皆有所求,可谓千丝万缕之中仍需纵横捭阖。

印度70年代引进阿杜尔发动机试图“山寨”,可惜卡佛里发动机国产化接近26年,心血还是“付诸东流”。航发技术的突破艰难在全球都是有目共睹的,即便是英国罗尔斯·罗伊斯公司当初研制首台大涵道比、三转子涡轮风扇发动机时也因研发费用严重超支与无法按时交货而破产,还是靠英国政府为其失败买单(收归国有助其研发成功)才有了今天的成功。

更别提,中国饱受航发悲痛的“血泪史”,且不说涡扇-5、涡扇-6的“半途而废”与“斯贝”的生不逢时,单是“运-10”被扼杀she’hu在摇篮中,就让涡扇-8同样惨遭下马厄运,并伴随3000余人科研团队的逐渐流失,将中国与美欧的技术能力差距越拉越大。

即便是80年代末中外合作生产大飞机的“三步走”计划也终究成了“黄粱美梦”,“运十”下马的错误决策,不但浪费了国家先期投入的5亿元,还丧失了国内上万亿的大型飞机市场。

正因“重视引进”,对航发技术掉以轻心,结果单90年代初Su-27/30系列的引进就花了60~70亿美元,大大超过建国前50年对航空工业的总投入,可谓“赔了夫人又折兵”。

因此,即便我国“两弹一星”异常成功,是极大安全压力下“孤掷一注”的结果,但一国航发技术仅靠“重点保障”、“特殊照顾”是不能持久的,也是建立不起完备先进的科研工业体系的。

美国就深知这一点,在苏联卫星上天后,为防止竞争敌手出现技术上的意外领先,就专门成立了国防高级研究计划局(DARPA是美国军事科研的最高机构),专门负责高新技术的研究、开发和应用(电脑、软件、通信、Internet和网络技术等都发端于DARPA),其完全不受官僚机构的任何干扰,最大限度地容忍风险与失败、保障创新思维的产生与实现,而美国国防部就提供自由的环境与庞大的资金罢了。

也正因其独立自主的科创模式,不仅为美军成功研发大量先进武器技术,还为美国积累雄厚的科技储备,引领了世界军民两用高新技术研发的潮流。

美国独占科技鳌头都尚且如此,中国又岂能不纠偏“反向设计”的科创模式,积极设立这一独特的科研机制?

在“中国制造2025”计划提出十大重点工程,排名第三即为航空航天装备,要求突破高推重比、先进涡桨(轴)发动机及大涵道比涡扇发动机技术,建立发动机自主发展工业体系。

2023-10-15

2023-10-15