中国大飞机何时用上“中国心”?刘大响:国产发动机取得重大突破

新京报快讯(记者 吴婷婷)中国国产大飞机C919正处于适航取证阶段,中国的民航发动机研制也在加紧进行。今年的服贸会上,中国工程院院士刘大响表示,中国的民用发动机长江1000已取得重大研制进展,中国的发动机研制正在一步一个脚印地稳步推进。
制造国产大飞机不能只研发飞机壳子
新京报:研发民航发动机的难点在哪儿?
刘大响:研发现代先进民航发动机的难度确实很大,我将其归纳为“三高四低一长”。“三高”是指:民航发动机的性能一定要好,推力要大。同时,必须具有高安全性、高可靠性,在空中飞行不能出任何故障,否则将造成灾难性事故。
“四低”指的是耗油率低、噪音低、排放低、制造和维修成本低。
“一长”是指民航发动机寿命要很长,不能只飞几百个小时就要换发动机,那样成本就太高了。目前,从世界范围来看,民航飞机发动机寿命最长的是美国的GE90,可以实现安全运行5万个小时,之后再进行大修。要研发出这种高性能的发动机难度非常大。
我已经84岁了,从事发动机研究有60年。我从第二代发动机研究开始,现在已经进入到第五代,每一个过程我都参与,感觉到发动机研制难度确实很大。我将发动机研究归纳了一个规律:设计是主导、材料是基础、制造是保障、试验是关键、人才最重要。
从设计方案来看,如果发动机方案设计错了,后面的加工、试验都是错的,无法达到设计的目标要求。同时,没有好的材料也是不行的,这是基础。所谓“巧妇难为无米之炊”是同一个道理,我们必须把基础打好。
新京报:为何要研制中国自己的发动机?
刘大响研发中国自己的民航发动机具有极其重大的意义。到21世纪,飞机已经发展成为非常重要的中远程交通工具。现在的飞机可以在24小时之内飞到地球的任何一个点。再过十多年,到2030年或者2035年,第二代超音速民用飞机一旦实现商业运营,从北京到纽约大约3至4小时就能抵达,真正实现“天涯若比邻”的梦想。现在,我国也在开展这方面的研究工作,但起步比西方国家晚了很多年。要实现超声速民用客机这一目标,需要依靠发动机的技术进步和提高。
国产大飞机C919现在使用的是国外发动机,但我们必须要有国内自己研发的替代产品,必须要有自己的发动机。世界上现在只有美国、英国、法国、俄罗斯能够制造出大型先进民用航空发动机。中国正在开展研发工作,但还需要较长的时间。其实中国真正开展民航发动机研究工作,从某种意义上来说是从大飞机立项开始的,我们同时把民航发动机列入了大飞机的重大专项之中。
我一直坚持的观点是,制造国产大飞机不能只搞一个飞机壳子,必须要把飞机的“心脏”搞出来。这就好比一个人一样,他的躯体很健康,但“心脏”是人家的,关键时刻人家就可以把你拿住,“心脏”停止跳动了,再好的飞机也飞不起来。所以我们必须要有自己的发动机。这个想法和建议得到中央领导的全力支持,在大飞机专项中列入了发动机的研究项目。后来,国家又专门成立了独立的发动机研究公司——中国航发商用航空发动机有限责任公司。
长江1000发动机研发取得了重要进展
新京报:2017年5月5日,国产大飞机C919实现了首飞。能否介绍一下C919的发动机研究情况?
刘大响:C919完成首飞后已经开展了三年多的适航取证试飞,如果不出意外,预计明年就可以交付使用了。但是首架交付的C919使用的是国外发动机,因为我们的民航发动机还没有研制出来。
需要关注的是,中国的长江1000发动机正处于研制阶段,其性能指标相当于国际上第5代发动机的水平。现在长江1000发动机也取得了一些重要的研制进展。
不过,还要特别说明的一点是,长江1000发动机的研发难度是很大的。这是因为我们从中华人民共和国成立后,一直就没有研究过大型民用发动机,长江1000要从第一代发动机直接跨到第五代,可以说跨越的步子非常大,要突破的关键技术很多,需要做大量的试验研究工作。
新京报:那么CR929飞机有可能用上国产发动机吗?
刘大响:CR929飞机是中国与俄罗斯联合研制的双通越洋飞机,现在还处于研发阶段,发动机的研究工作也在进行之中。
发动机和飞机能不能同时研究出来呢?这是一个难题。从国际的经验来看,发动机的研究周期一般来说要比飞机多10年左右,也就是说,如果飞机研发需要10年,那么发动机的研发必须要20年以上,有时甚至可能要30年。所以我们常说发动机研发不是一代人能够完成的,它需要一代人接一代人,不断地坚持研发下去。这有点像长跑中的接力赛,要一棒一棒地传下去,要久久为功,直到最后的成功,否则就可能半途而废。
发动机需要完成大量试验环节
新京报:民航发动机的适航取证有什么流程?
刘大响:民航适航取证从原材料就开始了,要开展一系列试验,比如零件试验、部件试验、整机试验、高空台试验、飞行台试验等,最后还要在原型机上做大量的飞行取证试飞。如果中间出现一些故障,就必须修改设计,还需要做大量的补充试验,研制周期就更长了。据统计,一台新研制的先进发动机,大概要做20万小时零部件测试,10万小时整机试验等。
这些试验完成后,还需要做强度试验和寿命考核试验,工作量之巨大,难度之艰辛,有时超出人们的想象。
这些试验完成后,发动机还需要做特殊的环境试验,比如鸟击试验。人类和动物和谐相处,现在的鸟越来越多,鸟击对航班的安全性带来了巨大影响。目前,世界民航每年发生的鸟击事件有2万多起。当然,不一定每一次鸟击都会出事,究其原因是我们在试验阶段,发动机就要完成大量的鸟击试验。
在鸟击试验中,我们要观测鸟类侵入正在旋转的发动机,发动机叶片不能断裂。这种试验需要做若干次,每一次如果都通过了,那说明发动机叶片符合设计要求。如果叶片断裂了,那么之前所有的试验可能都需要重新开始。可见这种试验也不是一年就能完成的。
除此之外,发动机还要开展机匣包容性试验、冰雹试验等,这同样需要花费大量时间。举例来说,冰雹试验要求每一分钟往发动机里打进去一吨冰雹,要求发动机还能正常工作。
所以,我们为什么说航空是很安全的?这是因为飞机在适航取证成功之前就已经完成了大量试验工作,以冰雹试验来说,模拟的是百年不遇的恶劣天气,如果通过了这种试验,就说明飞机完全可以抵挡住这种特殊的恶劣天气。
新京报记者 吴婷婷
编辑 樊一婧 校对 陈荻雁