打造强劲“中国心”

工业皇冠上的明珠

记者（以下简称“记”）：航空发动机是保证国家安全、彰显强国地位的航空武器装备的“心脏”，请您简介一下它的地位和重要性。

李院士（以下简称“李”）：航空发动机是飞行器的心脏，飞行器划时代的突破，都直接与航空发动机的技术进步有关系。1903年，美国莱特兄弟设计制造的飞机为什么被称之为第一架飞机？因为它实现了机体重于空气持续留空、可控制、有动力的飞机三大要素，有了动力推动飞机飞行才称之为飞机。而喷气式发动机出现后使飞机突破了音障，使人类跨入超音速飞行时代，所以航空发动机对飞机的发展起着至关重要的作用。可以说，航空发动机是飞机性能、经济性等的主要决定因素。

比较而言，发动机比飞机的研发要难，时间也长，有些航空发动机从设计到定型长达二三十年时间。一架飞机上，发动机的重量（包括燃油的重量）占到飞机全重的百分之五六十甚至更多。在整个飞机全寿命周期的费用中，发动机消耗的费用占比也是多数。先进发动机的研制，是一个国家综合国力和经济实力的体现。目前世界上只有联合国的5个常任理事国，即美国、英国、法国、俄罗斯、中国在研制大中型航空发动机，排名第一的还是美国，法国坚持独立自主研制军用航空发动机，有可能性能差点、时间晚点，但坚持用自己的。世界上其它一些国家以研发小型发动机为主，如无人机、支线飞机上用的发动机。

记：国际上如何评价航空发动机？

李：国际上对航空发动机有很多评述，如美国曾经在国情咨文中描述到：航空发动机是一个技术精深的、新手难以进入的领域，它需要国家充分开发、保护并充分利用该领域的成果，需要长期的经验和大量的数据积累，以及国家大量的投入。指导美军21世纪联合作战的纲领性文件《2020年联合设想》中，列出构成美国未来战略基础的九大优势技术，其中第一位是雷达，因为在作战中首先要看到。航空发动机排在第二位，位于核技术之前。在战场上，美国的航空发动机也展示出了强劲的优势和实力。自科索沃战争、海湾战争以来，空中精确打击成为主要作战样式，航空发动机是战斗力的核心之一，战斗机和无人机有一个好的“心脏”才会有好的性能或效能，也才会有强大的空中精确打击力量。

记：请简略介绍一下国际上航空发动机的发展趋势？ F414是通用电气公司为满足美国海军F/A-18E/F的要求而设计的加力式涡轮风扇发动机，它以该公司的F404和F412型为基础，因此曾被称为F404的Ⅱ型推力增长型。图为F414-GE-400 1结构示意

李：总的来看，国际上航空发动机的发展不仅没有停止，而且呈现加速发展的态势。民用和军用的要求不太一样。民用航空发动机主要朝更省油、更小排放、更低噪声、更安全等方面发展。当然，由于远距离飞行（如越洋）的需要，发展超音速甚至高超音速飞行的民用航空发动机也受到一些国家的重视。军用的，则主要朝适应性更好（多用途）、飞行范围更高和更快，以及经济可承受方向发展，军用航空发动机的推重比（推力和重量之比）、涡轮前燃气温度等不断提高，大量采用新结构、新材料、新工艺，变循环发动机、自适应发动机、涡轮基冲压组合发动机等新型发动机都在发展之中。

顺便说一句，我接受你的采访，是想通过你们杂志科普的渠道，使更多青年人了解航空发动机，热爱并参与航空发动机事业。

我们的差距与方向 中国航发集团在今年珠海航展上展出的涡轴-16（代号WZ16）新一代涡轴发动机，为中国航发东安与法国赛峰直升机发动机公司合作开发，在研制中以全寿命成本最低为原则，具备低油耗、高可靠性等特点，将首先装备AC352直升机

记：中国航空发动机集团公司8月在北京宣告成立，这标志着我国航空发动机进入自主研发阶段，用装备实力开启“中国创造”时代。我国航空发动机目前处于什么水平？

李：整体看航空发动机技术，我国与世界上相比落后了二三十年时间。20世纪五六十年代，我国主要是修理、组装、测绘仿制航空发动机，或者引进生产线生产航空发动机，没有做更多的自主研发。“”后到80年代，国民经济刚刚复苏，对军用飞机发动机的研发投入很少，在这二三十年间，中国航空发动机的自主研制工作基本处于停滞状态，而其它几个国家的研发步伐则大步向前，航空发动机研发在很大程度上要靠经验和实验数据积累，这个时间差就使我们落后了，要赶上肯定有很大困难。从中国人和美国人对战斗机及航空发动机的划代来评价，美国已发展到以F-22战斗机采用的F119发动机为代表的第四代，并在20世纪90年代就列装部队了。我国则初步解决了三代机发动机问题，可以研发二代机、三代机的航空发动机，但在四代机和下一动机的研发上还存在较大困难。民用航空发动机方面，我国只是刚刚起步。虽然我国研发了大型客机C919，但发动机只能是采用美国和欧洲的。当然，不只是大型民用客机，我国首批装备的大型军用运输机采用的也是俄罗斯的发动机，这已经不是秘密。目前，新飞机研制，航空发动机拖后腿，自主研发的发动机在进度上跟不上，这种情况被称为“空心化”、“心脏病”。新飞机没有“中国心”很危险，受制于人，竞争力弱。因为大型客机要拿到国际市场上竞争，有关的噪声、安全性、耗油率都必须达到国际上先进水平，否则没有人买。而军用飞机是要面对面对抗的，性能和综合效能不能差很多，落后就要挨打。

记：我国现在重点发展国产航空发动机，研发新型先进航空发动机难点在哪？待解决的主要问题有哪些？

使战机的“心脏”更强健

记：我国自研的歼-10战斗机、“飞豹”歼击轰炸机等，以及从俄罗斯引进的苏-27、苏-30战斗机，发动机都是国外的，使用情况怎么样？

李：这些飞机的发动机，除“飞豹”的是英国设计的外，其它都是俄罗斯的。当然，最新型的歼-10改进型，我们已改用国产的发动机。目前，我国使用的俄制军用航空发动机主要是70、80年代的三动机，性能还不错，与美英同动机可比拟，但安全可靠性和寿命要差一些。此外，在我国使用存在环境适应性不够等问题。我们提出使战机的心脏更强健，就是要更安全、更适用，我的团队研究工作也是围绕这两方面来做的。 中国航空博物馆的AL-31F发动机，配装苏-27和苏-30

这里，解释一下航空发动机适用性，有两方面的含义。

一是作战飞机要在不同环境下使用，包括气候条件、海拔高度等，比如说对高原、高低温不同的地区和空中高度、速度范围的适应性，这些与发动机的设计使用条件有关。我国与俄罗斯地理气候环境不一样，而且，有的航空发动机在我国因为装用的飞机类型不同，导致适用性出现问题。

另一种适应性是发动机装在飞机上的机动飞行的适应能力，不仅与发动机设计有关，而且与飞机进气道和发动机匹配有关。飞机机动飞行时，喷气式发动机是气体从前面的进气口进去，在发动机内增压、燃烧后高速喷出，产生反推力推动飞机飞行。但战斗机的机动动作很大，如“翻筋斗”、“眼镜蛇机动”等，做这些动作时进去的气流不一定均匀、顺畅，专业术语叫“进气总压畸变”，发动机可能像人一样出现“哮喘”（专业术语叫喘振）导致空中停车。二代机发动机，这个问题更突出一些。

记：这样一来，俄式航空发动机在中国肯定有不适应的方面，具体有哪些水土不服？

李：主要出现两大类问题。一是高空小速度范围使用和机动飞行稳定性问题。例如，我国将战斗机的发动机改装为无人机发动机，战斗机在高空中一般靠飞得快来保持空中稳定性，而无人机的主要任务是侦察，为了看得清、看得远，在空中的飞行速度比较慢、高度比较高。这样一来，战斗机上的发动机用在某些无人机上就超过了它原来设计时的使用条件，可能出现燃烧熄火和机动飞行喘振这类不适应的情况。二代机发动机，无论是发动机还是进气道与发动机匹配设计水平都有限，机动飞行喘振问题比较突出。

二是高原环境使用问题。俄罗斯没有我国这么高海拔的高原，飞机设计时没有这方面的指标要求，也就没有加入高原使用的相关设计。因此，他们的发动机不太适应高原气候，出现了发动机起动不起来等问题，俄罗斯曾公开表示他们的航空发动机高原适应性需要改进。航空发动机不适应高原环境，严重影响了飞机在高原地区的战斗力。因此，我们要解决这些高原存在的问题，满足战斗机的作战使用要求。

记：如何解决俄式战斗机发动机在高原上出现的问题？

李：当时俄罗斯不帮助我们解决这方面问题，又不会告诉我们设计核心技术，给的都是维修资料，没有设计资料，因此，只能靠国内力量解决这个问题，难度是较大的。我们作为空军的教学单位，先是派人员到俄罗斯学习飞机保障技术，然后回来教部队的干部、战士，并从俄罗斯引进了一些教学设备，相对来说，我们在国内最有条件解决高原使用问题。于是，在教学的基础上，我们自力更生，做设备、搞试验，从中摸索出飞机的设计要求和一些参数，再提出改进措施和使用措施。比如针对俄式战斗机在高原上发动机起动不起来的突出问题，我们做了移动式整机试验设备，在不同的高原地区、不同的温度下（因为温度有很大影响）做俄式战斗机的发动机试验，摸索性能变化规律。但我们不可能做所有的机场高度和温度试验，还要根据试验数据去推断、预测其它的高度和温度下的性能，这就需要建立模型。当时我们做的是飞机从海拔几十米到3 600米的5个不同高原机场起动的试验，海拔3 800米机场起飞时的发动机性能只能根据试验数据和模型分析预测。 俄罗斯米格-29装备的RD-33发动机

发动机在高原地面起动和在空中飞行时停车后再起动是不一样的。发动机在地面是从0开始启动的，而空中停车后，发动机并不是静止的，它还有一定转速。另外，空气条件也不一样。正常的大气条件是，每升高1 000米，温度要降6摄氏度。而在高原地区，如拉萨，同样是三四千米，相比平原上空中同等高度的地方，温度要高得多，冬天的地表温度也有十几摄氏度，夏天中午有30多摄氏度，地面大气温度高对起动控制要求不一样。俄罗斯按地面平原、空中起动设计的供油系统的控制方法和规律满足不了高原的使用要求，会出现起动超温。如果调整控油系统，在地面上将供油量降下来解决起动超温问题，但又会影响发动机的空中起动，一旦空中停车又起动不起来了。所以，同时满足空中、高原、平原三者的起动是个难题。最终我们研究了专门的地面起动装置来改善供油系统控制，保证飞机发动机在高原、空中、平原都能起动。

一般来说，以前战斗机发动机的起动方式是用电机来带动发动机，到一定的转速后再喷油点火。而现在战斗机的发动机要用小型发动机带动发动机起动，但是，高原的空气密度小了、气压低了，小型发动机的功率也随之变小，带不动发动机了。在这种情况下，最直接的办法就是做一个大功率起动机，可是重量和体积不能改变，即保持同样的重量体积来增加功率，按当时国内的条件做不出来。可以说，这是当时解决高原起飞问题面临的最大难题。我们没有资料，只能摸索想办法。创新的办法是逆向思维，即增大功率是条路，反过来降负荷起动应该也是个办法，即减小发动机起动过程中的负载。发动机起动过程中要带很多负载：有电的、液压的等。当时我提出在起动过程中减掉液压负载，等发动机起动后再将负载加进去，但引发了一新问题：减了液压负载后，发动机起动后转速已经很高，此时再将负载加进去，液压系统的压力突然有个跃升，给液压系统带来很大的冲击，导致它的可靠性受到影响。因此还要对液压压力的恢复进行控制，让液压压力缓慢地上升。最终我们摸索出了减负荷和增负荷的一套控制方法，解决了高原飞机起动功率不足的问题。