重視積累和創(chuàng)新，提高航空發(fā)動機制造水平
——訪中國燃氣渦輪研究院航空發(fā)動機設計專家江和甫

：航空發(fā)動機是衡量一個國家綜合國力的重要標志，請您回顧一下我國航空發(fā)動機的研制和發(fā)展歷程的幾個重要節(jié)點。

江和甫：新中國建立以后，我國航空發(fā)動機工業(yè)從無到有取得了輝煌的成就，為國防和空軍建設作出了重大貢獻。我今天只從技術角度來回顧一下它的發(fā)展歷程。

20世紀50年代在前蘇聯援助下建成了黎明機械廠等一批發(fā)動機及附件生產廠，并先后仿制了渦噴5、渦噴6、渦噴7、渦噴8等發(fā)動機，支持了空軍建設，也打下了我國航空發(fā)動機行業(yè)的基礎。這些廠按前蘇聯批生產廠的模式建設，僅具備按照前蘇聯提供的設計圖和工藝規(guī)程及工、夾、量具圖仿制，不具備自行研制能力。因此，我國的科技人員必須依靠自己的努力去探索自主研制的道路。吳大觀等主持研制的紅旗1號發(fā)動機雖半途中止，但它是一次嘗試，宣示了我國自行研制發(fā)動機的意向。

在50多年自行研制的探索道路上，有幾件事是有重大意義的。

（1）1961年成立國防部第六研究院，包括發(fā)動機研究所（現沈陽動力所）及相關的材料、工藝研究所（現航材院、制造院）。這標志我國開始了自行研制的戰(zhàn)略布局。

（2）20世紀60年代渦噴6甲、渦噴7乙等發(fā)動機成功改進改型。我們在壓氣機、燃燒室、渦輪這些主要部件都成功地對原型作了較大改進，積累了自己的技術和經驗，也提升了自行研制的信心。

（3）1964年在沈陽動力所開始建設高坎試驗基地，不久成立渦輪院并開始建設以高空臺為中心的江油試驗基地。這些設備的陸續(xù)建成，標志著我國具備了自行研制發(fā)動機的基本條件。特別是高空臺的建設，是一項高瞻遠矚的決策。

（4）20世紀80年代后期，開始了我國第一個系統(tǒng)的發(fā)動機預先研究計劃——高性能推進系統(tǒng)研究。這不僅大幅提高了我國的發(fā)動機技術能力，并通過研究實踐，總結了從突破關鍵技術入手，通過部件研制，核心機、驗證機研制和驗證，然后進行型號研制這樣一條符合客觀規(guī)律的技術途徑。

（5）在前航空航天工業(yè)部發(fā)動機局的組織下，集中全行業(yè)的力量，在總結經驗的基礎上，編寫并于1999年出版了我國第一套《航空發(fā)動機設計手冊》，2001年渦輪院又在高推預研成果的基礎上編寫了我國第一套《渦扇發(fā)動機設計規(guī)范》。這表明我們已經認識并找到了有效總結經驗和數據的方式和載體形式。在此基礎上，國家又安排了一項專項計劃，旨在更完整地構建自行研制發(fā)動機所需的知識和設計體系。發(fā)動機設計手冊雖然比飛機設計手冊晚出版了30多年，但設計手冊和設計規(guī)范凝結了行業(yè)幾十年的經驗和認識，標志著我們已基本具備了自行研制發(fā)動機的技術能力，設計研制工作開始步入正軌。

（6）21世紀初，昆侖發(fā)動機、太行發(fā)動機和渦軸9發(fā)動機相繼設計定型，是我國在自行研制發(fā)動機道路上邁出的一大步，展示了我們的能力。

（7）20世紀90年代初開始的以研發(fā)先進渦扇發(fā)動機為最終目標的又一個大型預研計劃，推重比10發(fā)動機預研，按照我們已認識到的發(fā)動機研發(fā)途徑開始沖擊世界先進水平。雖然所研發(fā)的發(fā)動機要幾年后才能形成裝備，但預研中的許多階段成果已經在行業(yè)中大范圍地推廣應用，極大提高了發(fā)動機，也包括與之相關的材料、制造等相關技術領域的研發(fā)能力和水平。

我國發(fā)動機行業(yè)廣大職工在過去50多年里，克服了種種困難，踏踏實實通過科技實踐，不斷提高對客觀規(guī)律的認識，積累經驗和數據，使我們現在具備了研發(fā)先進航空發(fā)動機的能力，可以預期在不久的將來中國將躋身于世界先進發(fā)動機研發(fā)行列。

：多年來您一直工作在我國航空發(fā)動機研制和預研第一線。請您與大家分享一下多年科研工作的經驗和感受。

江和甫：從事發(fā)動機工作50多年，我感慨良多。在工作初期，得到了許多老同志的諄諄教導，培養(yǎng)了我嚴格認真、實事求是的工作作風，使我受益終身。在工作中也得到了周圍同志的支持和幫助，我常存感恩之心。發(fā)動機研發(fā)是復雜的系統(tǒng)工程，沒有團隊的通力合作和默契是不可能完成的。很慶幸我和同事們總是能保持很好的合作和友誼。工作中有些體會借此機會談出來和大家交流。

（1）在研制過程中不要害怕挫折和失敗。自主研發(fā)發(fā)動機，要不斷探索新技術，而對技術規(guī)律的認識總有個逐漸深化的過程，在這個過程中遇到挫折和失敗是很正常的，發(fā)動機研制成功的過程就是不斷解決問題的過程。在發(fā)動機研制時，常常會遇到某項性能不達標或某個零件發(fā)生故障，譬如葉片斷裂。渦扇發(fā)動機中有很多葉片，我國各型發(fā)動機都曾斷過。國外發(fā)動機也一樣。經歷多了，我覺得每一次發(fā)生故障都能引導我們對技術規(guī)律有超乎尋常深度的認識，使我們的水平得到很大提高。在研制過程中多發(fā)現問題，就可能在裝備使用時少出問題，從這個意義上講，在研制過程遇到故障要“聞過則喜”。當然發(fā)生故障后我們會承受巨大的壓力，但我們不要害怕。

（2）走出發(fā)動機自行研制道路的關鍵是思維模式的轉變。幾年前，在上級調研發(fā)動機行業(yè)問題何在時，我曾經談過這點。因為我國的發(fā)動機行業(yè)是從仿制、測繪仿制起家的，而且持續(xù)了很長時間，在行業(yè)內形成了一種頑固的思維模式。從測繪仿制的思維模式轉變?yōu)樽孕醒兄频乃季S模式，主要表現為：從經驗性設計轉變?yōu)橐?guī)范化設計，首先要有自己的設計規(guī)范（現在把原規(guī)范內容分拆為流程、規(guī)范、軟件、標準和數據庫，并統(tǒng)稱為設計體系）；從零部件及整機交付性考核試驗轉變?yōu)轵炞C性考核試驗，使自己的規(guī)范經過充分的驗證，證實它是可信的；從型號牽引式預先研究轉變?yōu)楹穹e薄發(fā)式預先研究。我認為行業(yè)的這種轉變還在過程中，還需要繼續(xù)努力。我們需要認真學習國外先進經驗，但要摒棄那種希望直接獲得別人成果的想法。我們曾經試圖獲得某國的發(fā)動機強度設計指南，沒有辦成，后來他們的總設計師對我說：“你們不要迷信我們的指南，它僅適合于我國的材料和工藝。你們應該自己努力，制定適合你們國家材料和工藝水平的強度設計指南”。他的一番話點醒了我。我們在驗證性試驗方面下的功夫太少，因此還不能得出自己的設計準則。

（3）必須不斷加強預研，夯實技術基礎，開發(fā)新技術。預研的核心是創(chuàng)新，惟有創(chuàng)新才可能使我國發(fā)動機與先進國家并駕齊驅甚至領跑。大的預研項目需要國家或集團組織和支持。小的局部的預研，每個單位甚至個人都可以開展。每個人發(fā)揮主動性，不斷發(fā)現現有設計規(guī)范中的問題并予以解決，我們的設計規(guī)范也就“自有源頭活水來”，設計水平就能不斷提高。預研中，貴在堅持。一項新的概念或技術，從開始研究到達到工程可用的成熟度，有時需要幾十年時間，比如第二代單晶合金DD6和線性摩擦焊技術，從開始預研到現在已經20多年，但還需要進一步完善。

（4）發(fā)動機呼喚奉獻精神。我對于奉獻精神的理解很簡單，那就是真正盡自己的最大努力，精益求精地做好自己的工作；自覺完成任務，不計較個人的利害得失。研制發(fā)動機是大兵團作戰(zhàn)，每個人都只能承擔其中的一小部分工作，而且發(fā)動機的研制耗時長，也許很多年也出不了大的成果，有了奉獻精神，才能安心做好自己的工作，團隊也才能有所建樹。

：世界三大航空發(fā)動機巨頭普惠、GE、羅羅生產的發(fā)動機代表了當今世界先進水平，您如何看待他們發(fā)動機的研制歷程？對他們的技術管理和研制模式有何見解？有哪些可借鑒的地方？

江和甫：這三大巨頭生產的航空發(fā)動機確實可以代表當今先進水平。其實，俄羅斯的軍用發(fā)動機水平也非常高，而且是在相比較低的工業(yè)水平下實現的，這一點很需要我們學習。這些巨頭們的高水平是在國家良好的工業(yè)基礎上，經過近百年的辛勤知識積累才達到的。我們想要和他們一爭高下，就先要沉下心來認真總結和積累自己的經驗。經驗的積累和知識與技術的傳承方式密切相關。早些年我們的傳承方式主要是小作坊式的師徒傳承。本世紀以來，開始通過設計手冊、規(guī)范向大工業(yè)生產方式的集約傳承（眾人的知識集中起來再向眾人傳承）轉變。只有實現了這種轉變，我們才能以規(guī)范為載體有效地總結我們的經驗。規(guī)范好不好，有一個簡單的評價標準：一個新員工，經過簡單的引導性培訓，就能上手工作，且其工作水平能代表單位的水平。

我認為，他們還有一些共同的特點值得我們借鑒：

（1）持續(xù)不斷地強化預先研究。當然，像IHPTET、VAATE、ADVENT這些大型預研計劃都是國家行為，但企業(yè)也按一定比例投入巨資。他們對預研非常執(zhí)著。羅-羅公司研發(fā)復材風扇葉片到企業(yè)差點破產也沒有放棄，最終取得成功；GE公司研發(fā)變循環(huán)，YF120競標失敗后也沒有放棄。抓預研還是要有點韌勁和魄力的。預研的核心是創(chuàng)新，創(chuàng)新才是企業(yè)的核心競爭力。

（2）充分利用社會科研力量，長期合作。美、俄都有國家級的基礎研究機構（NASA、CIAM），在壓氣機設計方面曾研究出65系葉型、BC系葉型，支持了幾十年發(fā)動機研制，他們與企業(yè)的合作非常多。羅-羅公司與劍橋等高校也有長期的合作。

（3）設計與制造緊密結合，互相促進，同步開展研制。英美的研發(fā)機構就在公司（工廠）內部，很容易組織綜合項目團隊（IPT）；俄羅斯的設計局配有試制工廠。我們目前與他們都不同，需要探索中國當前條件下設計與制造結合的模式。

（4）重視繼承，充分發(fā)揮優(yōu)良部件、整機的引領作用，并形成公司自己的產品風格。對一個基礎好的部件、發(fā)動機，持續(xù)不斷地加以改進，最大限度地發(fā)揮資源效益。這是一種快好省的技術途徑。

：未來航空發(fā)動機發(fā)展有哪些顯著特點？對材料和工藝有哪些挑戰(zhàn)？

江和甫：軍機的提高單位推力和民機的降低耗油率是發(fā)動機發(fā)展的永恒方向。國際上的冷戰(zhàn)和軍備競賽從未停止。我們要努力不斷提高空軍裝備水平，民機的發(fā)展要充分利用軍機的發(fā)展成果。

美國在3年前就開始了第五代發(fā)動機概念設計，其特征還未公開。據推測，其特征可能是自適應變循環(huán)，在保持四代機特征的基礎上，進一步降低亞聲速巡航耗油率，支持飛機遠程長航時的作戰(zhàn)需求，并提高飛機功率提取，支持飛機高性能雷達或定向能武器對電功率的需求。

為了實現五代機的特征，必然會大量采用IHPTET等預研計劃在新結構、新材料、新工藝方面所取得的研究成果，這些研究可以歸納為以下發(fā)展趨勢：

（1）大量采用新型輕質高強材料。如TiAl系、TiALNb系等金屬間化合物，陶瓷類材料特別是耐高溫的SiC/SiC陶瓷基復材。

（2）各類復合材料用量大增，特別是金屬基復合材料將被應用于整體葉環(huán)等轉子重要零件，大幅度降低構件重量；這些新材料的應用都相伴著新的制造工藝，如金屬基復合材料整體葉環(huán)就需要全新的制造工藝。

（3）組合件的零件化，大幅減少零件數量。如整體葉盤、環(huán)，大型精密鑄件，大型復合材料構件等，將原來幾十上百個零件通過焊接或緊固件連接成的組合件變成一個零件。

（4）特種工藝的高效益應用。如激光焊、激光制孔、線性摩擦焊、高速精密銑、數控電解、各類表面改性等等。這些新工藝技術上已經突破，影響其工程應用的主要問題是生產效率和質量穩(wěn)定性。

（5）復雜構件的增材制造。與此相應，設計上可能出現過去因難以制造而無法采用的新結構，進一步減少零件數和降低結構重量。

（6）加工精度和表面完整性繼續(xù)提高，以適應發(fā)動機性能、壽命和可靠性不斷提高的需要。