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第36章 为根治飞机“心脏病”鼓与呼(4)

对于部队外场使用,我也曾经多次提出建议,发动机使用中一定要设“作战状态”和“训练状态”。平时训练飞行员,或者为保持飞行员的技术状态而飞行时,尽可能多使用“训练状态”,这样发动机的寿命会自动地延长,这也是俄罗斯的一项成功经验,值得我们借鉴。

当然,对于发动机的质量控制,包括从原材料、加工制造、元器件、标准件、装配试车等所有环节,一定要实施全面质量管理,警钟长鸣,并建立可追溯的技术和质量责任制,任何时候都不能松懈。

航空发动机仿真技术研究中心

航空发动机数值仿真技术是将现代相关学科最新研究成果、多年积累的实践经验及现代计算机技术、信息技术等融会贯通,综合应用于发动机研制的一种革命性的手段,是计算流体力学(CFD)、计算结构力学(CSD)、计算机仿真技术和现代信息技术等最新成果在航空发动机上的综合应用。利用它可以实现发动机研制从“传统设计”到“预测设计”的革命性变革。

所谓的“传统设计”,就是对发动机进行大量的、反复的试验研究,通过“设计—加工—试验—修改—再加工—再试验”的漫长过程来研制发动机。一般地说,一台发动机从设计到定型,研制周期需8~10年或更长时间,试验样机需40~60台,最多的曾达到过114台,因此可以说“发动机是试出来的”;而“预测设计”主要建立在较精确的数学模型、优化计算和虚拟现实仿真的基础上,设计及修改主要在计算机上进行,虽然样机的物理试验是必不可少的、并不能完全被取代,但试验的主要目的是验证优化后的设计结果,而不是主要依赖试验来暴露设计技术问题,从而大大减少试验工作量,提高设计的一次通过率,缩短了研制周期,节约了研制经费。从这个意义上讲,现在也可以说“发动机是设计出来的”。

到目前为止,国际航空动力界人士普遍认为,数值仿真已是继理论分析和实物试验研究之后,成为航空发动机研制的第三种必不可少的设计和分析工具。美国国家航空航天局(NASA)、军方和工业界正在共同开展推进系统数值仿真(Numerical Propulsion Sys-tem Simulation,NPSS)计划,其主要目标是通过包括气动、结构、燃烧、传热、材料、控制等在内的多学科综合计算机仿真,达到高保真度的系统分析能力,以提高发动机设计质量、降低研制成本。

据称,这一计划一旦实现,美国航空发动机的设计水平将实现一个新的飞跃,“预计可使发动机的研制时间和成本降低30%~40%”(见ISABE99-771)。

俄罗斯中央航空发动机研究院也相应制订了涡轮发动机计算机试验技术(CT3)计划,并开发了燃气涡轮发动机计算机仿真系统(ComputerGasTurbineEngineSimulator)———CGTES计划。

我国航空发动机还相对落后,目前仍处于“传统设计”的初级阶段,设计软件既不先进,也不配套,先进的、完整的设计体系尚未真正建立起来。由于数值模拟技术还没有被广泛采用,因而仍以实物样机试验为主,使发动机研制陷入了“设计—加工—试验—再设计(或修改)—再加工—再试验”的漫长过程之中。一个循环下来,少则2~3年,多则4~5年,这正是西方国家从20世纪50—80年代曾经走过的“传统设计”的路子,结果往往事倍功半,使研制周期长、费用高、风险大,结果不少项目久攻不下,有些甚至不得不中途下马。

航空发动机要想实现“跨越式”发展,真正走出自主研制的新路子来,开发和采用现代先进的数值仿真技术是必不可少的方法和手段。正是基于这种认识,从1998年开始,我利用各种机会,不遗余力地宣传发动机数值仿真技术的重要性和紧迫性。在一些发展战略研究、中长期规划和单项研究计划中,力主开展航空发动机仿真技术研究,尽快建立我国自己的航空发动机数值仿真系统。

2000年8月,在由国防科工委组织召开的航空动力行业发展研讨会上,我提出了在国防科工委领导和支持下,由航空第一、二集团公司的相关院所与北航联合组建“航空发动机仿真研究中心”的建议,行政上挂靠北航,业务上相对独立,成为国家财政支持的航空发动机数值仿真技术专业研究机构和国内外技术交流的合作研究平台。

这一设想和建议得到了有关主管机关领导,中航一、二集团公司的领导,北航校领导和行业内外专家的支持。但由于涉及体制机制调整,专业分工安排划分,以及经费渠道和数据保密等诸多具体问题,行业内也存在着一些不同的意见。我深知在国内的现有体制机制环境下,要干一件从无到有、真正具有创新意义的大事情,必须要有“好事多磨”的思想准备。

经过多次与有关主管部门和领导汇报,并与相关单位多次充分协商,在国防科工委系统三司王欣司长的亲自主持下,2003年11月6日在北京召开了关于组建“航空发动机仿真研究中心”(简称仿真中心)的协调工作会议。终于对在北航建立航空发动机数值仿真研究中心一事达成一致意见,还就仿真中心的组建模式、定位、作用和职能、与各研究院所的关系以及仿真中心的筹备工作等取得共识,标志着仿真中心的筹建工作正式开始启动。

北航航空发动机数值仿真研究中心定位于面向航空动力行业的航空发动机仿真技术的研究和发展中心,为全行业提供航空发动机数值仿真技术相关的技术服务和支持。

在2003年底的北航校办公会上,按照国防科工委领导的指示精神,北航同意以能源与动力工程学院为依托,筹建航空发动机数值仿真研究中心,学校决定由我担任中心主任,李其汉教授为高级顾问,方韧、桂幸民教授为副主任,金捷为副总工程师。后又聘任中航一、二集团杜兵劳、黄劲东同志为兼职副主任,606所张光星同志为兼职副总师。仿真中心与各研究院所是分工合作、互为补充、密切协作的关系。

到2004年8月,在短短半年多时间内,迅速形成了包括总体结构、总体性能、压气机、燃烧、涡轮、喷管、传热、计算声学、结构强度、多学科耦合优化、数字化与系统开发、集群管理、VR应用、数据库、网络安全等30多位科技人员组成的专业科技队伍和以624所、606所、608所、614所人员为主的50余人的兼职科研团队,使仿真中心的日常工作逐步走上了快速发展的轨道。经过几年的研究工作,除完成大量基础课题研究之外,还完成了拥有自主知识产权的、精度较高的我国自己的航空发动机数值仿真系统第一版本的开发工作,并招收和培养了硕士、博士研究生40余人。

尽管要建立包括性能、特性、结构、强度、可靠性在内的高水平发动机数值仿真系统的难度很大,后面的道路还很长,然而毕竟迈出了万里长征的第一步,我相信实现从“传统设计”到“预测设计”战略转变的这一天一定会到来,数值仿真系统在实现我国航空发动机“跨越式”发展中,必将起到它应有的促进作用。

正确认清新形势,加快动力的发展

毛主席说:“情况明,方法对,决心大。”对航空动力来说,与我1999年撰写的《危机、反思和建议》咨询报告时相比,虽然只是短短的10年,但情况已经有了很大的变化。我们必须正确认清当前的新形势,找出问题所在,采取正确方法,才能促进航空发动机又好又快的发展。

到了2010年,我国航空发动机面临的新形势是什么呢?我想引用胡锦涛主席的两句至理名言来形容,即前所未有的发展机遇,前所未有的严峻挑战。总体来看,机遇大于挑战。

前所未有的发展机遇在哪里?我想主要表现在7个方面:

(1)党中央、国务院、中央军委领导高度重视,对航空发动机做了多次批示和重要指示,把发动机列为国家高科技重点工程,各方面都给予重点支持。

(2)我国对航空发动机的需求旺盛,尤其是低空空域的逐步开放,建立国家航空应急救援体系的强烈需求,将催生通用航空和直升机出现一个大的发展机遇。

(3)国家有关主管部委联合颁布了《发展纲要》,为发动机的发展指明了方向。

(4)改革开放30年来,特别是近10年来通过一系列计划的实施,已初步形成了我国自己的发动机设计体系和数值仿真系统,技术基础已有明显的提升。以“太行”发动机的定型为标志,初步实现了涡喷向涡扇、中推向大推、二代向三代的三大跨越,其他多个发动机预研计划也取得了重大进展,已逐步转入型号研制,培养锻炼了一大批中青年技术和管理骨干人才。

(5)大型飞机列为国家重大科技专项,给大涵道比涡扇发动机的自主研发迎来了难得的历史机遇。

(6)近十几年来,我国工业基础和技术水平有了很大提高,发动机的试验设备、材料、工艺和制造能力也有了明显的改善。

(7)近十几年来国民经济高速发展,我国经济实力和综合国力有了大幅提高,为发动机的快速发展奠定了坚实的经济基础。

前所未有的严峻挑战也有7个方面:一是国外航空发动机技术呈现出异乎寻常的加速发展态势,我们与国际先进技术水平的差距有进一步拉大的危险;二是西方航空强国对我国发动机关键技术的封锁在进一步加大,关键技术即使花大钱也是买不来的;三是我国现行航空发动机技术体系,仍是以批生产为主体,自主创新的研发体系尚未真正建立起来,自主创新能力仍很薄弱,技术储备明显不足;四是面对当前的繁重任务,技术人才资源总量不足,人才结构不合理,工程经验不足,尤其缺乏高水平的领军人才和学科带头人才,矛盾已日显突出;五是发动机行业尚未完全摆脱长期仿制所带来的负面影响,自主研制的程序、标准、规范体系尚不完整;六是体制、机制仍存在缺陷,行业封闭状态尚未完全打破,单位所有制导致知识不能完全共享,必将造成许多低水平的重复建设;七是材料、工艺、元器件发展相对滞后,试验设施尚不完全配套,许多关键设备尚需填平补齐。

从上面的分析比较来看,很显然机遇远大于挑战,目前发动机行业所遇到的问题是前进中的问题。那么,究竟采取什么样的措施才能甩掉航空发动机落后的“帽子”,才能“破茧而出”,才能又好又快地发展呢?这是仁者见仁、智者见智的问题。

我记得2003年在参与制订国家中期发展规划和“十一五”计划过程中,在参加国务院领导主持的座谈会上,以及后来在第十届全国人大会上的几个书面提案和建议报告中,曾提出过自己的看法。也曾多次建议政府有关部委将“航空发动机科技工程”列为国家重大科技专项,倾全国之力,组织“国家队”,给航空发动机以持续不断的重点支持。

搞发动机是要花大钱的。没有钱是万万不能的,但钱也并不是唯一的因素,有了钱也不见得一定能搞出好发动机来,我们必须从“技术、经费、人才、管理和政策”等多个方面进行综合治理和顶层谋划。十几年前我认为对发动机的投入相对太少,“差钱”是主要矛盾。现在虽然不能说钱已经足够了,但毕竟比以前有了较大幅度的增加,所以目前的主要矛盾在于改善管理和培养人才。正是在这种背景下,我曾向政府有关部委提出一个“三步走”的技术发展战略设想和建议,供有关部门领导参考。

“动力要过关,人才最关键。”为了更好地培育青年人才,2013年10月由陈光教授、陈懋章院士和我3人各捐资50万元,在北京航空航天大学设立“航空强国中国心”教育奖励基金,面向全国航空重点高校发动机相关专业,通过严格评选,奖励那些立志献身航空动力事业的优秀本科生和研究生,以激励创新型人才脱颖而出。

我对中国航空发动机充满信心和希望。为了使国产的所有飞机都装上健康强劲的“中国心”,我愿意在有生之年,坚持不懈、锲而不舍、反反复复地去“鼓与呼”。愿意继续为根治飞机“心脏病”贡献个人的微薄之力,直到自己的生命之光熄灭为止!

大力发展我国航空应急救援能力

2008年5月12日,四川汶川发生特大地震。在党中央、国务院、中央军委的号令下,军地各部门迅速调集力量,全力展开航空救援行动。截至9月25日,共出动飞机、直升机428架,实施救援飞行8277架次,转运和空投物资22543吨,转运受灾人员66728人次,为夺取抗震救灾的胜利发挥了重要作用。但此次也暴露出我国航空应急救援体系仍存在着许多问题,主要是管理体制不完善,基础设施不健全,救援装备数量少、结构不合理,缺乏专业救援队伍等。这些问题已引起党中央的高度重视,也引发了社会各界对建设我国航空应急救援体系的高度关注和热切期盼。

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