为何中国的航空发动机技术这么落后?

为什么中国的航空发动机技术这么落后?

中国的火箭都能到月亮了,国产民用大客机也开始发展了,四代战机也诞生了,为什么战斗机上的发动机一直不能国产化呢?

以下回答来源于知乎问答的精彩评论:

张申,不断改进爱好者:

我对航空发动机的控制器还是比较了解的,可以给大家简单介绍一下航空发动机控制器这个东西。由于是保密的所以不能提供图片,网上能看到的图片也都是几十年前的东西,这里也不能说的太详细。(后面航空发动机简称发动机)

首先,航空发动机控制器是做什么用的呢?有人将其比作发动机的大脑。它感受飞行器的环境温度、环境压力、飞行高度、飞行速度、发动机各级转子的转速、发动机内部各重要部位的温度和压力、压气机各级转子叶片的角度,尾喷口的大小和方向,再根据飞行员的操作意图,是巡航飞行、加速还是减速、是否需要做机动,然后根据这些信息控制供给发动机所需要的燃油、调节叶片角度、调节尾喷口面积、调节尾喷口的角度。这是一个多输入多输出的系统,各输入和输出之间很多都是曲线关系,还包含了很多逻辑关系,所以控制器基本上就是一台计算机。学过自控的同学大致可以了解这有多难。

控制器有多复杂?你可以这么想象,有2000多种齿轮、齿条、杠杆、凸轮、活门、喷嘴挡板,把这些都放在一个电饭锅里是个什么情景。嗯,看起来和下面这个图片感觉差不多。

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控制器有多精密?举个例子,控制器里有种东西叫活门,有点像平常我们见到的液压缸,但密封方式不一样。液压缸里为了保证活塞两边的油不连通,液压缸活塞上装有橡胶皮碗,橡胶皮碗的直径比活塞腔略大,橡胶有弹性,所以橡胶皮碗装在活塞腔里时 ,皮碗就被压紧在活塞腔壁上,皮碗和活塞壁之间是没有缝的,所以活塞两边的油就被密封了。而控制器的活门由于工作需要,不能用弹性密封材料,而且活塞要能自由移动和旋转,所以活塞和活塞腔之间是有缝的,但这个缝非常非常小,小到连油都过不去,活塞两边的油就被密封了。这个要求对缝隙的尺寸非常严格的控制,只要有个纤维或有点灰尘,活塞就被卡死了,所以装配厂房都是无尘的,装配工人的穿着和手术室的医生一样。平常你见到的机械零件掉地上捡起来接着用,活门这个东西掉地上就报废了。

控制器的使用环境是什么样的?控制器是安装在发动机旁边的,工作环境是高温高振动。温度极端条件是在冬季的东北,发动机没启动时是零下40度,启动后是零上150度。10g加速度的振动是正常工作条件。

控制器的难点在哪?前面说过了,控制器的功能之一是控制给发动机的供油,这个功能有点像汽车的缸内直喷,汽车停止供油了顶多歇在路上,航空发动机停止供油了飞机就掉下来了。控制器几千个零部件有一个出现问题,都可能是灾难性的。保证不出问题有多难?你见过开了十年不出问题的车吗?控制器可是要保证每一台十年内都不能出问题。

前面说的都是机械液压控制器,电子控制器的情况是什么样的?电子控制器优势是很明显的,可以实现更复杂的控制,结构也更简单,重量更轻,是未来控制器发展的方向。但电子控制器缺点也很致命,在恶劣环境下电子产品 非常容易失效,而且电子产品的失效没有任何先兆,难以预防。另外,电子传感器的信号都很微弱,容易受到干扰,电子传感器失效也是个问题。航空发动机的控制器是绝对不能失效的,这是电子控制器主要需要解决的问题。

培养一个控制器的工程师有多难?以我的经验,不管是本科毕业还是研究生毕业,刚毕业的学生都完全搞不懂控制器是怎么实现各功能的,都需要从头培养。天资聪慧的人三年可以入门,十年可以担当,但一辈子都没搞懂的人也大有人在。

为什么发动机的技术进步速度那么慢呢?

我想从技术和制度两个方面说明一下。先说说技术方面的原因。我们国家的航空工业原先都是苏联援建,所以并不是从零开始的,很多东西都有原型。这样做起步比较容易,所以很快我们就有了自己的航空产品。但问题也就出在这里了,基础的数据都没有,只知道是什么样子的,不知道为什么是这个样子的。前面介绍过了,控制器像个多输入多输出的计算机,那么我设计控制器的时候当输入是某个具体情况时,我总得知道控制器的输出具体是多少吧,抱歉,没有这个数据,谁也提供不了。那怎么办呢?就是靠试验,大量的试验,发动机试验,积累数据。欠的债都得补回来,先天不足就是靠后天补。但这可是发动机试验,反复一次周期都很长,而且要反复很多次,这些反复验证所需要的时间是非常长的。

再说说制度方面的原因。控制器是要保证十年内不能出问题的,那么究竟是怎么保证的?按照质量保证体系要求,也是试,大大小小的试验,所有在用户那里可能出现的情况都要模拟来进行试验测试,不同环境下的试验都要做,GJB150《环境试验方法》规定的内容都要过。(《环境试验方法》的内容网上都有,不过还是给大家搬过来吧,省的大家去查了,这些试验包括:高温、低温、温度冲击、温度-高度、太阳辐射、淋雨、湿热、霉菌、盐雾、砂尘、爆炸性大气、浸渍、加速度、振动、噪声、冲击、温度-湿度-高度、飞机炮振)。拿低温试验来说吧,小东西还可能用环境试验器来模拟,发动机的整机试验就不行了。你想想,飞机发动机喷出去的气的反作用力能把飞机推上天,这得要多少空气,把这么多空气瞬间降低到零下40度难度是非常大的。所以进行发动机低温试验比较简单的方法是在气温是零下40的地方做,但即使是中国最冷的地方一年也就那么几天能达到这个温度,一旦试验出现问题下一次试验就是一年以后了。除了环境试验以外还要进行寿命试验,就是产品保证多长时间我就实际做多长时间的试验,可以想象一比一的寿命试验得做所需要的时间是非常长的。有加速等效寿命的试验方法,但我们没有基础数据对吧,你凭什么说你做1个小时的试验可以相当于实际上2个小时或3个小时试验呢,所以目前很多试验只能硬来,积累数据?即使用加速等效寿命试验的方法也依然需要很长的时间。各试验小部件先做,然后是整机,然后是发动机,最后装在飞机上试飞,当通过了所有试验考核以后产品的整个设计和工艺就被固化下来了,依靠质量保证体系保证以后生产的产品质量全都可控。全部这些试验做完,花的钱不说了时间消耗的那可是杠杠的。这时候你发现通过新技术的应用有一个小部件你可以改进一下,嗯,改得不错,但谁能保证这个改进后的部件能否保证不出问题呢?你不能拍着胸脯说我保证,抱歉你没有这个资格做这样的保证,一切都要靠试验说话。会为了你这个小小的改进把整个试验过程再走一遍吗?不会,动静太大了,人力物力的消耗都是相当巨大的。你的小改进只能等重大的改进改型的时候,随着重大改型一起进行试验。由于有质量控制的要求,所有的技术改进都要让步于质量控制,毕竟这东西出问题是机毁人亡的结果,谁也不可能逾越雷池半步。所以发动机的技术进步不是渐进的,而是阶段性的,你会发现发动机一段时间技术根本没什么进步,然后突然就上一个台阶。你能看到的例子就是歼十相比歼八的进步。

综上所述,由于技术和制度两方面原因,你看到的发动机的技术进步难以持续地飞速发展。

大家可能也比较关系发动机以后的进步会提速吗?其实发动机的进步已经在提速了,以前一个人一辈子只能研制一个型号的发动机,现在的速度已经是以前的几倍了。举个零件的例子,控制器为了减重,所有的零件都是装在一个叫壳体的零件里的,所以壳体里充满了各种形状的空腔,还有些管路,这东西设计很复杂。你想象一下,你有个很大的生日蛋糕,你用筷子从四面八方不同的方向给蛋糕插洞,要求所有的这些洞都不能在水平或竖直的平面内,而且每两个洞一组,洞的端头是连在一起的,而且每个洞和其他不连通的洞之间的最小距离不小于4mm。好了,你就插把,插到不能再插了,这个蛋糕就和壳体很像了。你是不是很难保证上面的要求?你插完之后肯定想问我怎么知道这些洞是否按照要求连通了,而且和其他洞之间的距离足够呢?以前这些问题主要通过人工计算来确定,依靠空间解析几何。现在简单多了,由于计算机的应用,有了三维设计软件,直接在模型上量就好了。而且随着仿真的应用越来越多,设计也比以前更有把握。以后,发动机的基础数据积累完成后,技术进步的速度还会更快。

另,排名第一的回答说的没错,我们是有国产发动机的,而且大多数都是国产的。

==完==

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我们的发动机虽然很早就在研究但是真正的材料工业在80年代末期才建立起来,到现在不过30年而已,基础工业差了那么多,上层建筑当然差距更大。

8楼忒空

昨天央视的一个节目采访中航林总,被问及航发问题,答曰:改开以前,美国航发总投入1000亿美元,中国投入是5亿人民币!近年奋起直追,也要有个时间啊!

我不反驳别的,但有一点我要说,只说落后,却不知为何落后,只知落后,却不知落后在那里。在我眼里,中国要是多一些像楼主楼帖子里的都某些人,只看负面,悲观,或者刻意悲观,故意引导悲观,想不落后都难!

4楼dilir

上次刚见过一个来喷中国发动机不行的,哥骂他不学装懂。

今天终于如愿见到个专业多的,针对我们这些外行人做下简单介绍的文章。嗯,长姿势,长姿势。我就喜欢这类贴贴,这才叫帖子,优质的创可贴才能止血回复:为何中国的航空发动机技术这么落后?

这么落后?这要看跟谁比,跟美国比是很落后,跟英、俄比是有一点落后,但我可以说,领先其他国家,法国没有军用大推,他的幻影2000和阵风只有不到10吨的推力,只能算中推.他的大推是民用的,和GE合搞的,说白了就是美国的技术.发动机领域是美国佬唯一可以嘲讽带鄙视老子的领域,英,俄没有资格。不过,美国佬你也别 太嚣张了,汉人的自尊心强到你难以理解,不可能让你一直嘲笑我。

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