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从经济效益和指导方针试论小发动机研制中的几个问题 为了便于研究问题，本文所述的小发动机问题范围，暂定为功率小于3000马力(2200千瓦)的涡桨、涡轴发动机，椎力小于147干午(1500公斤)的涡喷、涡扇发动机。 当我国在90年代研制先进的战斗机发动机的同时，有无必要和可能进行少量的小发动机的研制?根据中国的国情研制小发动机有什么优越性？今后应如何开展小发动机的研制?这些是我国发动机行业的同志密切关心的问题。现在提出个人的看法如下：一、从九十年代预测技术、经济发展前景，研制大、小发动机出现问题相比较 1)研制小发动机的技术难点较少，风险小 90年代以后继续研制以战斗机发动机为主的方针，是国防的需要，无可非议。但是今后战斗机发动机的技术要求，比80年代更高，根据美国“2000年航空技术展望“专题讨论会上指出，先进战斗机的飞行速度将增加到马赫数为35，它对进气道、压气机、燃烧室、涡轮等部件提出了更高的要求，只有在80年代技术的基础上，在气动力特性、减轻重量、高温材料、可变几何、冷却技术等方面有新的突破，才能达到下一代新战斗机发动机的要求。例如涡轮进口温度要求超过1920K，单个转子的总压比为916，轻重量结构要求，推重比达到1620等，技术难度更大。 上述资料对支线飞机推进器的技术要求：涡轮进口温度大约比80年代提高204C，达到1644K，这是70年代未期战斗机发动机使用的温度，两种发动机相比，涡轮进口温度相差276度。小发动机由于使用回热器，不需要靠提高压气机压比，可以提高热效率1520。 当然小发动机有其特殊技术，不能由大发动机来代替，例如小发动机的尺寸效应、离心压气机、回流环形燃烧室、高转速转子动力学和小涡轮叶片的冷却技术等。但是这些技术与大发动机关键技术相比，显而易见，小发动机的技术难点要少而且解决起来比较容易，技术风险也要小。在我国航空科研技术水平比国外有较大差距的情况下，开展小发动机研制，对我们有利。 2)小发动机研制所需试验设备规模较小，研制经费较少，粗略估计仅有大发动机研制经费的15左右。 涡轮发动机的研制，无论是试验设备、制造设备、消耗材料、发动机空气流量，都是根据发动机的尺寸大小不同，设备规模、材料消耗、气源配备，差别很大，也不易找到其中的规律。根据国外四十多年研制涡轮发动机的经验，可以大致表明，小发动机的研制经费约占大发动机的14或15。例如：以法国两家发动机公司的建设规模来比较，研制战斗机发动机的SNECMA公司，它的自有资本是法国研制小发动机的TM公司的539倍，从这两公司的规模大小间接可以看出小发动机的研制费用仅为大发动机研制费用的15左右. 另外，根据我国几个大、小发动机设计所和研究所为核心机三大部件的试验设备投资，也能看出一些规律。小发动机设计所(608所)的气源流量是5公升/秒，8个大气压，就能做小发动机环形燃烧室的试验，而大发动机设计所(606所)60年代就建成30公斤/秒的气源，后来又增建中压气源压力到25大气压，光是气源规模就是608所为67倍。再看624所的部件试验区所建气源40公斤/秒流量，是608所的8倍，仅这项投资就数千万元。根据发动机总公司初步核算，研制大、小发动机核心机三个部件(压气机、燃烧室、涡轮)的试验器及气源的投资，608、624、606这三个所的试验设备投资比例是1：20：33。 关于核心机的研制费用，最近从发动机总公司和608所得到的估计数字如下： 1)624所高推预研三大部件九年来已投资数千万元，而608所x x号机三大部件部拨款仅数百万元，高推预研费是x x号机的66倍。 2)624所高推预研达到核心机的要求计划费用为608所x x号机的46倍。 根据以上数据，明显看出，小发动机研制费用惊人地少。那末，我们为什么不能花仅占大发动机投资的很少部分来上小发动机哩!这笔经济帐不是看得很清楚吗? 3)小发动机的研制周期较短、投资见效较快。 与上述两点情况相似，小发动机的研制周期由于技术难点少、风险小，所以要比大发动机研制周期短一半以上。一般战斗机发动机的研制周期要1214年，而小发动机的研制周期约为57年。假如小发动机采用新技木较多，或者涡桨、祸轴发动机首次研制，没有掌捏研制小发动机的特点或缺乏经验，此时，小发动机的研制周期就需相应加长，例如美国GE公司的T700涡轴发动机，它的研制周期也在10年以上。 由于小发动机的研制周期较大发动机短，所以取得民航适航证或提供军机使用的时间也较短，进入航线使用较快，资金周转也较快。经济效益比大发动机高。这是从资金周转角度来看，小发动机有其明显的优越性。 4)小发动机研制生产较易进入国际市场，容易取得国际合作。 众所周知，象涡桨、涡轴型小发动机，用于民航支线客机和民用宜升机较多，在和平时朗用于军用相对较少。虽然在国际市场上商业竞争也很激烈，但由于技术难点较大发动机少，技术攻关较易解决。只要我们及时掌握市场信息，采用正确的研制发展道路。并能及时地取得国际合作，小发动机进入国际市场，要比大发动机来得容易。 由于小发动机的技术秘密较少，如在国际上花一定投资，寻找合作伙伴，就比大发动机容易。有些技术在大发动机上是严密封锁，而在小发动机上还是有可能取得的，这类情况，在国际市场上是屡见不鲜的。 从上述四个方面问题来分析，根据我国当前国内经济实力、技术水平、重工业基础及国防需要，我们在抓战斗机发动机的同时，由于小发动机的研制技术难点较少，风险较小；小发动机的研制试验设备的规模较小，所需研制经费祖估只需大发动机的15；研制周期较短；投资见效较快，较容易进入国际市场，容易取得国际合作等有利条件，如果在“八五”计划中挤出仅为大发动机15的投资来发展小发动机，对整个航空发动机行业十分有利，也是我国经济条件可以办到的，过去我们对此缺少认识，今后这种投资获利的机会，不应再失去了。二、研制小发动机的指导方令，必须是自力更生以我为主，争取国际合作，从长远发展来考虑，才能完成研制任务 如果我们要研制小发动机，是走以仿为主还是以研为主，根据我国航空工业的历史经验，习惯于仿制外国机种，这种做法可以节省研究发展阶段所花费的研究经费，只要集中在工艺制造技术上下点功夫，就能获得一项新的航空产品，这是一种稳妥省力的方法。但是随着世界科学技术的快速发展，航空发动机设计技术，无论是气动性能、结构强度及材料工艺都不是70年代以前那样，那时我们可以通过仿制产品的反没计计算分析并试验验证部件和整机的性能，可以基本设计掌握各种数据。70年代以后发动机设计技术，运用了大量的气动热力，结构强度等革新的理论，如果不预先掌握这些新的技术理论，没有先进预研成果和技术储备，光靠反设计来消化吃透是不可能获得它的精确设计数据的。例如，叶轮机械，如果我们不精通三元流理论，就无法得到压气机和涡轮的气动数据。在结构强度上也有类似情况。此外，还有以下二个原因如不贯彻以我为主自力更生的方针发动机研制很少可能成功。 1)70年代以后设计的发动机由于飞机发展的需要大、小型发动机都增加可靠性和维修性，有些民用飞机对此性能要求还要突出。 无论是军用的适用规范，或民用的适航标准，都对发动机的可靠性和维修性有明确要求。 出于可靠性影响发动机的安全、任务能力和费用，在发动机研制开始就必须予以考虑。要解决发动机的可靠性问题，就要全面贯彻通用规范和适航标准，如果发动机不是自己研制而靠仿制别的型号，要想达到可靠性要求和规定的指标(空中停车率、提前换发率及部件更换率等)则很难做到，即使花费大量资金和人力来消化吃透，所得数据也不可能与原设计相同。 维修性也是新发动机设计的重要指标之一，它是广义的可靠性的一部分。成功的维修性设计，可以显著降低维修费用，缩短维修周期，提高产品的有效性，从而加速飞机周转，提高飞机的出勤率。这是军、民用飞机发动机在市场上的重要竞争项目之一。如果不是自行设计从一开始就考虑，而是仿制来的型号，取反设计是无法得到的。这是航空发动机设计进人70年代中期以后：在研制方法上出现大的变革带来的特点。除了以我为主研制自己的发动机，已无他路可循。 2)美国发动机结构完整性关于发动机的定寿延寿工作，也屑于发动机可取性的范畴。 美国发动机结构完整性大纲规定必须从设计一开始就要考虑。无论是关键部件或整机的寿命，都必须从气动、结构强度设计人手，在规定的包线范围内，在规定的环境和姿态条件下，根据所选的材料特性，能否正常完成功能，进行零部件的静、动强度计算、寿命预估计算和损伤容限设计等由此规定部件和整机的寿命。这与60年代以前的设计方法，用结构强度的经验设计、静强度破损计算，部件寿命放在研制以后来考虑的方法完全两样，如果发动机不是以我为主来研制，不从一开始设计就考虑部件和整机的寿命问题，而靠仿制别的型号，再来研究发动机定寿、延寿，它有多大的盲目性，也是显而易见的。 3)关于研制发动机贯彻规范和申请适航证中的问题。 根据近两年来，南方公司两型发动机申请型号合格证的工作过程，由于这两型发动机不是以我为主自行研制，按中国民航适航标准(CCAR33部)的要求许多设计数据，我们不能满足适航标准要求。例如，发动机的盘、轴等关键部件的低循环疲劳，它的原设计要求多少次循环，低循环裕度是多少,国外没有告诉我们，我们就无从得知。就是我们做摸底验证试验，也很难得到确切数据。还有发动机部件的实际振动值，原设计值是多少?公差范围是多少？国外没有告诉我们，我们就很难有确切数据通知民航当局，造成申请适航证中的难以解决的问题。如果是我们自己研制的发动机，自始至终我们自己根据设计要求掌握了大量数据，这种被动局面就可以避免。当然，军用发动机需要贯彻通用规范，在有些地方比适航标准的要求更加严格，所要求的项目更多。 从上述三个问题来分析，事实告诉我们，80年代以后的发动机研制，靠仿制别的型号或部分仿制别的型号而得到的新发动机，技术上很多问题弄不清楚，发生故障很难有把握地排除申请适航证或贯彻通用规范给不出确切的