动力先行 来自GE航空发动机产业发展的启示

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中国航空报讯:纵观全球航空发动机产业发展历程,百年老店的美国通用电气(GE)公司作为参与者之一,书写了许多浓墨重彩的篇章。1942年,GE成功造出美国第一台喷气式航空发动机I-A,助力美国第一架喷气式战机XP-59飞上蓝天,美国由此进入喷气时代。尽管在此之前英国和德国已先后研制出自己的涡轮喷气发动机并实现喷气飞行,但随着美国航空动力产业的跨越式发展,美国作为“后起之秀”一步步实现赶超,成为当今世界航空工业的霸主。这其中,GE航空发动机产业发展起着至关重要的作用,众多成功与失败都在诠释和印证:动力先行是航空产业发展的关键。

下好一招先手棋

20世纪60年代末,为了应对苏联米格-23和米格-25等先进飞机装备的威胁,F-14、F-15等全球闻名的战机应运而生,但是飞机和发动机研制、交付和使用的全过程并非一帆风顺,作为战机动力之一的F100发动机由于研制周期太短、验证不充分,后期故障频发,一度让美国军方伤透了脑筋。美国军方总结的宝贵经验其中之一便是——发动机的研制比飞机要难得多,需要的研制开发周期比飞机要长得多。这也早已成为全球飞机与发动机生产制造厂商的共识——谁能“动力先行”,谁就掌握了竞争的主动权。

1962年,波音联合GE向美国空军建议,研制能够运送坦克等大型武器装备的运输机,能较大程度地提高美军的战略转移能力,并指出当时C-141运输机动力不足,需要开发划时代的新型发动机。美国军方对未来装备进行了认真分析和研究后,开启了C-5A“银河”大型军用运输机项目,并明确要求“动力先行”。

GE公司在GE1核心机的基础上设计了新一代TF39大涵道比涡扇发动机。TF39凝聚了GE公司十几年的研究精华,以及众多开创和突破性尖端科技。得益于GE公司始终坚持的部件研制试验和不断持续优化,使发动机每个部件的效率都达到极致。美国军方在没有选定飞机制造商之前就宣布,GE公司的TF39获得了C-5A的订单,并要求GE与三家飞机制造商波音、洛克希德和道格拉斯分别签署合作协议,最终洛克希德在竞争中胜出,承担C-5A的研制重任。

由于研制时间充分,以及前期技术积累深厚,TF39发动机共完成了17700小时的整机试验,12万小时的部件和系统试验,于1968年顺利通过美国空军鉴定定型后开始批产。1970年,以4台TF39为动力的C-5A运输机如期开始装备部队。

C-5A大型军用运输机和TF39先进大涵道比涡扇发动机的成功研制,不仅为部队远距离投放大型武器装备和军需物资提供了高效、快捷、大容积的空中运输通道,也为后来大型民用客机和大涵道比涡轮风扇发动机的研究与开发打下了坚实的基础。

改写命运之役

动力先行不只是军方的经验和要求,竞争激烈的民用市场上,机会稍纵即逝,如果发动机不能按时交付,或者产品性能不能满足客户需求,都会造成极其严重的后果。

1967年10月,美国民航当局解除了对机票价格的管制,航空公司开始追求最大限度地降低飞机的里程运营成本,提高其竞争性和盈利性,加上当时FAA适航取证要求飞机在跑道上滑跑的关键位置,一台发动机意外失效,飞机必须靠剩余的发动机安全起飞。三发250座级大型宽体客机的构想受到美国各大航空公司的欢迎。道格拉斯公司和洛克希德公司分别推出了DC-10和L-1011三发250座级宽体飞机的设计方案,分别由GE和罗罗公司提供动力。

GE公司初始设计的CF6-6发动机已经适合DC-10和L-1011的设计要求,但是GE根据多年的经验,认为在飞机设计和研制过程中,随着航空公司用户要求的飞机航程越来越远、飞行速度越来越快、运载能力越来越强,飞机对发动机推力的需求也越来越大,所以在设计阶段就留有一定的增推空间,但是仍无法满足客户要求,于是又在CF6-6的基础上推出了CF6-50发动机。1970年8月,DC-10飞机进行了首飞。而事实上,在此之前,GE公司的飞行试验团队已经将CF6-50安装在自己的B-52飞行试验平台上进行过多次飞行试验测试。

而另一边,罗罗公司的RB211发动机陷入了技术“沼泽”。1970年12月,RB211发动机风扇的一揽子技术问题仍得不到有效解决,直接影响了L-1011飞机的研制、取证、制造、交付等进程,洛克希德公司和订购了L-1011飞机的航空公司都开始向罗罗公司索要高额赔偿金。大量资金被吞噬,罗罗公司不得不申请破产保护,英国政府全面接管罗罗公司的债务,并对其进行了重组。尽管最终RB211发动机走出了泥潭,和L-1011飞机一起在技术上获得了成功,但是由于发动机交付时间比预期推迟了6年,L-1011飞机的市场早已被吞食干净。洛克希德公司因为销售不畅未能收回成本,宣告停止了自身的商用飞机业务。

科技创新的先遣队

然而,动力先行,绝不是简单的“一念成行”。航空发动机领域几十年的实践经验证明,企业投入大量的真金白银,聚集数以万计的各相关专业精英,经过精心的组织策划和数十年坚持不懈的奋力拼搏,才有可能开发出符合市场需求、具有市场竞争力、被客户所钟爱的发动机。航空发动机研制涉及到产品设计、制造、工艺、材料、试验验证等多个技术领域,只有打好技术基础,才能研制出高性能的产品,从而在航空发动机高科技领域处于领先地位,在市场竞争中占据优势。

“为未来业务的需求做好技术准备,当市场出现需求时即一切就位。”这是GE始终践行的理念。GE通常要花10~20年的时间进行飞机发动机高新技术的预先研究和开发,以掌握先进技术,积累经验,规避风险,从而得到性能先进、经济性良好的发动机型号设计方案。

自20世纪50年代初期,GE就在涡轮喷气发动机事业部设立了发动机设计、材料、工艺、能源等先进技术的研究开发分部,科技创新成为GE公司喷气发动机技术进步的重要标志。

20世纪60年代,GE伊文代尔材料实验室开发出Rene镍基合金,起初被用于J79发动机,后来被广泛应用于GE4、TF39、CF6、F101、T700等型号发动机,对提高发动机性能起到了关键作用。

20世纪70年代,GE全面开展了发动机和飞发一体化各个领域技术的研究、开发、设计、试验工作,这些先进技术在20世纪80年代甚至进入21世纪后都得到了充分利用,并发挥了举足轻重的作用。

同时,GE公司借助于美国政府资助的一系列航空发动机高科技发展计划,不断开发发动机高新科技,并应用于新型发动机产品的研制和对现有产品性能的改进与完善。获装波音777飞机的GE90发动机在设计过程中就大量采用了美国飞机发动机关键技术研究计划中取得的重要成果。

GE在飞机发动机科研和高新技术开发方面的高额投入,成为其产品在市场上立足并取胜的先决条件。

GE航空集团每年都拿出约占其营业额10%~15%的经费,数额高达十几亿甚至几十亿美元,用于飞机发动机先进技术的研究与开发。其中,20%用于基础科学,即与航空发动机直接相关的基础科学研究与开发,如新材料、新工艺、新的计算分析程序和软件、燃烧基础理论、空气动力学、结构力学分析、计算机辅助设计、检测技术等。30%用于应用技术,即发动机高新科技的工程应用、加工制造以及质量监控;50%用于产品开发,即发动机及相关部件和系统的设计、工艺、工程制造、试验、适航取证、售后服务等。

动力先行,人才也要跟得上脚步。GE能够设计出世界上最先进的飞机发动机,离不开其拥有一支完备而出色的项目管理和工程技术人员队伍。GE的全球研发中心总部和分部吸引着世界上出色的科技专业人才,总部2000人50%以上具有博士学位。GE的传奇总裁韦尔奇在自传中写到,GE飞机发动机集团就像一家卓越工程师和管理人员的职业培训中心。这些工程师和管理人员同甘共苦,研究、开发、制造出性能卓越的飞机发动机,以理性的价格卖给客户,为GE公司创造巨额的销售产值和合理的利润,也让所有参与者和合作者都从中受益。

跟随GE的时间轴看向各国航空发动机产业的发展,即使工业基础强大如德国宝马公司,也曾经由于在现代航空发动机行业缺少“懂行”的人才队伍,白交了数十亿美元给罗罗公司而无所斩获。印度更是早在20年前就开始了其卡韦瑞发动机研制,也因为缺乏既有专业技能又有实际经验的项目管理和工程技术人员,到头来落得个竹篮打水一场空。

无数事例证明,发动机技术是买不来的,也无法靠“引进、仿造”获得,没有任何捷径,动力要先行,预研必须先行,人才更要先行。

责任编辑:助理编辑 白雪

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