热门:刘大响：新一代超声速民机若成功，北京到纽约仅需4小时

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【编辑附记】8月17日，在年暑期院士专家系列科普讲坛上，中国工程院院士刘大响阐述了目前中国航空发动机的现状和趋势。 目前，包括世界中国在内的几个大国正在研究下一代超声波速度民机，说在通常的机场可以实现低噪音、零排放水平的下降 这个组合引擎如果开发成功，飞机的飞行马赫数将提高到4左右，从北京到纽约的飞行时间将从3小时缩短到4小时 这次讲坛由上海市信息出版社、上海市科学技术协会主办，由上海市科普作家协会、上海科学协会大讲坛管理办公室和新华网科普中国科学技术前端大师协商承办 以下是刘大响院士演讲的实录，经过演讲者审定，今天我发言的主题是:国家宝贝，超越快速发展，关于加快中国航空动力快速发展的几点思考 刘大响画像来自网络的第一部分:动力现状和趋势航空发动机是飞机的“心脏”、国家宝物，“王冠宝石”，是国家重要的战术新兴产业 我想谈四个方面的问题:动力的现状和趋势、动力的优势和难点、动力的挑战和机会、中国大飞机的梦想 20世纪40年代末以来，世界军用航空喷气发动机迅速发展了四代 加权比是发动机的推力与重量之比，是测定军用航空发动机的重要指标之一，该指标越高发动机性能越好，但涡轮前气体温度越高，开发难度也越高。 现在世界上只有美国的f22架拥有4代发动机，中国的第4代发动机正在进行研究 第五代是新一代引擎，现在连美国都做不到。 这是我们下一个重要的奋斗目标。 民航发动机也同样迅速发展了四代，我国的c919干线飞机使用了第四代发动机 这是美国开发的leap—1c，国产长江1000a发动机正在上海进行研究 我的国民飞机动力启动时间很慢，需要从第一代直接跨越到第四代。 指标先进，难度大，可能还需要十几年。 将来是c919飞机的第一动力，因为要更换leap—1c发动机。 开发使用比较成熟的发动机进行第一次飞行的新飞机也是国际上常见的方法 在现代军民用发动机中涡扇发动机是现在的主流，将来有很大的迅速发展前景 民用发动机的含道比进一步增大到10-15，含道比越大，一般油耗越低 军用涡扇发动机的加权比可能会进一步提高，估计加权比可能会提高到12-15，这是未来第五代发动机需要的重要指标 我们知道发动机有涡轮发动机、冲压发动机火箭发动机等各种类型 这些发动机有最佳的采用范围，不能单独从地面飞往宇宙。 当然火箭会发射，但不经济，价格很高，不能多次重复使用。 要在通常的机场实现水平起落，反复多次进入宇宙，仅靠一种发动机是很难的 现在可行的方法通常使用这三种动力的组合 与航空宇宙动力结合，引起第三次动力“革命” 冲压发动机现在主要用于航天工程，将来与涡轮发动机组合，将成为通常的水平起落、接近空间的高级音速军用飞机的主要动力装置 这种组合的动力，如果用于军用飞机，其飞行速度可以达到马赫数5-8，如果用于民用飞机，其飞行马赫数为4+，即1小时内可以使飞机飞行近5000公里 目前，包括世界中国在内的几个大国正在研究下一代超声波速度民机，在通常的机场，可以实现低噪音、零排放水平的下降 这个组合引擎一旦开发成功，飞机的飞行马赫数将提高到4左右，从北京到纽约的飞行时间将从3小时缩短到4小时，世界将成为“地球村”，人类将真正实现“天涯若邻”的梦想！ 早上去美国的话，晚上就可以回来了 这是一项很高的科学技术成果对人类社会的文明进步有很大的促进作用 众所周知，现在美国有nasa的n+、n+2、n+3计划，欧洲有lapcat计划，俄罗斯的计划是transport，这些都是研究超声速民用飞机的引擎 在涡轮上加上冲压，再加上火箭的组合，就成了空中飞机的动力 你可以在普通机场起飞，飞到一定的高度，启动另一台发动机。 在离地面80公里到100公里左右的地方，一旦接近重力边界，火箭就会点火，再施加一个力，飞机就可以进入低轨道宇宙 宇宙飞机的飞行路径怎么样？ 在通常的机场水平起飞，飞机达到一定的高度、速度后，母机脱离进入宇宙的飞机，母机返回地面 飞机继续飞行，进一步加速，达到一定的高度和速度后，进入宇宙的飞机脱离火箭，被更小的火箭推着进入宇宙的低轨道环绕地球，回来后可以正常着陆在通常的机场跑道上 我相信人类文明这个梦想一定能实现 我们这一代科学运营商正在开展这方面的研究事业 这种组合的发动机非常多，复杂，技术上很难，所以需要好几代人不断努力，用接力的方法做它。 我也相信这一代飞机和引擎是在包括今天在这里的年轻朋友在内的下一代人手里创造的！ 你们的责任重大，使命光荣，都离得很远 在座的各位，要好好学习，长大后脚踏实地，卷起袖子加油，为早日实现人类这个伟大的梦想贡献自己的力量！ 第二部分:航空动力的优势和难点航空发动机被称为飞机的“心脏”，是军用飞机和航空工业迅速发展的源动力，是决定现代战争胜负的重要因素，对国民经济的迅速发展和科技进步有很大的推动和促进作用。 代引擎，代新飞机 目前航空发动机的快速发展水平已经是一个国家综合国力、工业基础和科技水平的集中表现之一，是衡量国家安全和强国地位的重要战术保障 航空发动机是非常多且复杂的热机械，在高温、高压、高转速和交变负荷的极端恶劣条件下长时间可靠工作，推力(电力)大，油耗低，重量轻，寿命长，噪音小，污染少，可靠性高 我谈发动机的优势和难点 一是具备高安全性和高可靠性 不允许在发动机空中停车 现代民用发动机的寿命达到3万小时以上，将来可能超过10万小时，但对空中停车率的要求是发动机每10万飞行小时不得超过0.2~2次 发动机暂时停在空中，不能在空中悬停修理，所以飞机如果动力不足就会像铁块一样落下，引起重大的毁灭性事故 为了使发动机在空中安全可靠，除了大量的理论研究和设计、模拟之外，模拟飞机还需要在空中的实际环境条件下进行大量的实验研究，排除所有可能发生的故障 二是压力比较大。 民用发动机压缩机出口为50~70气压，相当于深175米的长江三峡水库水压，要求厚度2~3毫米的薄壁壳体不变形、不破裂、不破裂。 第三，转速高，现在的涡轮发动机转速达到15000、16000转/分钟，在高温条件下，一个小翼受到的离心载荷必须是其自身重量的1万倍以上，翼不断裂。 第四，温度很高 涡轮前的气体温度是军用发动机接近2100k，民用发动机1900k左右 在这个温度下，现在的金属都融化了。 我们必须在设计上、材料上、制造工艺上、空冷、隔热涂层、提高材料的耐高温性等各种方法，克服这些困难。 五是燃烧室里的风速很大 17级大风时必须点火，而且火焰必须稳定，出口温度场分布不容易满足规定的指标要求 但是，通过人们的努力，现在已经实现了这些，即使在超声波速度条件下也可以实现稳定的燃烧 第六点发动机的加工制造很难。 现代发动机有上万个零件。 必须用轻量、高温、高强度的特殊材料制造。 加工精度达到微米级，很多人像现代发动机很多精致的工艺品，被称为“王冠上的珠宝”。 第七点航空发动机在飞行前必须进行各种大量的试验 据统计，新设计的航空发动机一般需要进行20万小时的零件实验、3万小时的整机地面试验、3000小时到6000小时的高空台模拟、5000小时到10000小时的飞行试验。 发动机的开发周期之所以长，是因为必须做那么多实验。 发生事故时，需要修改设计，反复测试。 而且，发动机设计定型后，必须用样机飞机进行10~20万小时的成熟性飞行试验，光是这样就不能使发动机真正成熟，将故障率控制在最小限度 第八，发动机是非常昂贵的产品 涡轮发动机的气体温度非常高，需要使用最高的材料，需要最精细的制造，需要进行大量的试验研究，需要建立大量的试验设备，需要投入大量的人力、物资，因此其价格高，价格高 根据国际统计，高温涡轮叶片的价值相当于同等重量的黄金价值，发动机整体的价格相当于白银价格 另外，航空发动机的产业链很长，涉及空气动力、燃烧、材料、机械、制造等多个学科，可以带动国家许多产业的迅速发展 据美国兰德企业的统计，每向航空工业投资1万美元，10年后航空工业及其推进的相关产业就可以产生约60万美元的产值 通产省解体，按产品单位重量的价值计算，船舶为1的话，乘用车为9，电子计算机为300，喷气式客机为800，航空发动机为1400 由于具有以上大的优势和难点，航空发动机的开发难度大，周期长，成本多，风险高 航空发动机是国家装备制造业水平的集中表现是国家经济安全和国防安全的重要保障 航空发动机的开发不能说挑战了工程科学技术的极限 正如美国国家重要技术计划所说明的那样，“这是一个技术精湛，初学者难以进入的行业，国家需要充分保护和利用这个行业的成果，需要长期积累数据和经验，以及国家大量投资”。 因此，长期以来，美国、俄罗斯、英、法等少数航空发达国家以航空发动机优先快速发展为基本国策，使航空动力工业迅速发展成为高附加值的国家高新技术战术产业，严格封锁航空动力技术，禁止出口转让 现在世界上有几十个国家能独立设计生产飞机、坦克、舰船，能发射核弹、火箭、卫星的国家也不少，但能自主开发先进航空发动机的国家只有美国、俄罗斯、英国、法等少数发达国家。 第三部分:航空动力挑战与机遇之年11月1日，美国洛克希德·马丁企业公布了sr-72高超声速飞机快速发展计划，巡航马赫数为6，年开始研发，2023年实现首次飞行，2030年装备部队 美军主张“如果有sr-72，世界上所有的导弹防御系统都将不起作用。” 2001年美国提出了新的“三位一体”战术威慑体系概念，由单纯依靠核武器向“核常兼备、攻防一体”转变，航空武器逐渐从常规武器升级为战术性武器装备。 美国国防部在《共同构想》中建议，构成美国未来军事战术基础的九项特征技术是雷达、喷气发动机、核武器、夜视装备、灵巧武器、隐藏的全球定位系统、无人机、能力更强的新闻管理系统 他们把航空发动机的喷气发动机排在第二位，第三位是核武器 美国回到亚洲，提出“亚太再平衡”，加强了关岛中心的第二列岛线的构筑，配备了b-2隐形轰炸机和第四代f-22隐形战斗机等航空武器 第四代f-35轻型战斗机也大量部署在我的周边国家和地区 这对我国的国家安全构成严重的威胁 据美国国防部介绍，如果有高度的音速巡航导弹和航天飞机，美军就有“发现并破坏”的能力。 如果有接近空间的高级音速飞机，美军可以超过领空限制，不依赖海外基地，1~2小时内可以直接打击世界上的任何目标 由此可见，我国未来的第一威胁和挑战来自天空 这必须引起我们的高度重视和警戒！ 我们的重大机会是，在党的十八届五中全会上，习主席基于原来的16个科学技术重大专业领域，以2030年为时间节点，选择体现国家战术意图的重大科学技术项目，以突破为目标。 确定航空发动和燃气轮机(简称“两机”)成为国家重大科学技术专业之一 年8月28日又单独成立了中国航空发动机集团企业。 这是党中央、国务院新时代作出的重大战术决定 我们的快速发展目标是，通过20-30年的努力，坚定地走上独立自主的快速发展道路，全面提高自主创新能力，攀登三个技术台阶，实现第三、四代主战飞机和c919干线客机动力的自主保障，“从跟踪研究中自主开发 我们国家的发动机落后，最大的问题是技术基础不扎实，储备不足 因此，我们需要进一步巩固技术基础，提高自主创新能力。 另外，必须加快装备的开发，提高我们主战装备动力的自主保障能力。 另外，国家“两架”的重大专业计划庞大，必须统一协调，强调要点 另一个是深化改革，包括体制机构改革、科学管理，加快我们的研发进度 通过实施“两架”重大专业领域，我们必须提高三种能力:第一是自主创新的研发能力，第二是材料和制造的支持能力，第三是科学试验的保障能力 跨越三个技术台阶，实现两个战术转换，到2030年左右，我们国家将跻身世界航空动力强国之列 第四部分:中国大飞机的梦想大家都关心我国的大飞机 幸运的是，中国大型运输机y20于年1月26日实现了首次飞行，年7月6日，两架y20飞机已经交付部队采用，使中国空军向战术空军迈出了重要一步 我国第一架自主开发的c919干线客机于今年5月5日在上海成功首次飞行 作为国家大型飞机论证委员会和专家委员会的委员之一，我有幸坐在c919第一个飞行现场的主席台上，和大家一起欢呼跳跃，流下了感动的眼泪！ 中国大飞机的梦想经历了“一波三折”“三上三下”的坎坷。 1970年8月，中国第一项大型飞机工程正式立案，称为“七十八工程”，后来命名为运输-10 经过10年的奋斗，中国第一架大型喷气式客机于10年9月在上海成功飞行，同时飞往北京和一些大城市，7次飞越青藏高原到达拉萨。 这个意义非常大 在当时非常严峻的环境下，国内经济实力不足，技术也相对落后，但通过努力飞机的研究开发取得了这么大的成功，确实是一大成就。 但是遗憾的是，由于各种各样的理由，1982年运气10黯然下马了 第二次是从1984年到1996年的12年间 我们的运气10在1982年下马后，继1984年与美国麦道企业合作，组装md80和md90实现了国产化，这个项目干了12年最终下马 因为当我们的国产化达到70%时，美国突然采取了波音企业收购麦道的措施。 收购完成后，波音企业宣布原麦道企业开发的md系列飞机全部停产，因此中美合作的md飞机项目不得不中止 第三次是1999年，中央决策100架大型飞机，被称为ae100，与法国、新加坡、韩国合作开发 但是，由于各种各样的理由，两年后也停止了。 这就是中国大型飞机的“三上三下”摇滚 经过30多年的两代努力奋斗，没有成功，但中国人民的大飞机梦想破灭了，没有放弃。 这次我们在做单通道c919干线客机。 可以说是第四次开发中国的大型飞机。 成功是不能失败的。 在党中央、国务院的正确领导下，在各部委、上海市和全国人民的支持下，采取了许多措施，“十年磨练一剑”，终于实现了首次飞行 现在c919有将近600架订单。 尽管离投放市场还有很长的路要走，我相信c919飞机一定会成功。 从2001年开始，王大也、师昌绪、顾读芬三位院士主导，我也参与其中，多次讨论，还召开了大规模的“香山科学会议”，2003年，十几名院士在中央写书，呼吁一定要做中国自己的大飞机 这一呼吁得到党中央和国务院的高度重视而被采用 我是第十届全国人民代表大会代表，又当选为全国人民代表大会常务委员 利用这个难得的机会，在2004-2007年全国人民代表大会会议期间，我还在中央继续写了三份建议书和议案，十几个委员共同签名 多次呼吁制造中国自己的大飞机！ 之后，有关部门和单位的多个院士和专家以多种形式向上司反映了自己的意见和意见 这些努力终究没有白费。 2006年3月，十届全国人民代表大会四次会议通过了《国家中长期科学和技术快速发展计划纲要( 2006―年)》，将大型飞机正式列入中国“十一五”快速发展计划纲要中的16个重大科技专业项目之一。 2006年，中央决定成立大飞机工程专业，成立国家“大飞机方案论证委员会”，我有幸作为委员之一参加了论证工作 当时我们大飞机方案的论证面临六大问题，通过研究，统一思想，最终得出一致的观点和建议:⑴是否制造大飞机——这是建立创新型国家的象征工程，是中国人民又一个强国的梦想 ⑵能否制造大型飞机---国内已经有技术、条件、人才和资金四个必要条件 ⑵制造什么大飞机---一个平台、两个机型、军民结合，大运先行 ⑵如何制造大飞机——以自研为主，以合作为辅，坚定走自主创新之路 ⑵在那里制造大飞机——军民分手，密切合作，双向转移，互利共赢 ⑵是否制造民用发动机——大飞机一定要安装健康强壮的“中国之心” 实践说明，当时国家大飞机方案论证委员会提出的方案和建议积极合理可行 在党中央、国务院、中央军事委员会的正确指导下，国家“大型飞机重大专业”查明的两种类型的大飞先后首次飞行成功 年1月26日，我国自主开发的大型运输机y20实现了首次飞行，仅5年半，这是一项重大成果，年7月6日，2架y20大型运输机被部队交付采用。 年11月2日，c919大型客机的最终装配线只有7年半，这也是一大成就 今年5月5日，c919在上海成功完成了首次飞行 自主开发的大型飞机所需的先进大涵道比涡扇发动机取得了可喜的进展 对此，全国人民欢心鼓舞，世界各国震惊！ 现在，“航空发动机和燃气轮机”的重大专业项目正式成立，还单独成立了中国航空动机集团企业。 这是党中央、国务院新时代作出的另一项重大战术决定，中国航空发动机迎来了前所未有的快速发展机会 我们相信在党中央、国务院、中央军事委员会的大力领导下，“两机重大专业”一定会圆满成功。 航空动力强国将站在世界之东！ (据主办者提供速记整理，经过演讲者审定) 原来的主题是“国家宝贝，超越迅速发展——关于加速我国航空动力迅速发展的一点思考”(本文来自澎湃信息，越来越多的原始信息请下载《澎湃信息》APP )