何懿

工業(yè)皇冠上的明珠

記者（以下簡稱“記”）：航空發(fā)動(dòng)機(jī)是保證國家安全、彰顯強(qiáng)國地位的航空武器裝備的“心臟”，請您簡介一下它的地位和重要性。

李院士（以下簡稱“李”）：航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛行器的心臟，飛行器劃時(shí)代的突破，都直接與航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)進(jìn)步有關(guān)系。1903年，美國萊特兄弟設(shè)計(jì)制造的飛機(jī)為什么被稱之為第一架飛機(jī)？因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了機(jī)體重于空氣持續(xù)留空、可控制、有動(dòng)力的飛機(jī)三大要素，有了動(dòng)力推動(dòng)飛機(jī)飛行才稱之為飛機(jī)。而噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)后使飛機(jī)突破了音障，使人類跨入超音速飛行時(shí)代，所以航空發(fā)動(dòng)機(jī)對飛機(jī)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用?？梢哉f，航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)性能、經(jīng)濟(jì)性等的主要決定因素。

比較而言，發(fā)動(dòng)機(jī)比飛機(jī)的研發(fā)要難，時(shí)間也長，有些航空發(fā)動(dòng)機(jī)從設(shè)計(jì)到定型長達(dá)二三十年時(shí)間。一架飛機(jī)上，發(fā)動(dòng)機(jī)的重量（包括燃油的重量）占到飛機(jī)全重的百分之五六十甚至更多。在整個(gè)飛機(jī)全壽命周期的費(fèi)用中，發(fā)動(dòng)機(jī)消耗的費(fèi)用占比也是多數(shù)。先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，是一個(gè)國家綜合國力和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的體現(xiàn)。目前世界上只有聯(lián)合國的5個(gè)常任理事國，即美國、英國、法國、俄羅斯、中國在研制大中型航空發(fā)動(dòng)機(jī)，排名第一的還是美國，法國堅(jiān)持獨(dú)立自主研制軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)，有可能性能差點(diǎn)、時(shí)間晚點(diǎn)，但堅(jiān)持用自己的。世界上其它一些國家以研發(fā)小型發(fā)動(dòng)機(jī)為主，如無人機(jī)、支線飛機(jī)上用的發(fā)動(dòng)機(jī)。

記：國際上如何評價(jià)航空發(fā)動(dòng)機(jī)？

李：國際上對航空發(fā)動(dòng)機(jī)有很多評述，如美國曾經(jīng)在國情咨文中描述到：航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)技術(shù)精深的、新手難以進(jìn)入的領(lǐng)域，它需要國家充分開發(fā)、保護(hù)并充分利用該領(lǐng)域的成果，需要長期的經(jīng)驗(yàn)和大量的數(shù)據(jù)積累，以及國家大量的投入。指導(dǎo)美軍21世紀(jì)聯(lián)合作戰(zhàn)的綱領(lǐng)性文件《2020年聯(lián)合設(shè)想》中，列出構(gòu)成美國未來戰(zhàn)略基礎(chǔ)的九大優(yōu)勢技術(shù)，其中第一位是雷達(dá)，因?yàn)樵谧鲬?zhàn)中首先要看到。航空發(fā)動(dòng)機(jī)排在第二位，位于核技術(shù)之前。在戰(zhàn)場上，美國的航空發(fā)動(dòng)機(jī)也展示出了強(qiáng)勁的優(yōu)勢和實(shí)力。自科索沃戰(zhàn)爭、海灣戰(zhàn)爭以來，空中精確打擊成為主要作戰(zhàn)樣式，航空發(fā)動(dòng)機(jī)是戰(zhàn)斗力的核心之一，戰(zhàn)斗機(jī)和無人機(jī)有一個(gè)好的“心臟”才會(huì)有好的性能或效能，也才會(huì)有強(qiáng)大的空中精確打擊力量。

記：請簡略介紹一下國際上航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢？

李：總的來看，國際上航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展不僅沒有停止，而且呈現(xiàn)加速發(fā)展的態(tài)勢。民用和軍用的要求不太一樣。民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要朝更省油、更小排放、更低噪聲、更安全等方面發(fā)展。當(dāng)然，由于遠(yuǎn)距離飛行（如越洋）的需要，發(fā)展超音速甚至高超音速飛行的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)也受到一些國家的重視。軍用的，則主要朝適應(yīng)性更好（多用途）、飛行范圍更高和更快，以及經(jīng)濟(jì)可承受方向發(fā)展，軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比（推力和重量之比）、渦輪前燃?xì)鉁囟鹊炔粩嗵岣?，大量采用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪基沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)等新型發(fā)動(dòng)機(jī)都在發(fā)展之中。

順便說一句，我接受你的采訪，是想通過你們雜志科普的渠道，使更多青年人了解航空發(fā)動(dòng)機(jī)，熱愛并參與航空發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)。

我們的差距與方向

記：中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司8月在北京宣告成立，這標(biāo)志著我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入自主研發(fā)階段，用裝備實(shí)力開啟“中國創(chuàng)造”時(shí)代。我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)目前處于什么水平？

李：整體看航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，我國與世界上相比落后了二三十年時(shí)間。20世紀(jì)五六十年代，我國主要是修理、組裝、測繪仿制航空發(fā)動(dòng)機(jī)，或者引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，沒有做更多的自主研發(fā)?！拔幕蟾锩焙蟮?0年代，國民經(jīng)濟(jì)剛剛復(fù)蘇，對軍用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)投入很少，在這二三十年間，中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)的自主研制工作基本處于停滯狀態(tài)，而其它幾個(gè)國家的研發(fā)步伐則大步向前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)在很大程度上要靠經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，這個(gè)時(shí)間差就使我們落后了，要趕上肯定有很大困難。從中國人和美國人對戰(zhàn)斗機(jī)及航空發(fā)動(dòng)機(jī)的劃代來評價(jià)，美國已發(fā)展到以F-22戰(zhàn)斗機(jī)采用的F119發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的第四代，并在20世紀(jì)90年代就列裝部隊(duì)了。我國則初步解決了三代機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)問題，可以研發(fā)二代機(jī)、三代機(jī)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，但在四代機(jī)和下一代發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)上還存在較大困難。民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)方面，我國只是剛剛起步。雖然我國研發(fā)了大型客機(jī)C919，但發(fā)動(dòng)機(jī)只能是采用美國和歐洲的。當(dāng)然，不只是大型民用客機(jī)，我國首批裝備的大型軍用運(yùn)輸機(jī)采用的也是俄羅斯的發(fā)動(dòng)機(jī)，這已經(jīng)不是秘密。目前，新飛機(jī)研制，航空發(fā)動(dòng)機(jī)拖后腿，自主研發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)度上跟不上，這種情況被稱為“空心化”、“心臟病”。新飛機(jī)沒有“中國心”很危險(xiǎn)，受制于人，競爭力弱。因?yàn)榇笮涂蜋C(jī)要拿到國際市場上競爭，有關(guān)的噪聲、安全性、耗油率都必須達(dá)到國際上先進(jìn)水平，否則沒有人買。而軍用飛機(jī)是要面對面對抗的，性能和綜合效能不能差很多，落后就要挨打。

記：我國現(xiàn)在重點(diǎn)發(fā)展國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，研發(fā)新型先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)難點(diǎn)在哪？待解決的主要問題有哪些？

李：由于新型先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求越來越高，渦輪前燃?xì)鉁囟韧? 800°C以上發(fā)展，給高速旋轉(zhuǎn)的高溫渦輪部件設(shè)計(jì)帶來很大挑戰(zhàn)。同時(shí)，推重比往10以上發(fā)展，要求結(jié)構(gòu)重量很輕，進(jìn)而要求增壓裝置級數(shù)減少、單級增壓比提高等等。為此，需大量采用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，研制難度很大。我國在航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、材料、工藝和試驗(yàn)等各方面都存在問題或不足，基礎(chǔ)條件和技術(shù)儲(chǔ)備不夠，基礎(chǔ)研究不足，技術(shù)發(fā)展速度較慢，先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的自主研發(fā)體系還沒有完全建立起來。

我國現(xiàn)在要啟動(dòng)“航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)”重大科技專項(xiàng)，李克強(qiáng)總理在今年的人大工作報(bào)告中指出，將這個(gè)專項(xiàng)排在新的重大科技工程中的第一位。在今年五六月份召開的全國科技創(chuàng)新大會(huì)、兩院院士大會(huì)、中國科協(xié)第九次全國代表大會(huì)上，習(xí)總書記、李克強(qiáng)總理等領(lǐng)導(dǎo)人也都講到了航空發(fā)動(dòng)機(jī)，把航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為一個(gè)前幾位的、很重要的戰(zhàn)略性行業(yè)，自主科技創(chuàng)新的重點(diǎn)領(lǐng)域來對待。中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司掛牌的時(shí)候，習(xí)總書記、李克強(qiáng)總理有批示，馬凱副總理到會(huì)講話。自主創(chuàng)新發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成為國家意志，我們有信心把航空發(fā)動(dòng)機(jī)搞上去。

自主創(chuàng)新發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)，要解決的問題或重點(diǎn)關(guān)注的方面很多，從一個(gè)研究者和軍方用戶人員的角度，我強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和提高質(zhì)量與可靠性。

關(guān)于基礎(chǔ)研究不夠的問題，業(yè)內(nèi)和管理層已經(jīng)基本形成共識。長期以來，我國在航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)研究方面的力量薄弱，相關(guān)的專業(yè)研究單位少。例如，航空發(fā)動(dòng)機(jī)面臨的增壓問題、熱問題、燃燒問題、振動(dòng)問題等與飛機(jī)比，有更大的難度或特殊性，但沒有像氣動(dòng)院、飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究所這樣專門為飛機(jī)研制服務(wù)的基礎(chǔ)研究單位。我國空氣動(dòng)力學(xué)預(yù)先研究計(jì)劃中，也只有飛機(jī)外流而沒有包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)方面的內(nèi)容。因此可以說，過去對航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)研究重視不夠。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)到目前為止還是一個(gè)試驗(yàn)科學(xué)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程有很多還不能完全從理論上描述，因此不能只依靠理論模型來搞設(shè)計(jì)，而是需要大量的試驗(yàn)和長期的經(jīng)驗(yàn)積累才行。我認(rèn)為應(yīng)將航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)研究分為前沿創(chuàng)新和服務(wù)研制兩大類型。前沿創(chuàng)新部分主要是不斷發(fā)展理論，如湍流這類相關(guān)的問題至今仍是世界難題，這需要廣泛發(fā)揮全國的相關(guān)力量，可以像國家自然科學(xué)基金那樣要支持自由探索。而服務(wù)研制部分，主要內(nèi)容和目的是為設(shè)計(jì)和制造提供大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐和經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的軟件，應(yīng)有明確的需求牽引、成果評價(jià)和轉(zhuǎn)化應(yīng)用機(jī)制。這方面的研究不是為了發(fā)表論文甚至有些成果不能拿去發(fā)表，也有可能被認(rèn)為沒有太大的創(chuàng)新或規(guī)模而獲不了大獎(jiǎng)。雖然有關(guān)內(nèi)容國外發(fā)達(dá)國家已經(jīng)做好或積累了很多，但不會(huì)提供給我們，花錢也買不來關(guān)鍵的數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)軟件，這是核心能力，只能靠自己實(shí)驗(yàn)摸索。國外航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)大量使用各公司研發(fā)的專用軟件，而我們大都還是從國外引進(jìn)的商用軟件，必須用大量的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證和提供應(yīng)用數(shù)據(jù)庫支持，并最終自主研發(fā)軟件，建立我國的研發(fā)軟件體系?？傊愫脼檠兄品?wù)的基礎(chǔ)研究，必須解決需求分析、成果評價(jià)和轉(zhuǎn)化應(yīng)用三個(gè)方面的問題，這牽涉到機(jī)制體制方面的創(chuàng)新，我希望能夠選擇一些優(yōu)勢研究團(tuán)隊(duì)，提供連續(xù)穩(wěn)定的經(jīng)費(fèi)支持，不以發(fā)論文和獲獎(jiǎng)來評價(jià)他們的業(yè)績，而以研究工作的作用意義和研制部門的應(yīng)用效果來評價(jià)。

做為軍隊(duì)的科研人員，我還從用戶角度特別強(qiáng)調(diào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量和可靠性，這兩個(gè)方面也可以合并為廣義的質(zhì)量。過去，我們在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中重在解決有無問題，追求盡快把性能拿到，在性能、進(jìn)度和質(zhì)量遇到矛盾的時(shí)候，往往是犧牲質(zhì)量，結(jié)果導(dǎo)致使用中問題一大堆，而且研發(fā)中也是問題不斷，最終還是影響進(jìn)度，最重要的是把文化搞壞了，管理人員、設(shè)計(jì)人員和工人等都沒有對質(zhì)量足夠重視，這對航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展十分不利，可靠性問題成為我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)的短板。我認(rèn)為，沒有把質(zhì)量擺在突出的位置，這是我國航空和航天最大的差距，因此，我提出航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)理念應(yīng)該是“質(zhì)量、先進(jìn)、適用”，質(zhì)量應(yīng)排在第一位。

此外，對航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，在滿足當(dāng)前需要的同時(shí)，還要考慮發(fā)展下一代和一些新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)。比如現(xiàn)在的航空發(fā)動(dòng)機(jī)都是音速在2.5倍以下，需要發(fā)展4倍多音速、5倍音速以下的亞高超音速飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，從地面開始起飛時(shí)馬赫數(shù)為0，到20～30千米高空最高速度達(dá)到馬赫數(shù)4+。我國急需這樣的飛機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是可以重復(fù)使用、水平起降、飛得快、飛得高，對于遠(yuǎn)程突防、攻擊，包括今后越洋的遠(yuǎn)程商業(yè)飛行都大有用處。對連續(xù)爆震燃燒等新概念航空發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)加大投入和關(guān)注，研發(fā)新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，國內(nèi)外在同一起跑線上，有可能實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑，即使是不能領(lǐng)跑，也不要出現(xiàn)過幾年以后，又要追趕的情況。

使戰(zhàn)機(jī)的“心臟”更強(qiáng)健

記：我國自研的殲-10戰(zhàn)斗機(jī)、“飛豹”殲擊轟炸機(jī)等，以及從俄羅斯引進(jìn)的蘇-27、蘇-30戰(zhàn)斗機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)都是國外的，使用情況怎么樣？

李：這些飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，除“飛豹”的是英國設(shè)計(jì)的外，其它都是俄羅斯的。當(dāng)然，最新型的殲-10改進(jìn)型，我們已改用國產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。目前，我國使用的俄制軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要是70、80年代的三代發(fā)動(dòng)機(jī)，性能還不錯(cuò)，與美英同代發(fā)動(dòng)機(jī)可比擬，但安全可靠性和壽命要差一些。此外，在我國使用存在環(huán)境適應(yīng)性不夠等問題。我們提出使戰(zhàn)機(jī)的心臟更強(qiáng)健，就是要更安全、更適用，我的團(tuán)隊(duì)研究工作也是圍繞這兩方面來做的。

這里，解釋一下航空發(fā)動(dòng)機(jī)適用性，有兩方面的含義。

一是作戰(zhàn)飛機(jī)要在不同環(huán)境下使用，包括氣候條件、海拔高度等，比如說對高原、高低溫不同的地區(qū)和空中高度、速度范圍的適應(yīng)性，這些與發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)使用條件有關(guān)。我國與俄羅斯地理氣候環(huán)境不一樣，而且，有的航空發(fā)動(dòng)機(jī)在我國因?yàn)檠b用的飛機(jī)類型不同，導(dǎo)致適用性出現(xiàn)問題。

另一種適應(yīng)性是發(fā)動(dòng)機(jī)裝在飛機(jī)上的機(jī)動(dòng)飛行的適應(yīng)能力，不僅與發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)，而且與飛機(jī)進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī)匹配有關(guān)。飛機(jī)機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)是氣體從前面的進(jìn)氣口進(jìn)去，在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)增壓、燃燒后高速噴出，產(chǎn)生反推力推動(dòng)飛機(jī)飛行。但戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)動(dòng)動(dòng)作很大，如“翻筋斗”、“眼鏡蛇機(jī)動(dòng)”等，做這些動(dòng)作時(shí)進(jìn)去的氣流不一定均勻、順暢，專業(yè)術(shù)語叫“進(jìn)氣總壓畸變”，發(fā)動(dòng)機(jī)可能像人一樣出現(xiàn)“哮喘”（專業(yè)術(shù)語叫喘振）導(dǎo)致空中停車。二代機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，這個(gè)問題更突出一些。

記：這樣一來，俄式航空發(fā)動(dòng)機(jī)在中國肯定有不適應(yīng)的方面，具體有哪些水土不服？

李：主要出現(xiàn)兩大類問題。一是高空小速度范圍使用和機(jī)動(dòng)飛行穩(wěn)定性問題。例如，我國將戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)改裝為無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，戰(zhàn)斗機(jī)在高空中一般靠飛得快來保持空中穩(wěn)定性，而無人機(jī)的主要任務(wù)是偵察，為了看得清、看得遠(yuǎn)，在空中的飛行速度比較慢、高度比較高。這樣一來，戰(zhàn)斗機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)用在某些無人機(jī)上就超過了它原來設(shè)計(jì)時(shí)的使用條件，可能出現(xiàn)燃燒熄火和機(jī)動(dòng)飛行喘振這類不適應(yīng)的情況。二代機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，無論是發(fā)動(dòng)機(jī)還是進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配設(shè)計(jì)水平都有限，機(jī)動(dòng)飛行喘振問題比較突出。

二是高原環(huán)境使用問題。俄羅斯沒有我國這么高海拔的高原，飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)沒有這方面的指標(biāo)要求，也就沒有加入高原使用的相關(guān)設(shè)計(jì)。因此，他們的發(fā)動(dòng)機(jī)不太適應(yīng)高原氣候，出現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)不起來等問題，俄羅斯曾公開表示他們的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高原適應(yīng)性需要改進(jìn)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)不適應(yīng)高原環(huán)境，嚴(yán)重影響了飛機(jī)在高原地區(qū)的戰(zhàn)斗力。因此，我們要解決這些高原存在的問題，滿足戰(zhàn)斗機(jī)的作戰(zhàn)使用要求。

記：如何解決俄式戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在高原上出現(xiàn)的問題？

李：當(dāng)時(shí)俄羅斯不幫助我們解決這方面問題，又不會(huì)告訴我們設(shè)計(jì)核心技術(shù)，給的都是維修資料，沒有設(shè)計(jì)資料，因此，只能靠國內(nèi)力量解決這個(gè)問題，難度是較大的。我們作為空軍的教學(xué)單位，先是派人員到俄羅斯學(xué)習(xí)飛機(jī)保障技術(shù)，然后回來教部隊(duì)的干部、戰(zhàn)士，并從俄羅斯引進(jìn)了一些教學(xué)設(shè)備，相對來說，我們在國內(nèi)最有條件解決高原使用問題。于是，在教學(xué)的基礎(chǔ)上，我們自力更生，做設(shè)備、搞試驗(yàn)，從中摸索出飛機(jī)的設(shè)計(jì)要求和一些參數(shù)，再提出改進(jìn)措施和使用措施。比如針對俄式戰(zhàn)斗機(jī)在高原上發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)不起來的突出問題，我們做了移動(dòng)式整機(jī)試驗(yàn)設(shè)備，在不同的高原地區(qū)、不同的溫度下（因?yàn)闇囟扔泻艽笥绊懀┳龆硎綉?zhàn)斗機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，摸索性能變化規(guī)律。但我們不可能做所有的機(jī)場高度和溫度試驗(yàn)，還要根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)去推斷、預(yù)測其它的高度和溫度下的性能，這就需要建立模型。當(dāng)時(shí)我們做的是飛機(jī)從海拔幾十米到3 600米的5個(gè)不同高原機(jī)場起動(dòng)的試驗(yàn)，海拔3 800米機(jī)場起飛時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能只能根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型分析預(yù)測。

發(fā)動(dòng)機(jī)在高原地面起動(dòng)和在空中飛行時(shí)停車后再起動(dòng)是不一樣的。發(fā)動(dòng)機(jī)在地面是從0開始啟動(dòng)的，而空中停車后，發(fā)動(dòng)機(jī)并不是靜止的，它還有一定轉(zhuǎn)速。另外，空氣條件也不一樣。正常的大氣條件是，每升高1 000米，溫度要降6攝氏度。而在高原地區(qū)，如拉薩，同樣是三四千米，相比平原上空中同等高度的地方，溫度要高得多，冬天的地表溫度也有十幾攝氏度，夏天中午有30多攝氏度，地面大氣溫度高對起動(dòng)控制要求不一樣。俄羅斯按地面平原、空中起動(dòng)設(shè)計(jì)的供油系統(tǒng)的控制方法和規(guī)律滿足不了高原的使用要求，會(huì)出現(xiàn)起動(dòng)超溫。如果調(diào)整控油系統(tǒng)，在地面上將供油量降下來解決起動(dòng)超溫問題，但又會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的空中起動(dòng)，一旦空中停車又起動(dòng)不起來了。所以，同時(shí)滿足空中、高原、平原三者的起動(dòng)是個(gè)難題。最終我們研究了專門的地面起動(dòng)裝置來改善供油系統(tǒng)控制，保證飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在高原、空中、平原都能起動(dòng)。

一般來說，以前戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式是用電機(jī)來帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，到一定的轉(zhuǎn)速后再噴油點(diǎn)火。而現(xiàn)在戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)要用小型發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，但是，高原的空氣密度小了、氣壓低了，小型發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也隨之變小，帶不動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)了。在這種情況下，最直接的辦法就是做一個(gè)大功率起動(dòng)機(jī)，可是重量和體積不能改變，即保持同樣的重量體積來增加功率，按當(dāng)時(shí)國內(nèi)的條件做不出來?？梢哉f，這是當(dāng)時(shí)解決高原起飛問題面臨的最大難題。我們沒有資料，只能摸索想辦法。創(chuàng)新的辦法是逆向思維，即增大功率是條路，反過來降負(fù)荷起動(dòng)應(yīng)該也是個(gè)辦法，即減小發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中的負(fù)載。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中要帶很多負(fù)載：有電的、液壓的等。當(dāng)時(shí)我提出在起動(dòng)過程中減掉液壓負(fù)載，等發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后再將負(fù)載加進(jìn)去，但引發(fā)了一新問題：減了液壓負(fù)載后，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后轉(zhuǎn)速已經(jīng)很高，此時(shí)再將負(fù)載加進(jìn)去，液壓系統(tǒng)的壓力突然有個(gè)躍升，給液壓系統(tǒng)帶來很大的沖擊，導(dǎo)致它的可靠性受到影響。因此還要對液壓壓力的恢復(fù)進(jìn)行控制，讓液壓壓力緩慢地上升。最終我們摸索出了減負(fù)荷和增負(fù)荷的一套控制方法，解決了高原飛機(jī)起動(dòng)功率不足的問題。

當(dāng)然，航空發(fā)動(dòng)機(jī)高原起動(dòng)由于空氣稀薄、含氧量少，點(diǎn)火能量要增大，高度太高的話，還需要補(bǔ)氧，但這些都是利用已有的成熟技術(shù)。

記：除高原問題外，據(jù)說國產(chǎn)第二代戰(zhàn)機(jī)，甚至殲-10戰(zhàn)斗機(jī)，都有發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車等穩(wěn)定性問題，您們對此做了哪些工作？

李：我國從俄羅斯引進(jìn)的好幾型飛機(jī)在部隊(duì)使用時(shí)都出現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車問題，而且有些發(fā)動(dòng)機(jī)在俄羅斯只是個(gè)過渡，用得很少，在我國卻用得很久，雖然不斷地在改進(jìn)提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能，但穩(wěn)定性問題一直存在。例如，有一型使用俄羅斯發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)要參加1999年的國慶閱兵，但在訓(xùn)練中連續(xù)出現(xiàn)幾次因喘振導(dǎo)致的空中停車，上級部門交由我們來解決這個(gè)問題。我們研究認(rèn)為是進(jìn)氣畸變導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性問題，研究提出了控制調(diào)整和檢查措施，當(dāng)時(shí)有效解決了這個(gè)問題，保證了該型飛機(jī)參加國慶閱兵。

殲-10戰(zhàn)斗機(jī)，飛機(jī)是我國自己設(shè)計(jì)，而發(fā)動(dòng)機(jī)是俄羅斯的，也存在飛機(jī)進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配問題。我們做的主要工作是評定在進(jìn)氣畸變下發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定余度夠不夠，并要在試驗(yàn)時(shí)探測到何時(shí)快要發(fā)生喘振，在喘振之前采取預(yù)防措施，保證發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)安全。我們的試驗(yàn)研究，為我國進(jìn)氣壓力畸變及發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性評定標(biāo)準(zhǔn)修訂提供了依據(jù)，試驗(yàn)方法和設(shè)備得到廣泛采用，包括我國自行研制的航空發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)。

記：據(jù)了解，您們提出在監(jiān)測到發(fā)動(dòng)機(jī)可能出現(xiàn)喘振問題后，采取等離子體流動(dòng)控制這項(xiàng)前沿技術(shù)來解決問題，能否科普一下？

李：評定、試驗(yàn)、測試、監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性好不好后，接下來我們要做的就是如何控制發(fā)動(dòng)機(jī)不出現(xiàn)喘振，面臨的困難很大。因?yàn)榇駥儆跉饬髁鲃?dòng)的快速變化問題，采用機(jī)械控制的手段太慢，來不及反應(yīng)就出問題了，所以必須用更快的控制辦法。我們在國際上首先研究電的激勵(lì)方式，即氣體放電對流場擾動(dòng)，專業(yè)名詞稱之為等離子體氣動(dòng)激勵(lì)，局部改變氣流流動(dòng)形態(tài)來改變流場，所以叫流動(dòng)控制，通過流動(dòng)控制讓發(fā)動(dòng)機(jī)不喘振。

我們一開始做等離子體流動(dòng)控制的時(shí)候，國際上也剛開始興起這項(xiàng)技術(shù)。2009年，美國航空航天學(xué)會(huì)將等離子體流動(dòng)控制列為10項(xiàng)航空前沿技術(shù)之一。什么是等離子體呢？電子本來圍著原子核轉(zhuǎn)，電離是電子脫開軌道，它不再圍繞原子核轉(zhuǎn)。電子本來是帶負(fù)電荷的，等離子體就是電離后，剩下的正離子是正電荷，成對出現(xiàn)，基本相等，它是除了固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)外的新的一態(tài)，即物質(zhì)的第四態(tài)，有特殊的性質(zhì)。例如，空氣電離后，在電場的作用下，正離子就往電場力方向跑，帶動(dòng)整個(gè)等離子體朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，即加速了空氣流動(dòng)。

當(dāng)時(shí)等離子體流動(dòng)控制很大的一個(gè)問題是只能在低速下起作用，高速流場則不行。因?yàn)樗鼘α鲌霎a(chǎn)生的擾動(dòng)太小，在低速時(shí)有效，在高速下由于動(dòng)量比較大，把激勵(lì)擾動(dòng)淹沒了，干擾不了流場，如果要對流場進(jìn)行干擾，必須加大干擾的強(qiáng)度。當(dāng)初我們973項(xiàng)目要解決的就是等離子體氣動(dòng)激勵(lì)怎么在高速下起作用？研究出在高速流場下產(chǎn)生有效激勵(lì)、完全不一樣的放電方式。基本原理就是脈沖放電，在很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的擾動(dòng)，局部產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，我們稱之為沖擊波激勵(lì)，但由于是脈沖的，平均功耗并不是很大，這樣把等離子體流動(dòng)控制從低速做到了高速。通過流動(dòng)控制對流場進(jìn)行控制，不僅可以擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定裕度，還可以提升飛機(jī)氣動(dòng)性能。當(dāng)然，到目前為止，飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)等離子體流動(dòng)控制還是在實(shí)驗(yàn)階段，離實(shí)際應(yīng)用還有距離。

記：針對空中起動(dòng)和高原起動(dòng)等問題，您們對等離子體點(diǎn)火助燃也做了研究工作，請介紹一下？

李：空中停車后再起動(dòng)能力是保證飛行安全的重要能力。高原起動(dòng)和空中起動(dòng)在點(diǎn)火方面有相似性，由于高空空氣稀薄、含氧量少，點(diǎn)火困難，需要補(bǔ)氧，空中起動(dòng)高度也有限制。我們研究等離子體點(diǎn)火，因?yàn)榭諝夥烹姇r(shí)溫度高，并產(chǎn)生很多活性粒子，點(diǎn)火過程就是一個(gè)燃燒化學(xué)反應(yīng)過程，等離子體點(diǎn)火能夠提高點(diǎn)火高度。例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車了，一般點(diǎn)火高度在1萬米以下才能點(diǎn)燃，而用等離子體點(diǎn)火可以將飛行高度提高到1.2萬～1.3萬米。等離子體點(diǎn)火還可取消補(bǔ)氧，這就減輕了補(bǔ)氧系統(tǒng)存在的重量。等離子體點(diǎn)火有可能不久就會(huì)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上用了。

此外，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的可用高度是很有必要的，但高空氣壓低，燃燒比較困難，像我前面提到的無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在高空工作就不夠穩(wěn)定。為此，我們還在研究等離子體燃油裂解氣化，提高高空的燃燒效率和穩(wěn)定性。

記：您在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)方面很有研究，并將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在了保證戰(zhàn)斗機(jī)的安全性方面。

李：我們很關(guān)心戰(zhàn)斗機(jī)的安全性和使用壽命，而我國現(xiàn)役航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性還有待提高，因?yàn)橐皇强傮w而言，俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性和壽命水平整體比英美的差一點(diǎn)，這也是民航發(fā)動(dòng)機(jī)為什么沒有俄羅斯發(fā)動(dòng)機(jī)的原因之一，而且我們用的俄羅斯發(fā)動(dòng)機(jī)還有早期的二代發(fā)動(dòng)機(jī)，有的可靠性和壽命更低。二是我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)比俄羅斯還有差距，無論是設(shè)計(jì)，還是材料、工藝都有不足，可靠性問題是短板。

激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)是我們保障戰(zhàn)斗機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)安全的技術(shù)之一。一臺航空發(fā)動(dòng)機(jī)里有幾百片薄葉片，在高速旋轉(zhuǎn)中易因振動(dòng)而斷裂。美國也在這個(gè)問題上遭遇重大挫折，在1986～ 1992年間，有56%的嚴(yán)重飛行事故與發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片被小砂粒打傷后振動(dòng)疲勞斷裂有關(guān)，雖然有的打傷缺口僅有頭發(fā)絲細(xì)，卻使葉片的疲勞強(qiáng)度成倍下降，一振動(dòng)葉片就斷裂了。如果砂粒打的葉片是大缺口容易發(fā)現(xiàn)更換，這種很小的缺口肉眼很難發(fā)現(xiàn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)里又不好檢測，一飛上天就斷裂，所以這個(gè)問題對安全影響很大。解決這個(gè)問題也很難，要么換材料，即換成對缺口不太敏感的材料，要么加厚葉片。但這些方法都不可行，“一代發(fā)動(dòng)機(jī)一代材料”，好不容易研制出的新材料不可能換回去，加厚葉片重量又上去了。美國當(dāng)時(shí)解決這類問題的辦法是采用激光強(qiáng)化葉片技術(shù)，現(xiàn)在的一些民航飛機(jī)，像美國的波音737、歐洲的空客320的發(fā)動(dòng)機(jī)，都采用了這項(xiàng)技術(shù)，葉片強(qiáng)度提高，不容易斷裂。

由于美國曾對我國封鎖這項(xiàng)技術(shù)，禁運(yùn)設(shè)備，我們只能獨(dú)立自主研發(fā)激光強(qiáng)化技術(shù)，現(xiàn)在突破了并已實(shí)際應(yīng)用。國內(nèi)外都有專家和媒體評論，中國成為繼美國之后第二個(gè)實(shí)現(xiàn)激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的國家。我們的材料制造工藝與國外相比有差距，用同一牌號的材料做出的葉片的疲勞強(qiáng)度達(dá)不到國外同類材料的質(zhì)量，有的分散度很大，一批葉片出來以后，各片性能差異大，有好有壞。用激光強(qiáng)化技術(shù)提高葉片關(guān)鍵部位的疲勞強(qiáng)度，對保證性能差的葉片安全使用有意義。

在激光沖擊強(qiáng)化方面，與美國的同類技術(shù)比有所不同，我們有自己的創(chuàng)新。比如說美國的高溫渦輪葉片不需要也不能用激光沖擊強(qiáng)化，而我們的發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫渦輪葉片老出問題，非常需要強(qiáng)化，為此，我們提出激光沖擊表面納米化工藝方法，并研究獲得激光沖擊表面納米化具有一定的熱穩(wěn)定性，對提高高溫渦輪葉片疲勞強(qiáng)度有重要作用，將激光沖擊強(qiáng)化用于渦輪部件，突破了美國規(guī)范的限制。

記：能否簡單介紹一下激光強(qiáng)化技術(shù)？

李：激光強(qiáng)化技術(shù)有兩類原理，一類是我們正在做的，叫作激光沖擊強(qiáng)化：激光打到物體表面上，脈寬比較短，功率密度比較高，瞬間在表面產(chǎn)生等離子體，誘導(dǎo)沖擊波，靠沖擊波壓力的力學(xué)作用傳到材料內(nèi)，改變材料表層的組織結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力來抵消一部分拉應(yīng)力，通俗地說就是抵消使材料斷裂的應(yīng)力，從而達(dá)到讓材料表面抗疲勞的作用和目的。

另一類是激光重熔，屬于表面熱處理，就是讓表面重新熔化、淬火，使表面變硬。我們通?？吹降募す夂附?、激光切割都是激光產(chǎn)生熱使物體局部熔化。

記：除戰(zhàn)斗機(jī)外，直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在沙漠等風(fēng)沙地區(qū)也容易出現(xiàn)壽命問題，如何提高它的使用壽命？

李：直升機(jī)在沙漠地區(qū)使用時(shí)，旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)將沙土卷起來了，容易進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，有的發(fā)動(dòng)機(jī)前面有個(gè)粒子分離器，大的沙粒被甩出去了，小的沙粒還是會(huì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片被磨傷、刮傷、打傷，這種現(xiàn)象在沙漠地區(qū)很嚴(yán)重，影響到了直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，在我國西部地區(qū)、海灣地區(qū)等沙漠地區(qū)，有的幾千小時(shí)壽命的發(fā)動(dòng)機(jī)很快就被沙土刮壞，壽命降到100小時(shí)左右，所以風(fēng)沙對直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響很大。我們正在做抗風(fēng)沙沖蝕涂層，以延長直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。用氣相沉積、磁控濺射、離子鍍等方式在發(fā)動(dòng)機(jī)表面制造一層耐沖刷多功能涂層，因?yàn)樯沉澾^時(shí)要耐磨，而沙粒正打到葉片上，又需要涂層比較軟，以消耗沖擊能量，因此太硬的涂層材料反倒不好。涂層的材料國內(nèi)可以做出來，但面臨兩大技術(shù)難關(guān)：一是技術(shù)指標(biāo)究竟怎么提？例如，涂層多厚，薄了起不到作用，厚了結(jié)合力不好，易會(huì)脫落；二是層與層之間的結(jié)構(gòu)怎么設(shè)計(jì)？因?yàn)槭嵌喙δ芡繉樱湍ビ忠勾驌?，我們現(xiàn)在做的是梯度或多層涂層，里面軟，從里往外逐漸變硬。

記：聽說您們還在做其它一些重要研究工作，如連續(xù)爆震新概念發(fā)動(dòng)機(jī)等，因時(shí)間關(guān)系，不再一一請教。衷心感謝您接受本刊專訪，期待強(qiáng)勁的“中國心”不再遙遠(yuǎn)！