文/ 弓升（中國航發(fā)沈陽發(fā)動機(jī)研究所）

中國航發(fā)的新型電動機(jī)新產(chǎn)品

航空發(fā)動機(jī)是一種高度復(fù)雜、精密的機(jī)械，對世界政治、軍事和經(jīng)濟(jì)大國具有非同一般的戰(zhàn)略意義，其技術(shù)發(fā)展依賴于長期的投入與技術(shù)積累。以歐美為代表的西方航空發(fā)達(dá)國家在全球航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)中始終處于領(lǐng)先地位和主導(dǎo)優(yōu)勢，隨著航空發(fā)動機(jī)技術(shù)呈現(xiàn)日益加速發(fā)展的趨勢，如何加快航空發(fā)動機(jī)發(fā)展成為我國面臨的關(guān)鍵問題。

規(guī)劃引領(lǐng)，科學(xué)布局

在當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)和科技取得矚目成績的同時，加快航空發(fā)動機(jī)發(fā)展就需要始終沿著正確發(fā)展方向，明確未來發(fā)展策略和重點，建立以需求為牽引，具有自主創(chuàng)新、科學(xué)發(fā)展和兼具靈活的中國特色發(fā)動機(jī)發(fā)展模式。這就需要花大力氣深入研究未來發(fā)動機(jī)在不同應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)實以及潛在的需求，制定一個全面、科學(xué)、系統(tǒng)的中長期發(fā)展規(guī)劃，合理安排產(chǎn)品研發(fā)，布局未來先進(jìn)技術(shù)，并且完善制度以保障規(guī)劃的落地執(zhí)行。

良好的規(guī)劃是國外航空發(fā)動機(jī)發(fā)展屢獲成功的一個重要原因。

航空發(fā)動機(jī)是一種高度復(fù)雜、精密的機(jī)械

GE航空集團(tuán)在充分考慮其發(fā)動機(jī)產(chǎn)品相對于競爭對手的技術(shù)優(yōu)勢如推力范圍、燃油效率、使用壽命、可靠性和維護(hù)成本之后，制定了目標(biāo)明確的發(fā)動機(jī)發(fā)展規(guī)劃和發(fā)展策略。寬體客機(jī)動力領(lǐng)域依靠GE9X穩(wěn)固市場；通過與斯奈克瑪成立的CFM公司繼續(xù)推出LEAP系列發(fā)動機(jī)，牢牢占據(jù)窄體客機(jī)；通過Passport發(fā)動機(jī)替代CF34，占據(jù)公務(wù)機(jī)及支線客機(jī)市場；通過與本田合作發(fā)展HF120、HF118發(fā)動機(jī)向小型公務(wù)機(jī)市場延伸。

普惠公司在V2500逐步退出窄體客機(jī)的市場之前，清晰認(rèn)識到自身的目標(biāo)和定位，堅持?jǐn)?shù)十年持續(xù)投資齒輪傳動渦扇發(fā)動機(jī)，才有了目前的PW1000G齒輪傳動系列的市場成功；并且以此為基礎(chǔ)發(fā)展了PW800發(fā)動機(jī)，替補(bǔ)在70kN推力級別空白，具備130kN以下推力級全系列產(chǎn)品能力，并逐步向更大推力級延伸，進(jìn)而爭奪PW4000發(fā)動機(jī)留下的市場。

羅羅公司則是一邊發(fā)展珍珠系列發(fā)動機(jī)保證BR700系列市場份額，一邊不斷推動UtralFan的開發(fā)，在穩(wěn)固寬體客機(jī)市場同時，向下進(jìn)入窄體客機(jī)市場。

上世紀(jì)30年代，尼奧姆-羅納公司K系列航空發(fā)動機(jī)

堅持預(yù)研，夯實技術(shù)儲備

預(yù)先研究是保持技術(shù)引領(lǐng)的關(guān)鍵。國外航空發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展，離不開大量的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?；A(chǔ)研究在對先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的新概念、新理論、新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)探索的同時，通過對設(shè)計、材料、工藝、冶金的基礎(chǔ)原理深入研究，以其形成的方法、模型、標(biāo)準(zhǔn)、工具、數(shù)據(jù)庫，不斷支撐航空發(fā)動機(jī)自主研發(fā)。

應(yīng)用研究則更接近于工程使用條件，通過部件、系統(tǒng)以及核心機(jī)、整機(jī)等不同層級的驗證，不斷提升技術(shù)成熟度，將經(jīng)過驗證的技術(shù)逐步應(yīng)用于發(fā)動機(jī)，為發(fā)動機(jī)研制及其系列化發(fā)展提供技術(shù)支持。提前開展基礎(chǔ)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)預(yù)先研究，對航空發(fā)動機(jī)這一研制難度大、研制周期長的航空產(chǎn)品來說至關(guān)重要，是推動航空發(fā)動機(jī)快速發(fā)展的必要條件。

預(yù)先研究對經(jīng)費投入需求大，并且需要持續(xù)投入。據(jù)統(tǒng)計，美國政府每年在航空發(fā)動機(jī)研發(fā)領(lǐng)域投入的經(jīng)費就達(dá)30億美元左右，這還不包括型號采辦和改進(jìn)改型所產(chǎn)生的費用。

美、英、法等國家一直按照“預(yù)研先行”的思想，通過國家長期、穩(wěn)定的大力支持和投入，實施了多項與具體型號或產(chǎn)品完全脫鉤的中長期研究計劃，如IHPTET、VAATE、ACME、AMET等。這些計劃一方面為發(fā)動機(jī)產(chǎn)品研制提供了充足的技術(shù)儲備，降低了工程研制的風(fēng)險，縮短了研制周期；另一方面通過大量先進(jìn)技術(shù)布局，引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展方向，也為未來更先進(jìn)產(chǎn)品的發(fā)展提供支撐。

GE除了利用國家研究計劃資金開展預(yù)先研究外，每年還將收入的10%～15%用于先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)。隨著公司的不斷發(fā)展，研發(fā)資金的投入也在逐年增長。羅羅公司每年研發(fā)領(lǐng)域總投入超過9億英鎊，其中航空業(yè)務(wù)占其75%。

預(yù)先研究是保持技術(shù)引領(lǐng)的關(guān)鍵

重視研發(fā)體系建設(shè)

產(chǎn)品研發(fā)體系是航空發(fā)動機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是縮短發(fā)動機(jī)研制周期，降低研制成本和研制風(fēng)險的有力保證。這個體系主要包含三個方面的內(nèi)容。

一是科學(xué)規(guī)范的流程。流程是業(yè)務(wù)活動的具體步驟、組織團(tuán)隊、角色及職責(zé)、質(zhì)量管控等內(nèi)容；是實際業(yè)務(wù)過程中成功經(jīng)驗的總結(jié)，并且承載了內(nèi)外部各類規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求，可以視為成功可復(fù)制的載體。

20世紀(jì)80代，GE就開始使用結(jié)構(gòu)化的發(fā)動機(jī)產(chǎn)品研發(fā)流程，即新產(chǎn)品引入（NPI）流程。該流程綜合考慮了人、財、物及其相互關(guān)系和產(chǎn)品的全壽命周期，涵蓋新產(chǎn)品引入所需的所有活動，包括開發(fā)產(chǎn)品的團(tuán)隊構(gòu)架、成員職責(zé)、需求論證、供應(yīng)商管理、產(chǎn)品研發(fā)、適航認(rèn)證、客戶支持等；并且將研發(fā)活動有邏輯地分解成10個階段的工作，在每個階段均定義了相應(yīng)的交付物和檢查清單，并安排了相應(yīng)的評審，對評審的形式、內(nèi)容、檢查清單、風(fēng)險分析及規(guī)避計劃等都給出了詳細(xì)的定義和標(biāo)準(zhǔn)模板。

中國航展上的渦軸發(fā)動機(jī)

二是方法、工具和數(shù)據(jù)庫。方法、工具和數(shù)據(jù)庫是通過大量的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和工程實踐總結(jié)形成的，是支撐規(guī)劃、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品開發(fā)以及維護(hù)保障等各階段業(yè)務(wù)活動開展的根本。在數(shù)字化技術(shù)發(fā)展迅速的今天，數(shù)據(jù)成為最為寶貴的生產(chǎn)力。這些經(jīng)過驗證和校核的數(shù)學(xué)模型，以及技術(shù)、管理領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，是支撐“數(shù)字孿生”發(fā)動機(jī)的核心。

三是數(shù)字化系統(tǒng)。數(shù)字化系統(tǒng)主要作用是保證流程高效執(zhí)行，以及產(chǎn)品研發(fā)體系與技術(shù)研究、產(chǎn)品研發(fā)活動各流程之間的系統(tǒng)銜接，支撐設(shè)計、制造、試驗等不同領(lǐng)域之間的高效協(xié)同。

據(jù)了解，羅羅設(shè)計系統(tǒng)能夠?qū)⒃O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和程序分類，系統(tǒng)管理，如聯(lián)合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（與我國的航標(biāo)或國軍標(biāo)有些相似，是相對通用的標(biāo)準(zhǔn)）、聯(lián)合工程標(biāo)準(zhǔn)（內(nèi)容更廣泛，除了設(shè)計外，還包括加工方法、過程甚至檢驗要求等）、聯(lián)合定義通報（主要對設(shè)計過程進(jìn)行定義、規(guī)定和解釋，包括各種格式圖表的使用說明、圖紙幅面格式介紹、創(chuàng)建實體的具體規(guī)定、技術(shù)報告編寫要求等關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化方面的相關(guān)要求）、設(shè)計規(guī)則和幫助（按專業(yè)分類，描述一般的設(shè)計規(guī)則，包含了不少經(jīng)驗數(shù)據(jù)，比如不同材料的結(jié)構(gòu)件安裝邊距等）、合理過程規(guī)范（關(guān)于加工工藝及材料方面的規(guī)范）、具體型號應(yīng)執(zhí)行的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，等等。

設(shè)計者可以通過設(shè)計系統(tǒng)方便地查找所需要的設(shè)計規(guī)范、準(zhǔn)則、標(biāo)準(zhǔn)，并且通過產(chǎn)品研發(fā)，不斷總結(jié)、充實和完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，延續(xù)發(fā)展。當(dāng)然這僅是數(shù)字化系統(tǒng)的“冰山一角”。完整的數(shù)字化系統(tǒng)可以實現(xiàn)研發(fā)活動全面管理，并且對每一研發(fā)環(huán)節(jié)給出具體的指導(dǎo)和規(guī)范，精準(zhǔn)推送歷史經(jīng)驗和相關(guān)數(shù)據(jù)，支撐設(shè)計者快速設(shè)計與決策；同時能夠高效地開展專業(yè)間的協(xié)調(diào)開發(fā)、信息共享及數(shù)據(jù)管理。

國外航空發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展，離不開大量的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究

科技創(chuàng)新，低成本快速發(fā)展

國外先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)制造商在追求技術(shù)領(lǐng)先的同時，積極探索并不斷推動航空發(fā)動機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生、虛擬仿真以及智能制造等先進(jìn)科技的融合，依托當(dāng)今前沿科技推動航空發(fā)動機(jī)快速發(fā)展，進(jìn)而保持其產(chǎn)品和技術(shù)引領(lǐng)發(fā)展。

當(dāng)今迅猛發(fā)展的數(shù)字化技術(shù)無疑成為加速航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品快速研發(fā)的關(guān)鍵手段。通過近30年的發(fā)展，先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)制造企業(yè)的數(shù)字化建設(shè)已經(jīng)覆蓋了需求論證、設(shè)計研制、生產(chǎn)制造、維修保障各個環(huán)節(jié)。

通過建立貫穿航空發(fā)動機(jī)全生命周期的三維數(shù)字化模型，形成覆蓋氣動、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電子、熱推進(jìn)、控制等多專業(yè)聯(lián)合仿真分析能力，結(jié)合集成產(chǎn)品與工藝數(shù)字化開發(fā)流程，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜系統(tǒng)的準(zhǔn)確表達(dá)、一致理解和數(shù)字化的驗證與確認(rèn)，在研制早期就識別設(shè)計缺陷，大幅減少物理試制和試驗的同時，確保設(shè)計一次生成且正確無誤，能夠顯著縮短研制周期、降低研發(fā)成本?；诙辔锢砹康膹?fù)雜工藝建模仿真能力和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時分析預(yù)測能力，建立全面數(shù)字化的生產(chǎn)流程和網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)條件，構(gòu)建生產(chǎn)線的數(shù)字孿生模型，將物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)應(yīng)用到制造現(xiàn)場，能夠?qū)崿F(xiàn)制造活動基于模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動的優(yōu)化、運行和控制，大幅提升質(zhì)量和管理效益。

例如，GE不斷向基于模型的數(shù)字化企業(yè)持續(xù)邁進(jìn)，業(yè)務(wù)模式的變化包括建立知識驅(qū)動的產(chǎn)品研發(fā)模式，推廣基于模型定義（MBD）技術(shù)的應(yīng)用，建立可配置的數(shù)字樣機(jī)等，并專門開發(fā)了數(shù)字孿生工業(yè)云平臺Predix。

普惠針對GTF研發(fā)了eFAST系統(tǒng)，是集數(shù)字采集儲存和傳輸為一體的新技術(shù)的融合。飛機(jī)每一次降落都會自動向維護(hù)中心傳輸關(guān)于發(fā)動機(jī)健康狀況和趨勢發(fā)展的實時數(shù)據(jù)，維護(hù)中心根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以及時掌握發(fā)動機(jī)的最新動態(tài)。特別是當(dāng)發(fā)動機(jī)的健康趨勢達(dá)到某些轉(zhuǎn)變的臨界點時，可以提前采取相應(yīng)的預(yù)防措施，達(dá)到減少維護(hù)成本的目的。

與此同時，國外各大航空發(fā)動機(jī)制造商也紛紛利用增材制造等新技術(shù)推進(jìn)低成本、快速制造，加速發(fā)動機(jī)發(fā)展。GE已突破噴油嘴、低壓渦輪葉片、傳感器外殼和PMC風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片鈦合金包邊的增材制造技術(shù)。但GE并不滿足于現(xiàn)狀，計劃將更多的零部件通過增材制造技術(shù)生產(chǎn)出來。

2016年，GE將增材制造技術(shù)在其最先進(jìn)的渦輪螺槳發(fā)動機(jī)上實現(xiàn)大幅應(yīng)用。通過增材制造技術(shù)，將傳統(tǒng)工藝所需的855個零部件減少了12個。該發(fā)動機(jī)的總壓比達(dá)到16:1，油耗比現(xiàn)在同類競爭型號低20%，發(fā)動機(jī)翻修周期延長30%，研發(fā)周期和成本大幅縮減。

重視研發(fā)體系建設(shè)

GE從上個世紀(jì)就開始使用結(jié)構(gòu)化的研發(fā)流程

開放合作，聚合優(yōu)勢

一般而言，在所有試驗設(shè)備與設(shè)施齊全、相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)完全掌握，并具備相應(yīng)的設(shè)計、研制、試驗、生產(chǎn)能力的條件下，研制一款新的發(fā)動機(jī)產(chǎn)品，成本一般需要15億～30億美元。如果能夠與技術(shù)優(yōu)勢互補(bǔ)的合作伙伴進(jìn)行聯(lián)合研發(fā)，不僅可以分?jǐn)偧夹g(shù)和投資風(fēng)險，也有利于聯(lián)合開拓國際市場。

產(chǎn)品研發(fā)體系是航空發(fā)動機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)

以羅羅為例，至少從2004年開始，在產(chǎn)品研發(fā)過程中就只生產(chǎn)其最終產(chǎn)品所有零部件中附加值最高的30%，將余下的70%轉(zhuǎn)包出去，從而在風(fēng)險可控的前提下，盡可能地降低發(fā)動機(jī)全部零件的制造與采購成本。羅羅認(rèn)為，具有競爭力的核心零部件必須自行生產(chǎn)；非核心零部件如果有足夠的競爭力也會自行生產(chǎn)；競爭性不強(qiáng)的核心零部件生產(chǎn)必須受控，即在合作伙伴企業(yè)或合資企業(yè)中進(jìn)行生產(chǎn)；不是核心零部件，競爭性又不高的零部件則完全可以進(jìn)行外部采購。遄達(dá)XWB發(fā)動機(jī)包括18000多個核心零件，生產(chǎn)分別來自羅羅的16個工廠、12個風(fēng)險共擔(dān)合作伙伴和88個外部供應(yīng)商。羅羅利用12家股東的力量，形成優(yōu)勢團(tuán)隊，其中ITP、川崎重工和三菱重工3家更是風(fēng)險共擔(dān)的合作伙伴。

在技術(shù)研究過程中，羅羅通過與各種大學(xué)、科研院所建立合作關(guān)系，針對不同合作伙伴的特點，采取不同的合作模式，以達(dá)到最佳的合作效果，為航空發(fā)動機(jī)的快速發(fā)展充分汲取科學(xué)界的“營養(yǎng)”。這些合作模式不僅使公司獲益匪淺，而且極大地孤立了市場上的競爭對手。正是得益于與這些合作伙伴在諸多項目中建立起來的長期友好的合作關(guān)系，羅羅在全球發(fā)動機(jī)市場獲得了驚人的成功。并且依托于大學(xué)和企業(yè)界的協(xié)同創(chuàng)新，羅羅開創(chuàng)了大學(xué)技術(shù)中心（UTC）和先進(jìn)制造研究中心（AxRC）等網(wǎng)絡(luò)體系產(chǎn)學(xué)研合作模式。

在遄達(dá)XWB-97發(fā)動機(jī)研制過程中，至少有12家大學(xué)技術(shù)中心和先進(jìn)制造聯(lián)合體開展了相關(guān)的技術(shù)開發(fā)工作。不僅如此，在研發(fā)制造過程中各方通過人員交流、借調(diào)等方式加強(qiáng)聯(lián)系，大學(xué)的研究團(tuán)隊也會參與到公司的培訓(xùn)和人才培養(yǎng)過程中，形成了一種多贏的格局。此外，在與全球頂尖學(xué)術(shù)團(tuán)隊開展持續(xù)、深層次合作的同時，企業(yè)也可以通過大學(xué)分?jǐn)偧夹g(shù)開發(fā)的間接費用，更有利于專注解決工程問題。