地點：上海光大會展酒店

主題：航空智能制造

     洪杰：我要說一個事兒，大家可能沒注意，鳥為什么沒有垂尾？它是怎樣做機動飛行的？因為鳥是比人造的飛機要聰明，飛機需要垂尾是為了轉彎，如果一個鳥要用垂尾轉彎的話非得累死。但是鳥是怎么轉彎的呢？鳥是用它可變的幾何身體結構和空氣的流動，所以它一側身，并把翅膀的結構調整一下就可以靈活地轉彎機動了，而且還拐的很快，而飛機由于結構不能變形，和坐在飛機里的人受不了太大的重力加速度過載，所以才只能要依靠垂尾慢慢的轉彎。所以我覺得鳥是很聰明的，需要象鳥學習，最好仿生出一個沒有垂尾的，能夠自由飛翔的飛行器，那就是最棒的。

    我給大家匯報一下航空發(fā)動機發(fā)展和對制造業(yè)的需求。剛才大家都講了很多智能制造的東西，講到互聯(lián)網+，或者云制造，都是要用充分的社會資源和社會財富、社會智力、社會科技組合起來，更有效的完成制造業(yè)。有一個比喻，把全社會的制造個體比喻成蜜蜂或者螞蟻，但不是說是個螞蟻就能做好這份工作，每個螞蟻都各有特點，甲螞蟻代替不了乙螞蟻的作用，乙螞蟻代替不了C螞蟻的作用，如果你是一個沒有特色的螞蟻，你是進入不了這個團隊的，或者只能在里面做最低級的工作。我們有了互聯(lián)網+，我們有了云制造，我們可以一起拼一個木桶，但是那個木桶的板一定要一樣齊，如果有一個短板，那這個木桶也裝不了多少水。而航空發(fā)動機就是我們航空工業(yè)比較薄弱的那塊木板，這個木板不是說我們搞航空發(fā)動機的人笨，是因為它的難度比較大，希望能夠知道我們的難點和我們的需求，希望全社會有志于中國航空發(fā)展的同仁，都能夠參與到解決未來先進航空發(fā)動機的制造行列里來，這里我簡單地說明一下這個問題。

    我們未來的航空燃氣渦輪發(fā)動機，在未來的三十年之內，基本上還是我們飛行器的主要動力裝置，如果過了2040年以后，有可能會有一些在燃氣渦輪發(fā)動機的基礎上改變的一些新的動力裝置，比如說可以飛到25公里，30公里，速度可以達到5倍、6倍音速的飛行器，它就要在現在的技術基礎上進行一些革命性的改進。從現在的飛行器來講，燃氣渦輪發(fā)動機還是主要動力，面臨的問題是什么呢？

    第一，對于軍用飛機來講要求的發(fā)動機，還是渦扇發(fā)動機，帶一個風扇。現在的要求是高推重比。我們要減少零件數，減低結構重量，使推力水平提高。達到什么水平呢？比如說我們最好的汽車，發(fā)動機也基本上可以達到一公斤的重量，可以產生兩公斤左右的推力，或者相當的功率量級。而我們航空發(fā)動機一公斤的重量，要產生八公斤到十公斤的推力，所以它的結構負荷是很重的。

    對于民用客機它所需要的發(fā)動機是潔凈，排污量都很小。對于直升機我們要求它是高可靠，長壽命，直升機在什么地方都得起飛著陸，在嚴寒酷暑下和冰天雪地下都可以使用，所以對它的可靠性和壽命要求的很高。此外，燃氣渦輪機還可以在無人機或者是導彈，或者是船用燃氣渦輪機，以及地面的發(fā)電機都可以使用，它的功率遠遠比我們現在用的柴油機等機器要大的很多。

    未來的航空發(fā)動機發(fā)展，推力大小不是問題，我們可以做很大推力的發(fā)動機，我們剛才說的是推重比要高，單位重量下要產生的功率要大。此外需要省油，所以耗油率我們可以看到，在近五十年內，我們的耗油率下降了70%以上，原先產生一公斤的推力工作一小時，基本是要一公斤燃油。而現在的航空發(fā)動機一公斤推力，工作一小時，就只需要耗0.2、0.3公斤的燃油，耗油率是急劇下降。此外就是噪音，我們燃氣渦輪機雷霆萬鈞的轟鳴，別看現在聲音還很大，但是我們比原先已經好了很多了。從120分貝的噪聲，這個量級的噪聲人根本受不了，一直到現在的100分貝以下，基本可以達到80分貝這一量級，與北京環(huán)路上的汽車噪音差不多，所以航空燃氣輪機現在發(fā)展技術是比較先進的，是一個高門檻值的科學技術。

    另外它的排污量也是大幅度下降，它的空氣污染與產生的功率相比來講，應該小于我們的汽車現在排放的。因此未來的發(fā)動機它的發(fā)展特點是安全可靠，高速飛行和大載荷。另外發(fā)動機飛機飛行的航程、污染以及環(huán)境友好方面也是會有大發(fā)展的。

    這個圖片顯示的是二十一世紀美國和歐洲要發(fā)展的十二種飛行器，其中有支線飛機，也有全球到達的大載重、高速飛行的飛行器。也有超聲速飛行器。主要發(fā)展方向是：一是對小、輕便、省油的方向發(fā)展；一是大、長距離、高速的方向發(fā)展。

    直升機和特殊的無人機的飛行器也是如此，就不展開講了?？偟内厔輥碇v，是我們面臨著挑戰(zhàn)，技術的挑戰(zhàn)是很大的，但是在這里我想說，航空尤其是航空發(fā)動機，它是一個高門檻值的，也是一個競爭激烈的高新技術。我們中國有句話，叫文無第一，武無第二。搞文學搞唱歌，你喜歡搖滾，我可以喜歡民俗。但是搞高科技產品只有第一，沒有第二，誰也不愿意，為了省點錢買一個不可靠的性能差的航空發(fā)動機裝在自己的飛機上。因此航空發(fā)動機的發(fā)展，我覺得有一個瓶頸，這個瓶頸很大程度上來自材料及制造工業(yè)。我覺得咱們大家說了很多制造，但是制造和材料是不可分的，這個我覺得是很重要的一點。

    我把它總結一下，我們航空發(fā)動機所用的東西，綠顏色的都是制造問題，現在我們面臨的問題就這么多，大部分就是這么多。但是大家可以看到，綠色的我們現在關鍵技術都是要靠材料制造業(yè)來解決。我們已有的是藍色的，這就是高效壓氣機設計技術，這個技術說這是葉輪機的設計技術，但是設計好的葉片也需要加工出來才行，最后還是困擾在材料和制造業(yè)上。另外有最主要的一點，未來的發(fā)動機也是一個智能的發(fā)動機，不是現在看的傻大黑粗的機械，它要智能的，智能表現在什么地方呢，表現在它有感知，飛機飛到什么程度，如果我們想排污量低怎么樣，在高空的時候可以少噴點油，可以自動的調節(jié)，而現在暫時還做不到。這是第一條?，F在我們看怎么省油，怎么更環(huán)保來做這個。

    此外如果我們要提高發(fā)動機的性能、壽命和可靠性，都需要我們的結構具有智能性，不是機械的，不是有一個機械人能動，是材料的本身，比如一個機匣，它能夠隨時變大變小，保證葉片和機匣的間隙適中。現在做不到，但是這個是航空發(fā)動機需要的，和國外競爭的核心技術，就是結構可調變形的自適應性。另外比如說振動特別大，如果我這材料的剛度變化一點，給共振頻率錯開了，那這一下就解決這個問題了。所以這種具有智能力學性能的材料或智能結構的制造和研制，是關鍵的問題，是未來發(fā)展、未來競爭的一個基礎。

    這里面說的是我們航空發(fā)動機設計的專業(yè)問題，這些問題從流體力學、固體力學上沒有什么太多的難處，能解決的我們都解決了，解決不了的，我估計我和我兒子這兩代人也解決不了。但是我們現在能解決的，比如葉輪間隙控制，就要求我們的設計是智能的，可以變化的，可以是力學控制，也可以電磁控制，還可以光學控制。所以這里面所有說的，想把這發(fā)動機干的更好，更能隨心所欲，所謂的智能發(fā)動機，都是需要結構的制造，和結構新型材料的研究。否則的話我們永遠也在航空發(fā)動機這個行業(yè)里面不會有一席之地。為什么美國人跟我們較勁，就是因為他怕我們，不是怕我們追著他，他怕我們超過他，我們怎么超過它？這里就說的是智能發(fā)動機，智能結構，智能材料是今后發(fā)展的方向。只有制造具有智能特性的航空燃氣渦輪機，才是真正的革命性進展。

    除了我剛才講的在結構上需要智能，材料、管理和控制上也是如此，現在我們的發(fā)動機采用的是定時檢修，每個航班回來地勤人員轉一圈看一看，飛行一天回來以后把數據下載后看看有沒有什么異常，但是未來的發(fā)展，飛機和發(fā)動機是需要實時監(jiān)控的，我們大家都記得MH370，我們現在能記住的就是發(fā)動機在某個時刻某個地點發(fā)出了一個信號，但是發(fā)動機的工作狀態(tài)我們沒有，這種事情在未來的五年到十年后就不會存在了，實時都會知道它的狀態(tài)是什么樣的。因此航空發(fā)動機的發(fā)展，是需要其他一些行業(yè)，尤其是基礎行業(yè)，尤其是材料制造行業(yè)的支持。沒有這個支持，你再好的設計方案，再好的想法，也制造不出來。

    因此我覺得三大支柱是什么呢，是新的結構，新的材料，新的工藝，這種工藝有可能是制造加工工藝，也有裝配工藝，也很重要。我舉幾個例子，比如我們在航空發(fā)動機葉輪機的設計上，我們?yōu)榱藴p輕重量我們采用復合材料，陶瓷基復合材料來設計。這個設計完了以后，它有很大的好處就不說了，上午也有人講復合材料的力學模型，但是怎么能制出來呢？目前世界商業(yè)只有羅羅公司采用大的復合材料風扇葉片，別的公司也沒有。這種材料不是說能做出來，它要能承受足夠的負荷，所以因此來講這個制造工藝我們需要的就是文無第一，武無第二，我們不需要你填補空白，我們需要你一馬當先，你做的比GE公司好，肯定有人要。

    不是你自己買一套設備，就是說我自己有這個想法就可以干的，所有的尖端技術，都是經過長期的磨煉，而得到的。GE公司從六十年代就開始搞復合材料風扇葉片，它在前期有十年左右的時間在預研，最后在它的GE90還有后面的GENX這些發(fā)動機上都得到了使用，所以這些發(fā)動機你看，它不光是比鈦合金要輕，同時它還可以防鳥撞、環(huán)境的腐蝕，都沒關系。我們也想把葉片加大，也想做好發(fā)動機，但是制造部門做不出來。

    條條大路通羅馬，不光是采用復合材料，你也可以采用金屬材料，但是金屬材料我們需要空心葉片，想象一下有一米五左右的高度，三維造型的風扇葉片，要求葉身里邊是空心的，還要讓它的空心度是保持一定的規(guī)范性，否則的話結構滿足不了強度要求，這個怎么做呢？普惠公司、羅羅公司走的就是這條路，他們也制造出來了。我們研制的新型發(fā)動機，其葉片是實心的，所以它就做不大也轉不快。轉快了就斷了，太重了。如果輕了它可以轉速再高一點，所以這些都是制約我們航空發(fā)動機設計的一個技術基礎難題，希望搞制造業(yè)的人能幫助我們解決這個問題。

    此外鈦合金是大家津津樂道的，我們使用鈦合金，但是鈦合金在兩三個大氣壓的環(huán)境下它容易著火，只要兩個鈦合金一磨，就著了。所以我們要研究阻燃鈦合金，另外鈦合金是一個滾刀肉，普通的機械加工，表面的殘余應力就很大。這些殘余應力就會引起它的疲勞斷裂，所以因此這些都是我們在結構設計中，在設計中發(fā)現的問題，但是我們現在來研究改造這些事情的人很少。急需全國的各路精英把它來研究研究參與進來。

    高溫合金就不多說了，另外你看現在新型的技術，我們如果采用鑄造材料，我們結構很復雜，如果采用機械加工的方法也許加工不好，也許加工的成本很高，需要的加工量很大，如果我們采用鑄造可以，但是它的強度又不夠，所以在最近幾年發(fā)展了一個，粉末冶金成型工藝，把鑄造和鍛造工藝結合成一體，這樣從毛坯制造，到機械加工它的機加工成本和強度水平，就提高了很多。當然不是熔化澆鑄，是微熔，然后拿粉末給它擠壓成型，這也是一種新的工藝。包括渦輪盤的使用，這種都是新型工藝給我們帶來的好處。航空發(fā)動機的輪盤設計和十年前的設計沒有大的不同，因為流動力學沒有變化，還是適用在我們地球上，所以力學上的問題我們解決的差不多了，但是制造和工藝的要求，是給我們提升的一個基礎，所以我覺得這個是很重要的。

    此外剛才我說了，這個間隙變化，現在最怕的有很強很硬的鋼，但是它的膨脹系數都很大，溫度一變化，它就一會兒長一會兒短，我們很難保證它的高效，間隙控制。那我們需要高溫合金鋼，需要低膨脹系數高溫合金鋼，它對溫度變化不敏感，一兩百度的膨脹變化要很小，這樣就能實現我們所說的智能發(fā)動機，高效節(jié)能的發(fā)動機設計，這也是我們的需求。還有其他的一些高溫合金，我在這里也不說了。

    我還想說一個問題，就是上午北航的沈士團校長也提到的一個問題，就是軸承。軸承是一個小的東西，現在江浙一帶有很多的民營企業(yè)，他們每年能夠生產幾萬個軸承，但是我們需要的軸承有特殊的要求。比如我們需要的關節(jié)軸承，是在飛機和發(fā)動機之間的功率輸出上這個關節(jié)軸承不是說你做成形似來，因為飛機做機動飛行或者開加力的時候，那個沖擊力很大，你這個關節(jié)軸承能行嗎？軸承的材料，制造工藝是缺在什么地方呢？是我們搞航空發(fā)動機的需要干的嗎？我們干不過來，我們只能設計發(fā)動機，這些基礎工業(yè)還是需要大家來幫忙。所以我在這兒特意說明一下軸承的事兒，這個軸承真是一個卡脖子的問題。

    另外我們現在制造高溫合金，不是說現在3D打印什么的，我要精度，我們每個孔，這是我們的渦輪葉片，我們渦輪葉片的工作環(huán)境是1500攝氏度，什么概念？金屬材料的熔點是多少？1350度。所以我們要高于金屬材料的熔點工作，它所承受的離心力是多少，十噸。怎么能夠你在熔點以上工作還能承受十噸的拉力呢？我們靠的是冷卻。這個孔怎么打，冷卻空氣怎么流，流出來以后和燃氣咱們攙和這些都是我們有設計的，但是加工的出來嗎？這條線就是金屬材料的熔點，而這些溫度是我們發(fā)動機渦輪葉片的工作，所以對制造業(yè)的要求真是相當高。

    這是國外公司打的，精度真是相當高，人家拿我們的東西一看就知道，一個是藝術品，一個是山寨產品。我覺得制造工藝對我們的限制太大了，所以我希望各位能夠多多幫忙。

此外還有像封嚴這種小結構，我舉個例子來講，我一直在說我們葉輪機要工作好就是要控制好間隙，這個間隙在國外來搞，如果要涂上一層涂層，這個涂層是可再生的，每工作一百小時長一塊，也就是說我工作的時候磨掉多少，它過一段時間長一塊，長到一千小時以后我們開始維修了，把它換掉。所以使我們的發(fā)動機一直處于一個良好的身體狀態(tài)下工作。我給大家一個基本的概念，我們設計出來的發(fā)動機只有25%的時間是在我們的設計狀態(tài)下工作的，75%的時間都是在偏離我們的設計點來工作的，什么原因呢？就是這些間隙，這些加工精度的變化所造成的，所以我們只有25%是高效工作，75%的時間都是湊合工作的，都是耗油率遠遠高于我們的設計水平的。

因此我覺得航空發(fā)動機的發(fā)展，這塊板是相對短，我們承認，我們在從事這個行業(yè)的圈內的人，是進行努力，但是努力的還很不夠，所以國家就要加大投入，搞重大專項。但是也更需要社會、整個國家的工業(yè)基礎幫助我們來解決這個問題，不是幫著我們來花錢，是幫著我們來解決問題。

    最后我想用愛因斯坦先生說的一句話跟大家共勉，“評價一個人不能看他得到了什么，是要看他為人類貢獻了什么”。