宋宜昌談我國國防工業(yè)幾個(gè)弱項
2008-06-20 07:16:56
目前，中國國防工業(yè)有哪些領(lǐng)域是最關(guān)鍵而又與發(fā)達國家差距較大的，是必須得集中精力突破的，如果突破不了，我們就會(huì )受制于人的?本次沙龍，宋宜昌先生選了五個(gè)重要領(lǐng)域并談了看法。
定向凝固高溫合金
宋：中國如果要發(fā)展大飛機，發(fā)展更高性能的軍機，必須要有大推力渦扇發(fā)動(dòng)機。發(fā)動(dòng)機里最關(guān)鍵的是渦輪和壓氣機。無(wú)論是商用的高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機，還是軍用的小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機，都需要核心機，而且需要最好的發(fā)動(dòng)機葉片。葉片分渦輪葉片和壓氣機葉片。渦輪葉片一般要在1500℃和接近15000轉/分這種極大離心力的惡劣工況下運轉，在這種條件下工作成千上萬(wàn)個(gè)小時(shí)，要求極高。渦輪葉片工作溫度高，負荷大，應力復雜，要求材料具有很強的熱強性、抗沖擊性、抗疲勞性、耐腐蝕能力及損傷容限特征。它的工作溫度已經(jīng)超過(guò)鋼鐵承受的溫度，只能用高溫合金。但高溫合金在這么高的溫度和這么大的離心力下要產(chǎn)生蠕動(dòng)，一蠕動(dòng)，葉片就要變形，很容易失效。在這種惡劣工況下，過(guò)去我們用的是多晶體合金。它的特點(diǎn)是：你把合金一弄斷，看它的斷面有很多閃亮的晶點(diǎn)。這種晶格結構有缺陷的地方首先會(huì )斷裂。而單晶體合金就避免了多晶體合金的缺陷，它是均勻的整體，沒(méi)有缺陷。如采用定向凝固制造成定向單晶合金，就消除了晶界，可將使用溫度提高一個(gè)臺階，約為30℃，從而使渦輪進(jìn)口溫度提高30℃-60℃左右。它的整體輻射非常均勻，具有更高的疲勞壽命。多晶體合金容易疲勞，在高溫下容易沿著(zhù)晶界產(chǎn)生裂紋，而單晶把這個(gè)條件提高了1～2個(gè)數量級。在壓氣機葉片上，有很大的氣動(dòng)彈性，沒(méi)有優(yōu)秀的壓氣機葉片，承受不了氣動(dòng)彈性引起的疲勞和裂紋。
目前中國和國外這方面差距非常大，中國還沒(méi)有民用渦扇發(fā)動(dòng)機，都談不上與國外的比較。軍用的有，原來(lái)是渦輪噴氣，現在是渦輪風(fēng)扇，但用不到一千小時(shí)就要大修。西方的發(fā)動(dòng)機使用壽命起碼是一萬(wàn)個(gè)小時(shí)。如果這個(gè)差距不趕上，即使造出飛機來(lái)，由于發(fā)動(dòng)機使用壽命短，也影響飛機的出勤率。AL-31F也好，“太行”也好，其關(guān)鍵之處不僅在于推力和推重比，還在于它們的耐用性。上世紀50年代初，蘇聯(lián)發(fā)動(dòng)機專(zhuān)家米庫林為米格21設計了P-13渦噴發(fā)動(dòng)機。它雖然獲得了滿(mǎn)意的推重比，然而采用跨音速葉片，引起許多氣動(dòng)彈性和振動(dòng)問(wèn)題，P-13的大修小時(shí)僅為100小時(shí)，頻繁地更換發(fā)動(dòng)-機使米格21的戰備狀況受到影響，米庫林因此還丟了官。
殲-7的發(fā)動(dòng)機渦噴7系列，大修周期開(kāi)始也是100小時(shí)，想盡辦法搞到150小時(shí)就挖盡潛力了。關(guān)鍵是渦輪和壓氣機葉片，在高溫和強氣流條件下老化、斷裂、蠕動(dòng)。西方戰斗機的發(fā)動(dòng)機也同樣存在這些問(wèn)題，但他們對此進(jìn)行了大量的基礎研究和實(shí)驗工作，投入的巨資終于有了回報。上世紀70年代，國外研制出單晶定向凝固高溫合金，徹底解決了渦輪葉片在高溫高壓、惡劣工況下的壽命問(wèn)題。美國裝備波音747、767的JT9D發(fā)動(dòng)機采用PWAl422單晶合金，壽命達9 600小時(shí)以上。F-15的F-100發(fā)動(dòng)機用的是第一代定向凝固合金葉片，美國的第二代單晶合金PWAl484和第三代Re-neN6的性能又遠遠超過(guò)了第一代的水平。你可以看到空客和波音的飛機日夜在空中飛行，發(fā)動(dòng)機可靠地工作著(zhù)。有的CFM-56發(fā)動(dòng)機壽命達到了1.4萬(wàn)小時(shí)。AL-31F大修間隔原來(lái)只有640小時(shí)，后來(lái)做了延壽才達到800小時(shí)，盡管戰斗機發(fā)動(dòng)機與民用渦扇發(fā)動(dòng)機定位不同，但還是能看出基礎研究的差距。中國目前能生產(chǎn)的定向凝固單晶葉片與國際水平差距就更大，人家一臺發(fā)動(dòng)機頂咱們10臺以上。
高級復合材料
宋：一般航空工業(yè)用的復合材料都是碳纖維加環(huán)氧樹(shù)脂，就是腈綸碳纖維的原料。這種材料類(lèi)似于釣魚(yú)桿，它是怎么制造的?簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是用腈綸在隔絕空氣的狀態(tài)下加熱，里面含的有機東西都蒸發(fā)了，只剩一個(gè)長(cháng)的碳鏈，這個(gè)東西拿出來(lái)看是黑的，但把它和其它有機材料合成起來(lái)，一般是涂上環(huán)氧樹(shù)脂，一層層壓起來(lái)，就會(huì )既輕又堅韌。
按說(shuō)碳纖維的制造并不復雜，但它的水平高低體現在：高級的可耐很高溫度，而且有很高的強度，低級的就不行。發(fā)達國家的碳纖維為什么強度高?你看咱們生產(chǎn)的碳纖維斷面，它的碳鏈是光滑的，而發(fā)達國家的碳鏈帶很多倒刺，像尼龍搭扣一樣勾在一起，所以強度很高。另外咱們的碳纖維總還是有點(diǎn)雜質(zhì)在里面，一拉就容易斷。發(fā)達國家的碳纖維都是高純度的。這方面日本的水平最高。美國全是買(mǎi)日本的碳纖維，再用美國的樹(shù)脂加工，就直接壓成機體框架。這是最尖端的東西，像波音787上用了大約37％的這種材料。為了生產(chǎn)787，美國做了一個(gè)約30米長(cháng)的機艙大加溫爐，鋪一層碳纖維布涂一層有機材料，最后一壓，保持溫度，30米的機身一下做成。完全不是過(guò)去那種在框架上鉚上鋁蒙皮的做法。中國現在的碳纖維基本是低檔水平，高檔的全靠進(jìn)口。我們想買(mǎi)日本的，他們要很高價(jià)格，有些型號還不賣(mài)。而且核心技術(shù)不給我們。沒(méi)有這一個(gè)東西，我們就只能造金屬飛機。但近年來(lái)有幾個(gè)廠(chǎng)家有所突破。西安的復合材料上去后，國外飛機廠(chǎng)商開(kāi)始包給你做了。以前國外不可能包給你，因為人家早不做鋁飛機了。當然現在包給你的這些復合材料部分都是對受力要求最低的，比如門(mén)、起落架蓋，這部分肯定不是受力部分。但像機身、機翼蒙皮的復合材料部分肯定不會(huì )包給你。另外，環(huán)氧樹(shù)脂的壓制加工工藝變化很大。環(huán)氧樹(shù)脂的特點(diǎn)是不耐高溫，300℃以上性能就要發(fā)生變化，而軍用飛機高速飛行時(shí)肯定遠遠超過(guò)這個(gè)溫度。過(guò)去的碳纖維是橫向水平結構，層和層之間很容易滑動(dòng)，現在增加了縱向纖維，中間是環(huán)氧樹(shù)脂。一種新的復合材料“雙馬來(lái)酰亞胺”，可防濕熱。以前的復合材料怕濕怕熱，國外不斷對復合材料提出新的物理性能要求，不斷往前改進(jìn)，我們的步子邁不了那么大，目前還處于低端。
高頻芯片還不止是單晶硅，還有砷化鎵器件。如果差距縮短了，我們的反坦克導彈，空地、空空、地空導彈，巡航導彈，無(wú)人機，衛星、合成孔徑雷達、海洋監視雷達、地形測繪雷達等都會(huì )大大前進(jìn)一步。高頻芯片的設計和制造水平追趕到某種程度，將大幅度降低我們先進(jìn)武器的造價(jià)。提高先進(jìn)裝備的數量，收到不戰而屈人之兵的效果。
固體火箭推進(jìn)劑
宋：固體火箭推進(jìn)劑的先進(jìn)程度，決定了我國的各種導彈的射程。我們的空空導彈如果和美國的同射程，那么要比人家更粗、更長(cháng)，這就是固體火箭推進(jìn)劑的差距。二戰中V2導彈成功后，全世界的強國都在研制液體導彈，因為它好控制，射程遠，反過(guò)來(lái)忽視了固體燃料。甚至美國第一代艦載導彈也準備以液體推進(jìn)劑為主流。軍艦上還專(zhuān)門(mén)改裝了液體燃料庫，為充灌之用。這樣加注過(guò)程最快也要兩個(gè)半小時(shí)，危險性也很大。美國不得不轉向固體導彈，想裝在潛艇上。而此時(shí)美國才發(fā)現它的固體燃料與液體燃料的研究水平差距很大。當年美國發(fā)射“北極星”導彈，在潛艇內必須裝下2000千米射程的戰略導彈，只能用固體燃料。這種燃料的制造通俗地說(shuō)，無(wú)非是過(guò)氯酸氨加鋁粉加端羥基聚丁二烯(一種改性人造橡膠CTPB)，但實(shí)際上非常難造。洛克希德公司在上世紀50年代拿到這個(gè)項目之后，借用了包括大學(xué)、研究機構和相關(guān)企業(yè)在內的整個(gè)美國的力量，秘密發(fā)展起固體燃料。美國過(guò)了這個(gè)燃料制造的門(mén)檻之后，包括地空、空空、地地、洲際導彈等都用固體燃料，而蘇聯(lián)與之差距極大。D級戰略核潛艇的導彈艙巨大，就是固體燃料的差距。固體燃料如改進(jìn)一些，甚至能提高50％的射程。
其它國家中，印度的固體火箭燃料搞得不錯。因為它是低緯度地區，利用地球自轉可以節省一些燃料，但是它天熱，加注時(shí)液氧極易揮發(fā)，火箭待機過(guò)久非常危險。液氫液氧必須處于超低溫狀態(tài)，在熱帶使用成本高。所以它的導彈在發(fā)射臺待機時(shí)間短，以至于檢測等各項工作的時(shí)間都受到限制，逼得它必須研制固體燃料。“烈火”、“大地”導彈都是固體的，運載火箭也都是固體的。而中國的“長(cháng)征”系列連助推器都是液體的，這就是固體燃料方面的差距。你看印度的火箭都特別細長(cháng)，因為它用這么多固體燃料就夠了。液體火箭一般要搞得較粗，因為液氧用一部分后，剩下的會(huì )晃動(dòng)，產(chǎn)生很多穩定性問(wèn)題。所以要短粗以降低重心。固體燃料必須動(dòng)用整個(gè)國家的力量，一旦過(guò)關(guān)，小型導彈如空地導彈等也都會(huì )受益。
固體燃料表面看并不復雜。一部分是過(guò)氯酸氨，這是氧化劑。另一部分是改型的烴基橡膠，一般為端羥基聚丁二烯，它是一種粘合劑和緩燃劑，還有就是鋁粉。這三種東西里面有很多竅門(mén)。比如燃燒速度越快，單位時(shí)間產(chǎn)生的氣體就越多。再如，燃料顆粒和固體鑄型內腔的形狀都很復雜，一般我們知道里面像菊花一樣的內腔是空的，這樣燃燒面較大。固體推進(jìn)劑中有一些助劑，起著(zhù)多種多樣的作用，大多屬技術(shù)訣竅，要花大量時(shí)間和試驗才能調制出來(lái)，有些類(lèi)似石化工業(yè)中的催化劑。計算這個(gè)腔體截面積的公式也牽扯大量課題。固體推進(jìn)劑的水平反映一個(gè)國家化工的最高水平。沒(méi)有卓越的領(lǐng)軍化學(xué)家，特別是高分子化學(xué)家、催化劑專(zhuān)家、燃燒理化專(zhuān)家和化學(xué)工程專(zhuān)家(否則研究出來(lái)也未必能大規模生產(chǎn))，沒(méi)有長(cháng)年的大量實(shí)驗數據，沒(méi)有豐富的經(jīng)驗積累，指望短時(shí)間的突擊是很困難的。如果把固體推進(jìn)劑突破，會(huì )帶動(dòng)中國整個(gè)精細化工、火炸藥化工、人造橡膠等。芯片是拉動(dòng)電子工業(yè)，復合材料是拉動(dòng)高分子合成化工等，渦輪葉片是全面拉動(dòng)冶金工業(yè)和應用物理學(xué)。
直升機與地震救災
宋：汶川大地震發(fā)生后，直升機在山區救災中發(fā)揮了巨大作用。尤其是山峽險峻，公路被毀，交通中斷的惡劣條件下，直升機是救生的唯一工具。但是，直升機的制造比想像中復雜得多，這里面牽涉著(zhù)大量擺動(dòng)、振動(dòng)、平衡的問(wèn)題。這些問(wèn)題只能靠經(jīng)驗，計算機有時(shí)也沒(méi)有用。美國這么多飛機制造商，就只有兩家比較大的、成熟的直升機公司。英、法、意大利也都只有一家。直升機的研發(fā)必須靠經(jīng)驗，不花夠錢(qián)和不做夠試驗，是沒(méi)法積累這樣的經(jīng)驗的。我們國家現在造不了直升機，只能夠模仿，就是因為沒(méi)有經(jīng)驗。四川大地震一下子顯出了直升機的重要性。投入抗震救災的米－8、米－17和“黑鷹”都是進(jìn)口貨。“黑鷹”是上世紀80年代買(mǎi)的，很適合高原使用。你可以算算它飛了多長(cháng)時(shí)間，機件磨損得相當厲害了，再從美國買(mǎi)恐怕不容易。
雷達也一樣，我們的工程人員一上來(lái)就要從最復雜的先進(jìn)雷達做起，企業(yè)也沒(méi)經(jīng)驗，頂多給你一些雷達的參數和元器件。你沒(méi)辦法把這些變成你思維的一部分來(lái)想像雷達工作時(shí)的樣子。像主瓣、旁瓣這些電波就不能變?yōu)榛畹臇|西，而只能是一堆公式，一上手就是一堆數據。所以雷達專(zhuān)家也只能局限于某個(gè)局部某個(gè)部件。這方面完成最好的是俄羅斯S-300的專(zhuān)家。他們-一開(kāi)始就搞雷達，從簡(jiǎn)單一直干到復雜先進(jìn)，各個(gè)系列搞得很透。就像我們早期玩電腦和玩網(wǎng)絡(luò )的那些人，他們具備很多感性的東西。美國貝爾公司專(zhuān)搞小直升機，但玩得很熟。法國也是從搞小直升機起家。這就帶出一個(gè)問(wèn)題：復雜系統的設計師怎么培養?是研究生畢業(yè)了直接進(jìn)研究所還是師傅帶徒弟?因為中國沒(méi)有私人研制這些復雜系統的一個(gè)機制，所以你只能從課本直接進(jìn)入高級設計中，而不能從小玩，這樣就難產(chǎn)生偉大的設計師。但令人感慨的是殲10的設計人員。他們搞了一個(gè)地面電傳操縱控制臺，把規律摸透了，而且“梟龍”也可共享這個(gè)平臺，甚至將來(lái)搞大飛機的電傳，還是這套東西。形成了這套機制，就是良性循環(huán)，再怎么玩都行。搞軟件的人，搞病毒的人，很多都是玩出來(lái)的，這些人都成了大師，因為他們把技術(shù)和變化滲入到靈魂，所以在各個(gè)領(lǐng)域都能領(lǐng)先。但如果只是橫向插入，你只能跟蹤，像吉利的李書(shū)福是玩造車(chē)玩出來(lái)的，別人就理解不了他的自信，這也是青少年教育方向的問(wèn)題。
記：您只選這五個(gè)領(lǐng)域的原因是什么?
宋：整個(gè)軍工產(chǎn)業(yè)體系不是幾個(gè)尖端項目能涵蓋的。我也想談?wù)勚袊旌侥负团炤d機，談?wù)剳鹇詽撏?，談?wù)勎宕鷳鸲窓C，談?wù)動(dòng)性聪嗫仃嚴走_，談?wù)勲娮訉购途W(wǎng)絡(luò )對抗，談?wù)劅o(wú)人機、衛星、數據鏈、未來(lái)士兵系統、各種新型傳感器特別是紅外焦平面陣列，談?wù)劶す馕淦骱碗姶排?，談?wù)劯咛艍夯鹋诘闹圃旃に?，談?wù)勏冗M(jìn)生物技術(shù)，談?wù)凜3、C4、CN……說(shuō)的太多就會(huì )讓人不得要領(lǐng)，反不知道最重要的是什么，應該怎么做。
西方的分析法是把復雜的巨系統分成子系統、子系統，逐一攻破。中國式思維講究綜合，全盤(pán)統籌，找出關(guān)鍵部分或關(guān)鍵點(diǎn)。牽一發(fā)動(dòng)全身，破一關(guān)開(kāi)萬(wàn)關(guān)。當年張愛(ài)萍抓兩彈一星，就抓幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，導彈方面就是慣性平臺，就是陀螺儀及其計算系統。
一架飛機幾百萬(wàn)個(gè)零件，一臺發(fā)動(dòng)機也有上萬(wàn)個(gè)零件，除了壓氣機和渦輪葉片，它還有風(fēng)扇、進(jìn)氣口、燃燒室、矢量噴管、全權數字控制系統、燃油，滑油系統，起動(dòng)系統和點(diǎn)火系統。光是燃燒室和渦輪的冷卻方法就能牽出一大堆。還有加工技術(shù)、工藝、設備，光機匣加工和電子束焊接就能講不少，而且都涉及發(fā)動(dòng)機性能。都講只能讓讀者更暈，所以我砍枝剪蔓，只談五項。
最后我有兩點(diǎn)建言。一是要提高組織協(xié)調能力?，F在一說(shuō)到現代化，就是說(shuō)花錢(qián)和招標。其實(shí)現代化更應注意的，是組織協(xié)調能力，這個(gè)比研究某一個(gè)尖端產(chǎn)品更需要下力氣。當年我國搞兩彈一星，受文革干擾，那么艱苦，有的專(zhuān)家估算了原子彈出來(lái)的時(shí)間，認為1964年拿不出來(lái)。但那時(shí)的協(xié)調工作做得特別好，大家集中資源和精力，結果原子彈提前一年拿出來(lái)了。
第二點(diǎn)是要嫁接其它行業(yè)優(yōu)秀成果提升自己。實(shí)際上，一個(gè)軍工行業(yè)要想搞上去，決不是軍迷所認為的僅僅彌補科技差距那樣簡(jiǎn)單，它涉及復雜的國情、體制因素。必須具備兩點(diǎn)：一是你這個(gè)行業(yè)要搞好廣義公關(guān)，另一是要有市場(chǎng)。造船工業(yè)就是很好的例子。上世紀70年代時(shí)它們的處境也是非常惡劣的，但當時(shí)的領(lǐng)導人柴樹(shù)藩利用香港包玉剛的訂單巧妙地走出了困境，現在民船方面幾乎都是以國外訂單為主，形成了很好的局面。航空業(yè)與國外在技術(shù)方面的很多差距并非不可彌補，若把別的行業(yè)的經(jīng)驗引進(jìn)來(lái)，完全能更快更低成本地提升自己的實(shí)力。 （兵器知識2008第7期）
本站僅提供存儲服務(wù)，所有內容均由用戶(hù)發(fā)布，如發(fā)現有害或侵權內容，請
點(diǎn)擊舉報。
