说说航空发动机

最近，有人在网上评论，中国为何60年造不出优秀发动机？作者田文信从科技政策的角度来研究这一问题，笔者曾经从事过燃烧噪声研究，对发动机研制过程的基础理论有一点皮毛认识，可以从这一角度来认识国内发动机的研发困境。

发动机说来很简单，不就是把燃料燃烧完全，释放出能量，与空气混合形成高温高压的气体么？差不多，但国内发动机不成功的主要原因是可靠性不够，而可靠性与燃烧过程的组织有关，具体说来，就是燃烧噪声过大，导致燃烧不均匀，燃烧过程太靠近壁面，就把壁面烧毁了，或者噪声带来振动问题，导致机体容易疲劳损失。什么是噪音？噪音就是一种压力波，我们听到，是因为压力波进入了我们的耳朵，通过耳膜和一系列传递机制导致我们听到声音。很多后天性的聋子，就是耳膜或相关机构受到机械性损伤的结果。

如果光产生压力波，也不会产生很大的问题。问题在于燃烧器是封闭的狭小空间，压力波不断来回传递，就有共振问题。一次压力波强度有限，而一旦产生共振，其强度就无限上升，直到其他条件限制或者整个机体受到破坏，这是困扰航天航空工业半个多世纪的主要问题。航天工业影响不大，因为燃烧器是一次性的，不过几分钟的运行寿命（初级发动机）。而航空发动机需要无故障运行几千小时，这是长期的可靠性问题。国产发动机不能过关，就是噪声问题解决不好，导致寿命过短，或者发动机过热，或者机体振动过大。有些常规的减噪办法，是通过改变环境的质量来避免某些Node，但这样做会产生更多的Node，因此会越来越复杂，以至于无解，只有靠经验去试。所以美国人认为俄国人的成功是因为人力成本低，不断试出来的，因为俄国没有理论突破。不过，俄国设备厚重，对于减噪有天然的好处。噪音问题，本质上就是能量与质量的互动问题。

波音747在市场运行初期，由于发动机振动问题，导致航空公司大量索赔，后来普惠公司花了很多钱来摆平这一问题，也给普惠很多有益的经验和教训。所谓后发劣势（杨小凯的说法），就是后发过程如果没有注意吸取其他领域的经验教训，往往付出更大的代价，带来更大的损失。我国的发动机研发过程，似乎就是验证了杨小凯的理论，虽然他的说法从经济理论中提出来的，科学没有捷径，后发更要取经。虽然国内出国方便了，但对国外信息的吸取上，仍然和韩国日本有很大的差距，闭门造车的后发，一定是劣势的。

燃烧噪声问题，在150年前就受到重视了，但仍然没有成熟的理论。理论与工程实践有较大差距，所以谁的投入大，谁的成果多。避免共振的方法有很多，但没有大家都接受的理论，所以很多技术都是别别窍，老师傅的个人体验，只有经过了挫折，才能找到解决办法，这是我们没有长期投入导致缺乏技术积累造成的局面，也是科普不足导致没有人才储备的局面。

为什么说科普不足有影响呢？因为很多人都不知道噪音原理，因此对这一领域认识不足。国外研究噪音的中国人有，但为了生存，很多都转行了，比如笔者，在博士的最后一年接触燃烧噪声，为了毕业不能深入研究。笔者的学弟是印度人，也因为生计，也是个人兴趣的发展，现在在研究生物流体力学，与噪声差得太远了。虽然噪音很有意思，但我的本行是消防，年纪大了不敢轻易转行，数学基础不足也无法深入。而另一些原来就在这一领域的国人，也有很多转行的，原因很简单，国外不信任，国内不需要，我在相关的学术讨论会上看不到来自国内的兴趣。如何把国家的需要转变成学生的兴趣，如何把国内年轻人对国防技术的热情转化为扎扎实实的学习理论的兴趣，是需要有关科普工作者深入浅出地介绍。好的科普作品，不但给人一点常识，更能让人产生对某一领域浓厚的长久的兴趣，这是笔者梦寐以求的目标，也是班门弄斧的目的。在这里，笔者只能蜻蜓点水地介绍一下燃烧噪声的作用，压力波动无处不在，共振现象到处都有，解决噪声难题，唯靠数学物理。

 

有道是，东风吹，战鼓擂，书到用时方恨少，飞机上天动力难，后发劣势谁能改？燃烧波，到处振，解决噪声靠理论，航空研究看投入，自古英雄出少年。

 

 

 

 

资料图：“太行”发动机局部特写。摄影：刘峰

 

3200kgf推力级涡扇发动机。

 

　　

资料图：“太行”发动机。

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