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專訪高歌教授:中國有信心有實力製造世界先進航空發動機 |
| 2011年01月 來源： 新華網 |
高歌教授在接受新華軍事記者訪問
訪談嘉賓介紹：高歌，中國工程熱物理及流體力學專家，教授，1967年畢業於北京航空學院發動機係；198l、1985年分別獲北京航空學院工學碩士及博士學位，後在北京航空航天大學發動機係任教授、博士生導師；1992年任國防科工委水動力學專家組副組長。高歌教授在燃燒學、流體減阻、旋渦動力及升力技術等領域有諸多發明創造：1981年發明沙丘駐渦火焰穩定器，應用於多種型號噴氣發動機中，具有低阻、高穩的突出特性，提高了發動機的推力；1991年發明低噪、低阻新型流水孔網陣技術，成功地應用於潛艇，獲得減阻降噪的明顯效果；2000年與美國華裔教授Y．Yong共同創立理性湍流方程體係，消除了湍流方程對經驗係數的依賴。1984年高歌獲國家發明一等獎；1986年被批準為國家有突出貢獻的中青年專家；1991年獲航空航天工業部航空金獎、國防科工委光華特等獎及國家科技進步二等獎；1992年獲中國船舶工業總公司科技進步一等獎；1993年獲國家發明三等獎。
記者：各位網友，大家好！今天來到我們新華軍事演播廳的是北京航空航天大學發動機係教授、博士生導師高歌教授。眾所周知，高教授是我國發動機領域的專家，我們想問一下高教授，您是怎麽走上發動機研究這條道路的呢？
高教授：航空發動機是飛機的心髒，如果發動機功能上不去的話，那飛機就得心髒病。我從少年時期就非常熱愛航模運動，一心想獻身祖國的航天事業，所以，1962年考大學的時候，就報考了北京航空學院，也就是現在的北京航空航天大學。
但是，當時飛機和發動機是一個係，叫三係。我就報了這個係，結果一分，我報的是飛機專業，結果進了學校以後被分到了發動機專業，我就很苦惱了。就找了當時的教務處主任要求到飛機專業去，結果人家對我說，你不喜歡發動機，那是因為你對發動機還不了解，如果你知道發動機多麽重要，還有許多難題沒有解決，也許你會愛上發動機的。一年以後你再來找我吧，如果那時你還不喜歡發動機專業，我給你換到飛機專業去。當然一年以後，我沒有去找他。
記者：當時我們和世界發動機的先進水平有多大差距？
高教授：當時我們國家製造的飛機發動機都是仿製蘇聯的發動機，距離世界的先進水平，大概有十年的差距。
記者：當時的差距是十年？
高教授：對。因為蘇聯50年代的發動機，我們60年代造出來，也就是十年的差距。但是隨著時間的拖延，我們的差距沒有縮小，而且逐漸地拉長了。我心裏頭非常的著急，總是想我們中國人什麽時候能夠造出我們自己的先進航空發動機，趕上世界的先進水平，這種心情可以說伴隨我一生。
記者：當時您感覺我們和國外相比，在發動機，在研究、設計、製造等方麵，差距都體現在哪裏？
高教授：第一個是理論方麵的差距。中國的航空發動機，特別是噴氣發動機專業是從1954年開始仿製蘇聯的發動機開始的，在廣大的工程技術人員裏頭，理論專家相對來說少一些。整體的理論素質還是差的比較大。雖然成品可以造出來，但理論上是有差距的。另外在航空發動機工業中，我們的技術、工藝、材料各個方麵，也都是落後的。當時的差距可以說是全麵性的。
而建國以後幾十年裏頭，中國航空科技、工業走了一條跟蹤、測繪、仿製這樣一條路。在理論研究上，是跟蹤國外的研究潮流；在具體工藝技術上，是仿製或者是測繪。這樣一來時間做久了，就會約束了我們自己的自主創新能力，造成無論是在技術前瞻方麵，還是在技術重大突破方麵，都有所欠缺。
記者：您剛才提到了自主創新，您創造的沙丘駐渦穩定器就是我國發動機領域一項重要發明。您是如何獲得靈感的呢？
高教授：我大學畢業後，從1968年一直到1978年，都在青海沙漠地區工作。在沙漠裏有新月形的沙丘，這是司空見慣的事情。但這種沙丘有一個很奇怪的特性，無論風怎麽大，這個沙丘依然保持著它原有的月牙形狀。為什麽它維持不變，就引起了我的興趣，這樣我從流體學的角度，把這個沙丘保持穩定的這種特性用流體學的角度解開了，解開了以後，然後把這個原理用到了飛機發動機的火箭穩定器上，這樣就獲得了比較突出的進展。
記者：我理解的就是這種沙丘駐渦應用的研究，使這個發動機性能更加穩定了？
高教授：對。在噴氣發動機的加力燃燒室裏麵，一般風速是每秒100米到150米這個範圍。這麽高的風速，那個火是非常容易吹熄的。在生活中，你要點煙的時候，火柴或打火機一定要用手擋起來，擋住風。因為在一個避風的地方，火焰才不容易熄滅。以前在噴氣發動機中的加力燃燒室裏麵，總是裝上一些V形槽，這後麵就產生一個漩渦，這個漩渦流速比較低，同時它可以儲存這個熱量，來保證火焰的穩定。但實際這種V形槽火焰穩定器效果並不理想，漩渦總是脫落，這一脫落就引起了火焰的不穩定。
那麽我們發明沙丘這種形狀，它保持後麵的漩渦是非常穩定的，燃燒室裏麵的火焰的穩定性就提高了很多。
記者：中國這種沙丘駐渦理論，國外是不是非常感興趣？
高教授：對。這個東西是我們中國人的原創。後來在珠海航展上，貴州航空發動機廠的發動機展品中，從後部，從尾部能夠看出來這個裝置。航展上很多國外記者或者研究人員都重點地拍攝這部分的內容，他們對這個東西非常感興趣。
國產9500公斤推力輪風扇發動機
記者：當時國外對於這種發動機內的火焰穩定問題，采用的是什麽方法？
高教授：他們不是走這條路。因為在國外的燃燒學界，幾十年有一個常規，即要想火焰穩定，穩定器的迎風截麵積要做得大一些。越大火焰穩定性能就越好。當然穩定器做大了，缺陷就是阻力也就大了。我記得是1983年的時候，美國加州理工學院有一位權威教授來我們學校實驗室參觀，係主任向他介紹情況，指著我的試驗台說，這個試驗台就是我們研究既能減少穩定器阻力，又能提高火焰穩定器的一個試驗台。當時沒有講沙丘穩定器的具體形狀了。不過美國教授就說了，奉勸你們不要做這種研究，幾十年來國際上的研究經驗就是，要想穩定性好，就要把它做大，做大了以後，阻力就大，既想減少阻力，同時要保持穩定性，這是不可能的。
然而實際上，我們的沙丘穩定器阻力比“V”形槽的阻力減少了70%到80%，火箭穩定性大幅度提高。
記者：咱們這套理論一共應用到多少型號的發動機上？
高教授：在90年代，我們國家主力戰鬥機的發動機都使用這個穩定器。
記者：在您的簡曆中看到，您後來還在潛艇領域降噪還有新的發明？您怎麽從航空研究轉到了水下了？
高教授：流體力學是一個多領域可以使用的基礎學科。航空依靠的學科是流體力學。潛艇也是流體力學。
網友們可能在照片中發現，潛艇上有很多的流水孔，潛艇的沉浮都要通過流水孔進水、排水來實現。無論是蘇聯的還是美國的潛艇，它們都是矩形的排水孔。這種形狀從流體力學的角度上來說，水下阻力非常大。
我1987年第一次到青島的海軍基地，碼頭上就停著潛艇，我一看潛艇流水孔全是矩形的、排成一長串，當時就感覺這種形式不對，應該做成類似月牙形的形狀，另外孔的排列應該是呈菱形的排列。平時你觀察風吹過水麵以後，你從某一個角度上看，看那個波浪是菱形的，流體的波動現象在水中，自然會形成菱形的網。所以我說，一個是形狀不對，一個是排列方式不對，就改了這兩點。
這個後來也應用到我國潛艇建造上。
記者：今年是2010年了，您在這個時代，再回首我們中國的發動機的基礎理論研究，您有什麽感想？
高教授：第一，這幾十年來，我們國家在航空發動機的基礎理論的研究方麵取得了非常大的進展，不僅有優秀的年齡老的帶頭人，更可喜的是湧現了一大批中青年的科技人員骨幹。這些科技人員基本上掌握了進行航空發動機基礎理論研究的所有的手段。所以從理論研究上來說，我們和國際上的差距在迅速地縮小，最多不會超過五年。當然，在經驗方麵，我們還稍微缺了一些。但是，在純理論的方麵我們已經和世界最先進水平不斷地靠近。
中國航空工業集團公司展示多款新型渦扇發動機
記者：發動機從設計到最後出來成品，有一個的過程。您對我們的發動機製造這方麵，有什麽感受？
高教授：再好的理論，如果工藝上不能實現的話，還是一個很大的差距。我們國家這些年航空發動機的製造工藝，製造技術得到了大幅度的提升。現在到航空發動機的工廠去看一看，設備幾乎全部都更新了。
在我剛工作的時候，工廠都是手操作的機床，現在則被大批的數控機床取代，各種新工藝、新技術、新材料層出不窮。所以，在這個領域裏頭，我們也是前進了很多。單純從生產設備上來看，我的看法是和國外大概僅有十年左右差距。
記者：您覺得，中國在軍用大推力的發動機上，和世界先進水平有多大差距？
高教授：恐怕還有30年的差距。盡管設備上，加工技術逐漸趕上來了，但設計的發動機，需要好的圖紙和設計理念。這些設計理念從科學家的頭腦裏頭，到工程師的頭腦裏頭，最後變成工程圖紙，這需要一個過程。
現在中國發動機的設計理念還沒有完全擺脫跟蹤仿製。就是國外在做哪方麵的研究，我們也跟進。國外的定型已經服役的發動機，一些技術細節講的比較多了，我們知道了然後再去做相關研究，然後再做確定下來，再應用上，這個過程時間就長了。從我們得到國外的信息，一般就要晚三到五年，然後再消化吸收、理解了，又要幾年，最後再從工程上實現，這個差距就大了。
記者：您感覺，從世界上渦輪噴氣發動機發展，是不是已經到了極限？
高教授：不是的。任何一個事物，如果你拘泥於已有框架，就不會有突破。現在的航空發動機，基本上是航空渦輪發動機，它的核心技術都是渦輪機，要提高這種發動機的性能，就是兩個措施。一個措施是提高它的壓縮機的壓力，壓縮機進來的氣體，壓力越高越好。另外就是要提高渦輪前溫度，就是燃燒室裏溫度提的越高越好。
如果沿著這兩條路走下去的話，也可以說基本是快走到頭了。因為這個壓力是不可以無限提高。現在的航空發動機，也就是30多個壓力最多到40多個壓力。而燃燒的溫度，現在已經逼近2000K，就是攝氏1700度左右。這兩個指標再向上提的空間不大，即使提上去，也會造成可靠性的下降。即便有新的材料和新的冷卻方式出現，我個人認為單純增加壓比和提高溫度，效果很小。
記者：現在國外先進航空發動機的推重比是12左右，您認為最高會到多少？
高教授：美國在90年代製訂了一個計劃，叫做IHPTET計劃。IHPTET計劃是到2005年研製出推重比15的發動機。實際到2005年，他們沒有完成這項指標；2010年，他們也沒有完成這項指標。現在國外的消息，國外正在製新一代的發動機，普拉特惠特尼公司在做所謂的第六代發動機。這種發動機，我們估計它的推力應該是12到15之間。
現代航空渦輪發動機的設計已經十分複雜
美國後來又製訂了一個VAATE計劃，計劃到2020年製作出推重比20的發動機，當然也是困難重重。我個人認為，沒有新的發動機原理方麵的重大突破，沿著既定路線往前走，對美國人來說，也是非常困難的。也就是說，航空發動機需要新的原理、新的突破，並非就是現有死路一條走到底。新的航空渦輪發動機，需要嶄新的壓氣機原理、燃燒室原理、渦輪原理以及尾噴管原理。當然，它還是在渦輪發動機的這個範疇之內，但是和現在的航空發動機是截然不同的，它需要我們有新的創新性的思維。
記者：一條不同的路。
高教授：對。用現有的流體力學和熱力學的知識，就完全可以達到一種新的境界，隻是換一個思路，不要一條道走到黑。換一條思路以後，本來你是山窮水盡疑無路，就會柳暗花明又一村。
記者：美國有很多的高超聲速的計劃，用衝壓的手段來實現。這是它的一種另外的選擇嗎？
高教授：對於獲得高超音速的飛行來說，衝壓發動機是比較優秀的選擇。美國衝壓發動機的實驗，馬赫數8-10。但是，我們也注意到，試驗飛行器被帶到高空投放後，飛十幾秒鍾，燃料也沒了。可見這種發動機，耗油率非常大，工作時間非常短，燃燒效率也不高。
而現在的航空渦輪發動機，燃燒效率一般都達到了90%以上，主燃燒室的燃燒效率甚至會達到在98到99%。而這種衝壓發動機，燃燒效率在60%到70%左右，浪費了很多的燃料，工作時間也非常短。所以，現在這種使用衝壓發動機高超音的飛機來取代現有亞音速或者2馬赫左右的軍用飛機，我認為是有一定的疑問的。
記者：您的觀點？
高教授：我的個人看法是，采用新的渦輪發動機原理以後，完全有可能在一個比較短的時間內，獲得推重比20的新型航空渦輪發動機,並以此來實現音速4-5倍的飛行器。因為現有衝壓發動機或者脈衝震爆發動機有局限性，比如衝壓發動機不能從地麵起飛，不能0速啟動。而我認為新一代的渦輪發動機能夠把這個飛行器的馬赫數達到4-5，可以和衝壓發動機競爭。當然，這是我個人的看法。
記者：您說的新型航空渦輪發動機和現有發動機有什麽不同？
高教授：實際上未來的渦輪發動機，它也是要充分利用衝壓的效果，但是，這個渦輪發動機本身應用新的原理以後，它的零件可以減少70%。
你看現在的航空渦輪發動機，內部極其複雜的，葉片，管路，各種零件幾乎貼在一起。我記得我的導師曾經跟我說過，現在的渦輪發動機搞的太複雜了，任何一個事物如果搞的太複雜，就會走向反麵。到現在，我仍然牢牢地記住這句話。所以，在我研究過程中，也一直把這句話當做一個警示：不要搞那些煩瑣哲學，而是要探索新原理、新技術，才能取得更大的進展。
記者：我們了解到您對一些前沿的新技術、新能源也很感興趣，能給我們網友介紹一下嗎？
高教授：現在前沿科技湧現出許多新概念。例如真空能，我對這個領域感興趣有十年了。實際上，真空能的英文名詞叫做ZERO POINT ENERGY，零點能。你把這個ZERO POINT ENERGY打到那個GOOGLE網上去以後，你現在大概可以得到五千萬條的條目。你不用想也能明白，一個科學名詞能夠有五千萬的條目的，就說明，現代前沿科學對這個領域多麽的關注。
我為什麽關注這個領域。因為每個人的知識，你掌握的知識，很多的知識是在你中青年時代掌握的。然後，這些知識隨著時代的發展，逐漸就變得陳舊了，也就是說，知識老化。你像這個計算機領域的知識，一年多就淘汰一次，發展的非常之快。你不能用陳舊的框框來約束未來的發展。所以我覺得時時刻刻需要約束自己的，不能用你自己的固有思想去當年輕人前進的絆腳石。因為你的知識在陳舊，在老化，新的東西在發展。我覺得錢學森錢老做得非常好，他曾說，我每天都要看科普讀物，因為從那些科普讀物裏頭，我能夠跟得上世界的潮流。
高歌教授認為必須讓中國航空發動機走上創新發展的道路，才能夠快速進入世界的先進水平
記者：我感覺跟您聊半天，發現您是一個非常開放式的思維來對待自己的研究領域，我不知道您是不是同意？
高教授：是。比如在我寫的《藍星科技暢想》這本書裏麵，20年之內做得出來的技術，書裏麵一點沒提，那是要留給我們中國人來做的。20年之內做不出來的技術，都在書裏頭了，但並不等於我們這個世紀做不出來。
記者：作為一位中國發動機領域的專家，您對於中國未來10到20年航空發動機的展望和路線圖，能給我們描述一下嗎？
高教授：現代科技發展大概400多年了。中心都是在西方國家。東方國家基本上是跟著跑。中國人和西方人一樣，都是人類大家庭的一個組成成員。我們中國人的智慧，五千年的文化傳統，中華民族的普遍智商絕對不亞於他們。有了這樣的智力基礎，有了正確的方針路線，有了廣大的人民群眾群策群力，那麽中國的科技，這幾十年來在迅猛地發展，這是有目共睹的事實。老百姓常說，三十年河東、三十年河西。二十一世紀科技發展中，中國不僅會湧現偉大的政治家、經濟學家，也會湧現一大批傑出的引領世界科技發展潮流的科學家。
至於說航空發動機，那也是這樣的，我相信中國的航空發動機，會以非常快的速度超越以前的軌道，走上一個新的道路，從而使得中國的航空發動機也進入世界的先進水平。我們不但有這樣的決心，也有這樣的實力。
記者：您最後可以給我們新華軍事網友再說幾句。
高教授：我也經常看新華軍事，以及其他國內的幾個軍事網。對廣大的網友盼望國家強大的心情，我非常理解。這種美好希望的實現，實際上是依靠我們全體中華民族的共同的努力。有了正確的領導，有了全民的努力，眾誌成城，我相信，這種時代很快就會到來。
記者：感謝高教授這次作客我們新華軍事演播廳，各位網友，再見！
