中国复合材料加工技术再获突破助研新一代战机

http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2014-11-21

中国复合材料加工技术再获突破助研新一代战机

　　中航工业制造所面对国外复合材料铺放工艺与装备技术飞速发展，结合我国航空武器装备的需求，于2006年组建技术攻关团队，瞄准工程化应用，向复合材料自动化铺放制造技术发起挑战。多年来，该团队在各方支持下，经过不懈努力，已基本掌握了复合材料自动铺放制造工艺及装备的关键技术，总体水平处于国内领先地位，为国内该项技术在航空领域的推广应用做了大量的技术储备，也为我国航空制造技术整体水平的提升打下了坚实基础。

　　填补空白一枝独秀

　　多年来，基于复合材料预浸料的铺放均以手工工艺为主，直至“十一五”初期，适用于飞机大型翼面类复合材料结构制造的自动铺带机在国内装备制造领域仍属于空白；与此同时，国内真正用于航空型号生产上的自动铺放装备屈指可数，且全部依赖于进口，极大地禁锢了航空制造业的生产效率和产品稳定性的进一步提高。为打破这一瓶颈，推进我国航空制造业向自动化、网络化、智能化有序发展，项目组勇敢地啃起了这块“硬骨头”。

　　五年的勤耕潜研，数不清的日夜攻坚，手工铺叠转化为自动实现的一刻，成功的喜悦浸润了项目组每个人的心田。复合材料自动铺放设备结合相关材料技术、铺放工艺的发展进步，打通了复合材料自动铺放生产流程，填补了国内空白，项目组自豪地说：“我们的整体技术已经达到了国际先进水平，某些方面称得上国际领先！”

　　如今在国内航空制造领域，这台经过了试验件、装机件实践检验的复合材料铺放设备，可谓是当仁不让的“独一家”。与普通的数控切削设备不同，这台设备具有结构复杂、静动态刚性强、动态性能要求高、联动坐标多、控制复杂等特点，特别是其核心部件——铺带头的组件众多、精度高、集成度高、小巧精致、铺放动作多、协同控制相当复杂，它所适应的规格范围已经基本达到了国际先进水平。

　　大胆创新勇拔头筹

　　想要拔得头筹可不是件容易的事。项目组遇到的最大问题是，复材铺放设备研制时相关工艺研究在国内还属于起步阶段，难以对自动铺带机研制提出确切的设备功能和使用性能方面的技术指标要求。如何从手工作业中将自动化的需求提炼出来？团队在最初研发阶段遇到的瓶颈可想而知。

　　鉴于此，项目组研究确定了先从设备主体自行开发，个别关键部件先引进集成然后再创新的总体技术途径。要在高起点、高水平国外先进设备的基础上，进行设备研制和工艺探索，突破关键技术、掌握核心技术。在制造所的支持下，项目团队数次派人赴国外进行访问和技术交流，邀请国外技术专家入所讲学和咨询。通过与国外技术专家的深入交流与合作，为设备研制和工艺研究奠定了可靠基础。依照对国内航空主机厂有针对性的技术调研，项目组对行业的应用需求进行了归纳分析。

　　在确定了总体结构方案和关键部件的国际合作对象后，设计人员与工艺人员通过反复试验碰撞，最终突破了关键功能部件的设计、制造技术，实现了用机构模拟手工制作的功能。同时针对预浸料的制备技术和条件，研制预浸料分切设备和工艺，解决了铺放设备材料供应问题，并针对典型结构进行了可铺放性研究，摸索出了最佳铺放工艺参数。

　　尖兵团队责任在肩

　　敢于挑战的队伍必定有它的独到之处。研究所丰富的项目资源为研制人员提供了开阔的视野平台。这支队伍以高端数控机床起家，一直从事高难度装备的研制，团队里的每个人都不是单纯从事复合材料铺放一种设备的研制，所涉及的装备品种非常多，适应专业范围特别广，可谓身经百战、博识多通。做装备，机、电、气、液、装配、调试、服务各个专业缺一不可，团队单靠个体或许并无明显优势，但组建在一起综合能力却明显优于其他。如今，项目团队从最初只有10余人，发展到现在的30余人，从结构设计、集成控制、气液传动、仿真分析、软件编程、装配调试等各专业领域集齐人才，无缺项、无短板。

　　作为专用装备研发团队除了具备丰富的经验，更要有扎实的基础。延续过去“引进、消化、吸收”的路子实现整机设备开发是远远不够的。所谓知其然还要知其所以然，单凭经验打天下始终存在掉队的风险。项目组充分认识到了这一点，近年来致力于技术创新，从基础研究上下功夫，在研究所的支持下，搭建实验平台，真正从基础原理中深入挖掘，精益求精。

　　这是一群耐得住寂寞的人，为突破项目技术难点，他们趴在试验台上一连几天、几个月不知疲倦，对他们来说，迎接挑战就是一种乐趣。“能为国家破解‘卡脖子’的技术难点，踏踏实实做出一些航空急需的特殊装备，这份成就与荣耀是任何奖赏无法替代的。”副总师孙年俊欣慰地说。

　　复合材料自动铺放技术作为飞机大型整体复合材料结构制造的最佳方案，将在我国新型飞机研制中发挥不可替代的重要作用，能为未来发展高性能战机、大型飞机等提供装备与工艺基础。随着我国新一代战机、大型飞机以及无人机等新型飞机研制项目的实施，和国内复合材料自动铺放设备研制与推广应用，国内复合材料自动铺放技术的明天充满希望。

[新浪网-中新网]

中国研制成功世界唯一的JF18高超声速激波风洞

　　中国JF18风洞，JF18风洞里的风速度最高可达Ma 9，温度可达3000摄氏度左右，JF18风洞265米的身长使其能够提供更长的实验时间，高超音速发动机需要的实验时间达到100毫秒，喷管直径可达2。5米，实验舱直径3。5米，都明显优于国外同类风洞。

事涉机密,图文无关

　　JF18风洞里的风，速度最高可达9马赫，温度可达3000摄氏度左右。而美国的激波风洞最多只能做7。5马赫的试验，如X51高超声速飞行器。

　　中国若研制成功达9马赫高超声速飞行器之后，从中国本土起飞只需2小时就可完成对美国纽约华盛顿等城市的轨道轰炸，战略意义不言而喻。美国X-51A高超音速飞行器三次坠毁原因披露无一成功，作动器故障致失控。如今，中国这一风洞技术已经领先美国，让美国不寒而栗。

　　在风洞内测试X-51A高超音速飞行器的发动机中国JF18风洞，风洞代表了一个国家在航空航天方面的基础研究水平，它是飞行器的“摇篮”，中国JF18风洞265米的身长使其能够提供更长的实验时间，明显优于国外同类风洞。JF18风洞里的风，速度最高可达9马赫，温度可达3000摄氏度左右。

　　中国JF18风洞——技术特点

　　一架飞机的发动机、气动布局，不在风洞里吹个几千上万次，绝不敢上天，有一个表示速度的、叫做“马赫（Ma）”数的量词至关重要。1马赫是1倍音速（声速），在天气条件下大约为340米／秒。一般民用飞机速度多为Ma0.8以下的亚音速，风洞要复现的是在25—40公里高空、Ma5.0以上的高超声速飞行条件。

　　JF18风洞265米的身长使其能够提供更长的实验时间，高超音速发动机需要的实验时间至少需要60到70毫秒，先进技术已经能做到100毫秒，国外的相关风洞大约为30毫秒。

　　中国JF18风洞——关键技术

　　喷管直径可达2.5米，实验舱直径3.5米，都明显优于国外同类风洞。JF12风洞里的‘风’，速度最高可达Ma9，温度可达3000摄氏度左右。而Ma9意味着，从北京到纽约的飞行时间，可以由现在的14小时缩短到2小时。

　　高超音速飞行器的超燃发动机研发是个国际难题，有人形容Ma9时，对于飞机的发动机点火来说，就像在龙卷风中点燃一根火柴，还要保证它持续燃烧。JF18风洞完全可以复现“龙卷风”的状态。

　　“据我所知，这个设备是世界唯一的，不仅在于它产生的流场区域大、气流速度高、试验时间长，更重要的是应用了最独特的爆轰驱动技术，克服了自由活塞驱动技术的弱点，是在俞先生的指导下由你们研究所发展起来的。你们将为获得的可靠的高超声速试验数据感到骄傲。”这是国际着名激波管技术专家、国际激波研究院创始人高山和喜教授对JF18复现高超声速飞行条件激波风洞的赞誉。

　　“JF18激波风洞从概念、设计、加工、安装、调试、性能试验到现场测试，历时4年。项目组几多坎坷，几多艰辛，终于不辱使命，完成任务！”这是中科院力学所高温气体动力学国家重点实验室主任、国家重大科研装备研制项目组负责人姜宗林近日在JF18风洞验收通过后的感慨。

[新浪网-博客]

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深度：浅谈印度涡扇发动机为何下马中国航空应得启示

　　新浪军事编者：为了更好的为读者呈现多样军事内容，满足读者不同阅读需求，共同探讨国内国际战略动态，新浪军事独家推出《深度军情》版块，深度解读军事新闻背后的隐藏态势，立体呈现中国面临的复杂军事战略环境，欢迎关注。

　　11月18日印度国防研究与发展组织( DRDO )已经决定结束卡佛里发动机(GTX-35VS)计划，标志着结束了国产战斗机装备国产发动机的梦想。该项目迄今耗资2106亿卢比，至目前为止只在IL-76飞行试验台试飞了73个小时。未来印度LCA(Tejas光辉)战斗机MK1型将采用GE-404发动机，LCA MK-II型采用GE-414。而“卡佛里”发动机将会被用到民用燃气涡轮机的研究上。这正式宣布了“卡佛里”发动机最终下马的命运。

　　“卡佛里”发动机的下马使得在上世纪最令印度人引人瞩目的航空梦终归还是没能变成现实。28年前，印度人曾经自信的认为能够攀登上航空动力的高峰，摘得航空发动机这一极端复杂工业产品“桂冠”。28年后，现实的状况击碎了印度人发财的梦想，印度在“卡佛里”涡扇发动机的投资只能换来一声叹息。遥想当年的印度，雄心壮志研制了“卡佛里”作为陆基战斗机的动力选择，还想通过换发将发动机替换到海军舰载机上。今天，印度“卡佛里”涡扇发动机作为一声响钟，惊醒梦中人，让我们从印度涡扇发动机发展中看到中国未来发动机应该吸取哪些经验。

　　欲与天公试比高

　　---印度研发LCA战机，欲与巴基斯坦超-7(枭龙前身)，F-16抗衡

　　上世纪70年代末期苏联入侵阿富汗，美国为此加强对巴基斯坦的援助，提供了F-16战斗机，对印度空军的米格系列飞机构成压倒性优势。同时在80年代中期，巴基斯坦空军深感其主力战斗机无法适应当时的空战形势，急需以现代化战斗机替代其老旧的幻影3、幻影5,以及中国制造的歼-6、强-5等战机。巴基斯坦军方一方面引进美国F-16战斗机，另一方面积极与中国合作，试图凭借中方的力量研制一种低档配置且较为先进的战斗机。对于新研战机，最初巴方定名为“佩刀Ⅱ”方案，为此成都飞机工业集团公司(简称：成飞)与美国格鲁门公司签署协议，准备联合研制"超-7轻型战斗机"。

资料图：印度“卡佛里”发动机

资料图：印度“卡佛里”涡扇发动机

　　为了拉平与巴基斯坦的战斗机差距，印度国防研究与发展署于1980年宣布将自行研制一款先进轻型战斗机，性能要全面压倒F-16。1983年，印度政府批准“Light CombatAircarft(轻型战斗机)”立项，项目正式启动。

　　“卡佛里”发动机研究项目交给了印度燃气涡轮研究院，在法国斯奈克玛发动机的公司技术援助下进行设计。为了配合战斗机研制，1986年印度燃气涡轮研究中心正式启动卡佛里计划，1989年全面开展研究工作，计划投资8970万美元，于1997年交付使用。但卡佛里发动机项目一路拖延，核心机到1995年才点火运转。

　　由于“卡佛里”发动机已经无法保证LCA战斗机的首飞和试飞，印度在1986年花费了66.2亿卢布从美国通用电气公司购买了F404-GF-F2J3涡扇发动机。装备LCA的技术验证机和原型机，由于缺乏高空台和空中试车台，印度在1998年8月开始从俄罗斯租借了由图-16轰炸机和伊尔76运输机改装的飞行台用来测试“卡佛里”发动机。而中国类似的试验也是采用轰-6(仿制图-16)和伊尔-76运输机为基础改装的，但是由中国独立自主的完成改装工作，这反映出印度还是缺乏进行航空发动机的科研设施和测试手段。

　　2003年初“卡佛里”发动机已经完成了1200小时试车数，由于LCA战机研制进度问题，2004年印度斯坦航空有限公司又从通用公司采购17台F-404-GE-IN20发动机用于原型机和与生产型飞机。2007年，印度再次采购24台F404发动机用于LCA战机的第一个中队。2010年“卡佛里”发动机在LCA-Mark2战斗机竞标中输给了美国的F-414发动机。2011年2月，印度国防部长表示，印度燃气涡轮研究院已经试制出9台“卡佛里”发动机原型机和4台核心机，原型机和核心机的地面和高空条件试验已经进行了1975个小时，但是LCA战机的投产印度空军已经等不及自己的发动机了！

资料图：伊尔76运输机挂“卡佛里”发动机进行试验

　　当然除了时间上慢，还有经济方面也存在花费超支的问题。“卡佛里”发动机在1989年立项的时候为8970万美元，而到了2009年，其总成本达到了5.6亿美元，就这样每年2800万美元的高投入，对于印度来说经济上有点吃不消了！造成项目时间拖延和费用超支的主要原因包括首次进行发动机研发项目、缺乏熟练工人、随意扩大项目的范围、缺乏发动机制造和试验基础设施等。

　　在1980年代以前，虽然印度引进的航空装备型号和种类都相当繁多，但是没有一型武器进行过系统的仿制，这样的局面与中国航空工业发展过程其实存在一定的相似性。

　　虽然印度航空工业在仿制和批量生产方面没有取得明显的成绩，但是却敢于直接跨越到自主研制。在“卡佛里”发动机还在论证时，印度国防装备的总自给率还不到30%，航空发动机的自给率为0%，也就是说印度航空兵装备是建立在国外引进装备基础上的。印度的航空工业在第三代轻型战斗机LCA立项之前，甚至都没有涡扇发动机的使用经验，也没有成功研制和批量生产过任何主力作战飞机的进口航空发动机型号。

　　切勿好高骛远

　　世界各国空军的急迫需求与航空工业缓慢的技术发展之间的矛盾是必然存在的，对于技术落后又有较大军事压力的国家来说，要突破这一困境是极其困难的。

资料图：印度航展上展示的“卡佛里”发动机

　　落后国家的技术和经济水平通常都比较差，而要追赶先进国家，这两样必须同步得到提高，如此才能有经费来支持技术研究。所以落后国家最好从部件分包起步，然后引进国外整机技术进行生产，本国逐步进行改进以积累经验；整机研制上应从低难度的教练机开始，逐步向攻击机发展；两条路线最终合一，和外国机构联合研制先进战斗机。例如日本在战后自制了F-1攻击机，又和美国联合研制了F-2战斗机，目前正在研制“心神”战机，正式迈入了世界二流航空强国之列。

　　五十步没资格笑百步

　　相比印度涡扇发动机，中国涡扇发动机还勉强算好的。比如中国“太行”发动机，但是其一直没有可靠的性能。而在研发时间上中国起步也不晚，中国时间上只比俄罗斯晚10年，何况是在别人基础上研制，结果却是差距越来越大。俄罗斯AL-31F发动机1976年立项，1985年该发动机研制达标后准备，大约10年时间完成一个型号。普惠公司F100涡扇发动机于1970年开始全面研制，1974年交付空军使用，只用了4年时间。与AL31相当的国产WS-10“太行”发动机87年立项，2007年勉强试用，仿制花了20年，并且目前仍然不成熟。

　　而中国在航空发动机投资更是巨大，“太行”发动机投资在1000亿人民币以上，外媒报道称中国已经投资太行发动机160亿美元。而法国的M88发动机为17亿美元，F119为25亿美元，GE90为30亿美元，JSF的F135为50亿美元。实际上美国空军F100发动机于1970年4月与普惠公司签订的“成本加奖励”合同为2.75亿美元，F100发动机与“太行”性能相当，但时间上差了40年。俄罗斯发动机研究费用不会比美国高。沈阳航空发动机研究所拥有俄罗斯非常羡慕的环境、设备、以及人员，甚至还得到了乌克兰、法国技术方面的支持。

印度LCA战机目前已经量产，并且在近日开始试验挂载国产激光制导炸弹、反跑道炸弹、俄制R73空空格斗导弹、R77中程空对空导弹等。都30年了，印度LCA战机才走到这步呀！

资料图：印度LCA战机目前已经量产，并且在近日开始试验挂载国产激光制导炸弹、反跑道炸弹、俄制R73空空格斗导弹、R77中程空对空导弹等。都30年了，印度LCA战机才走到这步呀！

　　目前国内精密加工精度不输给俄罗斯，材料方面中国也取得了巨大进步。“太行”的涡轮前温度甚至高于俄罗斯AL31，说明材料也不是主要问题。AL31叶片以全钛和钛合金为主，这样的材料国产也没有问题。就单项技术来说都不输俄罗斯，作为一个整体差距就出来了。

　　最主要的是“太行”发动机在研制过程中曾遇到过各种技术问题和故障200多项，如风扇第一级工作叶片断裂，采取改变“凸肩”设计，轴承故障，通过改善润滑解决故障。涡轮后支点滑油回油温度高的问题，主要在“空气系统”上采取措施使故障得以解决，这些问题很多是设计问题，尤其是整体设计问题。

　　结语

　　中国的航空工业被不符合国情、急于求成的高指标而困扰(如涡扇-15)，印度则是想通过一个型号的研制，在国外先进技术和指导的援助下，让航空工业从维修、维护和组装阶段一步登天，达到航空强国们几十年来潜心研究才实现的自主研制、创新的高度。这些都只能是“心比天还高”，其结局也会是“命比纸薄”。(作者署名：小浪)

资料图：

资料图：由于缺乏一颗“中国心”，中国大部分国产主力战机都是采用俄罗斯产。图为在四川郫县三道堰青杠树村处坠毁的歼-10B战斗机。

[新浪网]

俄发射神秘空间物体引西方恐慌美军方正追踪

　　俄罗斯军方发射的那个物体到底是什么？这个问题最近几天持续折磨着西方敏感的神经。从北美防空司令部，到美国顶级科学家，再到业余天文爱好者，都在竞猜这个名叫“2014-28E”物体的用途。它几乎具备神秘的所有要素：俄罗斯对此次发射遮遮掩掩，发射物体的运行轨迹是如此的怪异、活跃和准确……更重要的是，它出现在俄罗斯与西方关系急剧恶化的当口。

　　“这个故事完全可能发生在冷战时期。俄罗斯军方发射的一个神秘物体正受到西方太空机构的密切追踪，各方担忧俄罗斯重启搁置多年的反卫星计划。”英国《金融时报》17日称，过去几周，俄罗斯与西方的天文爱好者和卫星追踪者都在跟踪太空中“2014-28E号物体”的一系列不寻常动作，目睹该物体引导自身飞向俄罗斯其他空间物体，最终似乎在上周末与发射它的火箭末级残骸会合。美国军方目前在追踪它，北美防空司令部给它的代号是39765号。

　　美国《国际财经时报》称，俄罗斯神秘空间物体引发集体恐慌，担心俄罗斯恢复其卫星摧毁计划。俄罗斯从未宣布这一发射项目，这激发了人们的兴趣，而该物体在太空中的飞行轨迹又如此怪异，这更使得人们对它的目的感到好奇。俄罗斯虽然在上世纪80年代末取消了“卫星杀手”计划，但是其反卫星的技术从未丢失。而且根据最近的报道，俄罗斯航天局正在考虑从2017年起修建高空轨道空间站，这将和国际空间站抗衡。日前，俄航天局否认这一报道。

　　俄罗斯军方对西方媒体的报道保持沉默，俄媒也没有更多报道。但俄BFM网站18日援引一名专家的分析认为，在其他大国拦截空间目标取得进展，以及俄罗斯与西方关系持续恶化的背景下，俄罗斯此举是合乎逻辑的。(黄原孙微青木张学峰柳直)

[新华网-环球时报]

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