论文部分内容阅读
中国具有自主知识产权的大型客机C919宣布采用LEAP发动机之后,空客A320neo(也可选装普惠PW1100G发动机)和波音737MAX也相继采用LEAP发动机作为动力。这一方面体现了C919的“眼光”,另一方面也让人疑惑,作为一款全新的机型,C919为什么没有选当时已经很成熟的CFM56发动机,而“冒险”选了全新的LEAP发动机呢?在选择LEAP发动机的过程中,又经历了哪些特别的事情呢?带着这些问题,《大飞机》杂志记者采访了负责C919燃油动力系统的副总设计师唐宏刚。
从军机转向民机
唐宏刚祖籍湖南宁远县,但出生在阎良。“我父亲也是航空人,是搞强度的。那时,他们都很忙,所以我出生后不久就被送回郴州老家了。在老家长到3岁,要上幼儿园了,才回到父母身边。”唐宏刚的血管里流着航空人的血液,而且在航空城长大,很自然就爱上了飞机,大学选择了哈尔滨船舶工程学院的发动机专业,硕士、博士则回到陕西,在西工大,仍然读的是发动机专业。
唐宏刚是典型的“理工男”,说话非常简洁,回答问题时几乎不用思考就能迅速抓住事物内在的发生逻辑,三两句话就能把一个复杂的过程表达清楚。比如他回顾自己的工作经历:1991年开始工作,搞了十几年军机,2003年转身干民机,2008年中国商飞成立,就毫不犹豫地投身到C919大型客机的事业中来了。

大飞机被誉为“现代工业的皇冠”,而发动机则是“皇冠上的明珠”。当今世界,能生产喷气式飞机的国家很少,能研制喷气式发动机的国家更少。唐宏刚钟情于发动机,就是因为它“比较难干”,“跟飞机比起来,发动机涵盖的技术一点也不少,但它又很精致,要在更小、更恶劣的条件下实现各种技术。正因为它难,所以吸引我,我就想知道它到底是怎么回事,应该怎么干。”
2002年,ARJ21-700飞机项目立项,这是我国第一款具有自主知识产权的喷气式支线飞机。2003年,担任中航工业第一飞机设计研究院动力装置室主任的唐宏刚带领他的团队开始走上民机研制之路。在经历方案设计、规范编制以及验证试验后,ARJ21飞机在2008年一飞冲天。5年期间,同时担任两个国家重点型号动力装置主任设计师的唐宏刚深深体会到军民机研制的不同,也因此爱上了民机研制。
唐宏刚在回答为什么从军机转向民机时,给出的答案非常简单:“因为民机更开放,接触的领域更广泛,国际合作更多,接受国外先进技术也更多。”
磨刀不误砍柴工
与ARJ21一样,C919的研制采用的也是“主制造商-供应商”模式,共有36家国内外企业成为C919的一级供应商,CFM国际公司研制的LEAP-1C发动机成为C919的唯一国外启动动力装置。
CFM是美国GE公司与法国斯奈克玛公司的合资公司,与普惠一起基本垄断了单通道干线飞机发动机市场,其研制的CFM56发动机,既是波音737系列的动力装置,也是空客A320系列的动力装置,而737和A320是迄今为止最成功的两款单通道飞机。CFM官网发布的数据显示,截至目前,CFM已经向全球550家客户交付了30000多台CFM56发动机。

但是,C919没有选择已经成熟的CFM56发动机,而是选择了CFM当时正在研制的下一代发动机LEAP。“这样的选择是由两大因素决定的。首先是技术发展的需求,毕竟CFM56发动机是30多年前的产品了,虽然非常成熟,非常可靠,在运营中取得了非常好的成绩,但在这30多年中,发动机在技术、材料等方面取得了巨大的进步,这些新技术、新材料的应用,将带来巨大的经济性提升。”唐宏刚说。
“另一个因素是C919飞机的需要。我们搞C919飞机,是作为下一代窄体机来研发的,而不是要重复别人二三十年前的技术。C919在立项时,规划非常明确,就是要做到‘四性三减’,即要确保安全性,改进舒适性,提高经济性,注重环保性。同时,相对竞争机型,我们还要实现减重、减阻、减排,就是说在这三方面都比競争机型提出了更高的要求。”
“这两个主要因素,决定了我们必须选择下一代的发动机,而不是目前市场上已经成熟的发动机。”唐宏刚表示。
C919项目启动时,唐宏刚人还在一飞院,却已经作为C919动力装置专家组负责人组织完成动力、燃油、防火和APU系统的技术、经费、进度论证。加入中国商飞后,唐宏刚发现,由于长期缺乏民机项目,上海飞机设计研究院人才断档非常严重。为此,他一边着手组建动力燃油设计研究部,一边遍访国内主机厂所、航空院校、国外供应商,在不到一年时间内组建了以中青年为主、专业完整的动力、燃油、防火、APU系统和试验验证团队。与此同时,他还利用自己在ARJ21项目上的经验,着手编制系统设计规范、引进设计计算工具、开展技术培训等。

有了团队,有了规范和工具,还要有各种试验设施,唐宏刚又开展了燃油综合试验室、动力综合控制试验室、防火试验室的论证,通过与国家技改主管部门和专家的反复沟通和说明,这些试验室终于得以批复立项,最终为C919的成功首飞作出了重要贡献。
飞机研制,动力先行
在互联网上,中国发动机研制能力的欠缺被称为国产大飞机的“心病”,一些人认为只要发动机是进口的,国产大飞机就不具有自主知识产权。实际上,这种认识是对现代大工业国际合作理解不充分而造成的误解。一般而言,大型客机的零部件达到300万个以上,任何一家制造企业都不可能独立生产所有的零部件,必须按照比较优势的原则与其他企业进行合作,这也是“主制造商-供应商”模式产生的由来。 当然,对飞机而言,动力装置的重要性是怎么强调也不为过的。在航空工业界,甚至有“飞机研制,动力先行”的说法。唐宏刚认为,这句话有两层含义,一是因为新型发动机的研制周期长于飞机,所以应早于飞机启动研制;二是因为动力装置的优劣对飞机的成功至关重要,必须尽早确定。根据国际惯例,民机动力装置的确定标志着飞机研制项目正式启动。对于唐宏刚带领的新组建的团队来说,选择好一款高效、强劲的动力装置是保证C919大型客机成功的重要任务。
选好动力装置的关键是在满足飞机总体技术指标要求的同时保证系统技术和收益最优,难点在技术风险和收益的权衡以及总体技术指标的确定。这就需要掌握当今世界最先进发动机、短舱和系统的技术发展水平,需要综合分析新技术的应用对项目研制所带来的风险和收益,需要考虑与飞机性能的匹配,需要确定动力装置的安装以及与飞机其他系统的接口匹配等。总之,它很大程度决定了飞机的未来。
事实上,这就是系统集成能力,而这种系统集成能力也就是主制造商的一项核心竞争力。对于C919飞机,这项核心竞争力还体现在提出符合C919飞机特点的动力装置技术要求。
唐宏刚透露,中国商飞确定的技术要求主要是从确保C919优于竞争机型的“四性三减”的目标出发,总体技术指标在保证不低于现有成熟发动机的可靠性、维修性和安全性的前提下,减少发动机排放50%,噪声降低1%到2%,燃油消耗降低12%到15%,推重比要与CFM56持平。此外,经过反论证,决定采用电反推、吊挂和短舱一体化结构、陶瓷基复合材料、健康管理以及在一型发动机上实现不同推力等级控制等先进技术和方案。
为此,以唐宏刚为核心的技术谈判小组与供应商进行了长达一年的艰苦谈判。谈判的焦点在于:指标定得高了,对对方的成本、进度就会带来影响,而如果指标定低了,我们飞机的竞争力又会受到影响,所以双方必须在各自的目标间找到一个平衡点。
助力“中国心”
中国商飞公司为C919选择了一款先进的发动机,在这过程中积累起来的知识、经验对于国产发动机的研制也起到了一定的指导作用。
唐宏刚认为,从整体上讲,C919的研制对国产发动机的提升作用巨大。发动机是为飞机配套的,一款先进飞机的研制自然会反推发动机的发展。正是考虑到这一点,国家在启动大飞机专项之后,就布局了与大飞机配套的发动机研制工作。
“实际上,在国产发动机验证机研制过程中,中国商飞提供了很多帮助。”唐宏刚表示,比如说在验证机立项的时候,对发动机的总体指标该怎么定,厂商就跟我们进行了充分讨论。当时如果按C919飞机发动机的指标来定,国内的技术一时是达不到的,而如果完全按国内现有的技术去做,又会使飞机的经济性下降太多,“所以,当时我们就配合对方一起做论证,论证这个技术指标究竟怎么定。说具体点,就是把他们研制的发动机能做到的推力、油耗、重量等指标,放到C919飞机上,看C919会是一个什么样的性能。如果我们认为这样的性能没有竞争力,那就要建议他们修改。而究竟要提升到一个什么样的地步,让这些指标既不会超出研制能力太多,又能在未来具备竞争力,这就需要双方对航空工业的未来都有一个清晰的判断。
“C919为国产发动机提供了一个很好的平台。”唐宏刚说,从目前的进展看,飞机的进度一定会走在发动机的前面,将来发动机需要做试验的时候,飞机已经很成熟了,刚好可以为发动机的试验提供高空平台。
“挑战是永恒的”
一方面要面对C919进度上的压力,另一方面还得考虑引领国内民机产业相关技术的进步,唐宏刚直言挑战很大,“挑战是永恒的,既有管理上的挑战,也有技术上的挑战。”
唐宏刚说:“干飞机这一行,技术进步是永无止境的,永远要不停地前进。”未来很长一段时间,我们在大飞机研制上都会面临很大的挑战,比如复材等先进材料的应用、减阻降噪、机载设备以及发动机的国产化等,这些挑战都将是长期的。
要应对这些挑战,人是第一位的。可惜,目前的中国民机产业,最缺的就是人才。中国大型商用飞机的研制,从上世纪80年代运10下马之后,停顿了很长时间,不仅相关的人才培养没有持续下来,而且已经成熟的人才大量流失了。

现在唐宏刚管理的团队,大部分都是80后,这些人学历高,素质好,但缺乏经验。唐宏刚培养他们的方法是“大胆地给他们任务,让他们去干。但是,在干的过程中要帮助好他们,要替他们把好关”。
中国商飞上海飞机设计研究院动力燃油部副部长银未宏向記者介绍说:“唐总要你去做一件事,他会先告诉你要做什么事,然后告诉你做这事要分几步,做的过程中要注意些什么,这事做完结果应该是怎么样的。让你还没开始做就对这事有一个大体的把握。在做的过程中,你遇到困难,尽管去向唐总请教,他会非常耐心地为你解答。你做完之后,他通常都会亲自检查,给你把关。”
“要是运10没下马,我们不会面临人才断层这样的问题。”唐宏刚说,现在人才断层已经是既成事实,那就正确面对,“要信任年轻人,告诉他们拿到一个什么样的输入,经历一个什么样的过程,会得到一个怎样的输出。做事无非是这三个环节,把这三个环节搞明白了,人也就成长了。”
从军机转向民机
唐宏刚祖籍湖南宁远县,但出生在阎良。“我父亲也是航空人,是搞强度的。那时,他们都很忙,所以我出生后不久就被送回郴州老家了。在老家长到3岁,要上幼儿园了,才回到父母身边。”唐宏刚的血管里流着航空人的血液,而且在航空城长大,很自然就爱上了飞机,大学选择了哈尔滨船舶工程学院的发动机专业,硕士、博士则回到陕西,在西工大,仍然读的是发动机专业。
唐宏刚是典型的“理工男”,说话非常简洁,回答问题时几乎不用思考就能迅速抓住事物内在的发生逻辑,三两句话就能把一个复杂的过程表达清楚。比如他回顾自己的工作经历:1991年开始工作,搞了十几年军机,2003年转身干民机,2008年中国商飞成立,就毫不犹豫地投身到C919大型客机的事业中来了。

大飞机被誉为“现代工业的皇冠”,而发动机则是“皇冠上的明珠”。当今世界,能生产喷气式飞机的国家很少,能研制喷气式发动机的国家更少。唐宏刚钟情于发动机,就是因为它“比较难干”,“跟飞机比起来,发动机涵盖的技术一点也不少,但它又很精致,要在更小、更恶劣的条件下实现各种技术。正因为它难,所以吸引我,我就想知道它到底是怎么回事,应该怎么干。”
2002年,ARJ21-700飞机项目立项,这是我国第一款具有自主知识产权的喷气式支线飞机。2003年,担任中航工业第一飞机设计研究院动力装置室主任的唐宏刚带领他的团队开始走上民机研制之路。在经历方案设计、规范编制以及验证试验后,ARJ21飞机在2008年一飞冲天。5年期间,同时担任两个国家重点型号动力装置主任设计师的唐宏刚深深体会到军民机研制的不同,也因此爱上了民机研制。
唐宏刚在回答为什么从军机转向民机时,给出的答案非常简单:“因为民机更开放,接触的领域更广泛,国际合作更多,接受国外先进技术也更多。”
磨刀不误砍柴工
与ARJ21一样,C919的研制采用的也是“主制造商-供应商”模式,共有36家国内外企业成为C919的一级供应商,CFM国际公司研制的LEAP-1C发动机成为C919的唯一国外启动动力装置。
CFM是美国GE公司与法国斯奈克玛公司的合资公司,与普惠一起基本垄断了单通道干线飞机发动机市场,其研制的CFM56发动机,既是波音737系列的动力装置,也是空客A320系列的动力装置,而737和A320是迄今为止最成功的两款单通道飞机。CFM官网发布的数据显示,截至目前,CFM已经向全球550家客户交付了30000多台CFM56发动机。

但是,C919没有选择已经成熟的CFM56发动机,而是选择了CFM当时正在研制的下一代发动机LEAP。“这样的选择是由两大因素决定的。首先是技术发展的需求,毕竟CFM56发动机是30多年前的产品了,虽然非常成熟,非常可靠,在运营中取得了非常好的成绩,但在这30多年中,发动机在技术、材料等方面取得了巨大的进步,这些新技术、新材料的应用,将带来巨大的经济性提升。”唐宏刚说。
“另一个因素是C919飞机的需要。我们搞C919飞机,是作为下一代窄体机来研发的,而不是要重复别人二三十年前的技术。C919在立项时,规划非常明确,就是要做到‘四性三减’,即要确保安全性,改进舒适性,提高经济性,注重环保性。同时,相对竞争机型,我们还要实现减重、减阻、减排,就是说在这三方面都比競争机型提出了更高的要求。”
“这两个主要因素,决定了我们必须选择下一代的发动机,而不是目前市场上已经成熟的发动机。”唐宏刚表示。
C919项目启动时,唐宏刚人还在一飞院,却已经作为C919动力装置专家组负责人组织完成动力、燃油、防火和APU系统的技术、经费、进度论证。加入中国商飞后,唐宏刚发现,由于长期缺乏民机项目,上海飞机设计研究院人才断档非常严重。为此,他一边着手组建动力燃油设计研究部,一边遍访国内主机厂所、航空院校、国外供应商,在不到一年时间内组建了以中青年为主、专业完整的动力、燃油、防火、APU系统和试验验证团队。与此同时,他还利用自己在ARJ21项目上的经验,着手编制系统设计规范、引进设计计算工具、开展技术培训等。

有了团队,有了规范和工具,还要有各种试验设施,唐宏刚又开展了燃油综合试验室、动力综合控制试验室、防火试验室的论证,通过与国家技改主管部门和专家的反复沟通和说明,这些试验室终于得以批复立项,最终为C919的成功首飞作出了重要贡献。
飞机研制,动力先行
在互联网上,中国发动机研制能力的欠缺被称为国产大飞机的“心病”,一些人认为只要发动机是进口的,国产大飞机就不具有自主知识产权。实际上,这种认识是对现代大工业国际合作理解不充分而造成的误解。一般而言,大型客机的零部件达到300万个以上,任何一家制造企业都不可能独立生产所有的零部件,必须按照比较优势的原则与其他企业进行合作,这也是“主制造商-供应商”模式产生的由来。 当然,对飞机而言,动力装置的重要性是怎么强调也不为过的。在航空工业界,甚至有“飞机研制,动力先行”的说法。唐宏刚认为,这句话有两层含义,一是因为新型发动机的研制周期长于飞机,所以应早于飞机启动研制;二是因为动力装置的优劣对飞机的成功至关重要,必须尽早确定。根据国际惯例,民机动力装置的确定标志着飞机研制项目正式启动。对于唐宏刚带领的新组建的团队来说,选择好一款高效、强劲的动力装置是保证C919大型客机成功的重要任务。
选好动力装置的关键是在满足飞机总体技术指标要求的同时保证系统技术和收益最优,难点在技术风险和收益的权衡以及总体技术指标的确定。这就需要掌握当今世界最先进发动机、短舱和系统的技术发展水平,需要综合分析新技术的应用对项目研制所带来的风险和收益,需要考虑与飞机性能的匹配,需要确定动力装置的安装以及与飞机其他系统的接口匹配等。总之,它很大程度决定了飞机的未来。
事实上,这就是系统集成能力,而这种系统集成能力也就是主制造商的一项核心竞争力。对于C919飞机,这项核心竞争力还体现在提出符合C919飞机特点的动力装置技术要求。
唐宏刚透露,中国商飞确定的技术要求主要是从确保C919优于竞争机型的“四性三减”的目标出发,总体技术指标在保证不低于现有成熟发动机的可靠性、维修性和安全性的前提下,减少发动机排放50%,噪声降低1%到2%,燃油消耗降低12%到15%,推重比要与CFM56持平。此外,经过反论证,决定采用电反推、吊挂和短舱一体化结构、陶瓷基复合材料、健康管理以及在一型发动机上实现不同推力等级控制等先进技术和方案。
为此,以唐宏刚为核心的技术谈判小组与供应商进行了长达一年的艰苦谈判。谈判的焦点在于:指标定得高了,对对方的成本、进度就会带来影响,而如果指标定低了,我们飞机的竞争力又会受到影响,所以双方必须在各自的目标间找到一个平衡点。
助力“中国心”
中国商飞公司为C919选择了一款先进的发动机,在这过程中积累起来的知识、经验对于国产发动机的研制也起到了一定的指导作用。
唐宏刚认为,从整体上讲,C919的研制对国产发动机的提升作用巨大。发动机是为飞机配套的,一款先进飞机的研制自然会反推发动机的发展。正是考虑到这一点,国家在启动大飞机专项之后,就布局了与大飞机配套的发动机研制工作。
“实际上,在国产发动机验证机研制过程中,中国商飞提供了很多帮助。”唐宏刚表示,比如说在验证机立项的时候,对发动机的总体指标该怎么定,厂商就跟我们进行了充分讨论。当时如果按C919飞机发动机的指标来定,国内的技术一时是达不到的,而如果完全按国内现有的技术去做,又会使飞机的经济性下降太多,“所以,当时我们就配合对方一起做论证,论证这个技术指标究竟怎么定。说具体点,就是把他们研制的发动机能做到的推力、油耗、重量等指标,放到C919飞机上,看C919会是一个什么样的性能。如果我们认为这样的性能没有竞争力,那就要建议他们修改。而究竟要提升到一个什么样的地步,让这些指标既不会超出研制能力太多,又能在未来具备竞争力,这就需要双方对航空工业的未来都有一个清晰的判断。
“C919为国产发动机提供了一个很好的平台。”唐宏刚说,从目前的进展看,飞机的进度一定会走在发动机的前面,将来发动机需要做试验的时候,飞机已经很成熟了,刚好可以为发动机的试验提供高空平台。
“挑战是永恒的”
一方面要面对C919进度上的压力,另一方面还得考虑引领国内民机产业相关技术的进步,唐宏刚直言挑战很大,“挑战是永恒的,既有管理上的挑战,也有技术上的挑战。”
唐宏刚说:“干飞机这一行,技术进步是永无止境的,永远要不停地前进。”未来很长一段时间,我们在大飞机研制上都会面临很大的挑战,比如复材等先进材料的应用、减阻降噪、机载设备以及发动机的国产化等,这些挑战都将是长期的。
要应对这些挑战,人是第一位的。可惜,目前的中国民机产业,最缺的就是人才。中国大型商用飞机的研制,从上世纪80年代运10下马之后,停顿了很长时间,不仅相关的人才培养没有持续下来,而且已经成熟的人才大量流失了。

现在唐宏刚管理的团队,大部分都是80后,这些人学历高,素质好,但缺乏经验。唐宏刚培养他们的方法是“大胆地给他们任务,让他们去干。但是,在干的过程中要帮助好他们,要替他们把好关”。
中国商飞上海飞机设计研究院动力燃油部副部长银未宏向記者介绍说:“唐总要你去做一件事,他会先告诉你要做什么事,然后告诉你做这事要分几步,做的过程中要注意些什么,这事做完结果应该是怎么样的。让你还没开始做就对这事有一个大体的把握。在做的过程中,你遇到困难,尽管去向唐总请教,他会非常耐心地为你解答。你做完之后,他通常都会亲自检查,给你把关。”
“要是运10没下马,我们不会面临人才断层这样的问题。”唐宏刚说,现在人才断层已经是既成事实,那就正确面对,“要信任年轻人,告诉他们拿到一个什么样的输入,经历一个什么样的过程,会得到一个怎样的输出。做事无非是这三个环节,把这三个环节搞明白了,人也就成长了。”