十年內軍事裝備在這些方向將重點突破

　　2015年，國務院針對“與發達相比，我國制造業創新能力、整體素質和競爭力仍有明顯差距，大而不強”的現狀；制訂了國內個制造強國戰略的十年行動綱領，以指引我國“實現從制造大國向制造強國的轉變。”
      
　　就在上個月，制造強國建設戰略咨詢委員會發布了《制造 2025》重點領域技術路線圖（為行文方便，以下簡稱“綠皮書”），披露了未來十年內我國制造業的規劃方向；其中就涵括了大量軍事裝備方面的重點發展突破方向，而基礎材料工藝和航空發動機領域，就是重中之重。
　　一：未來十年，大量核心材料和工藝將從無到有，從弱到強
　　優秀的材料，是高性能、長壽命裝備的基礎，但和西方強國相比，我國在這一方面仍然比較薄弱。綠皮書中指出，目前國內“國民經濟需求的百余種關鍵材料中，約三分之一國內完全空白，約一半性能穩定性較差，部分產品受到國外嚴密控制”。而未來的十年間，我國將以極大的力量突破這些關鍵的戰略性材料和相關的工藝、設備，力爭在2025年實現85%的產品自主供應。
      
　　圖：目前我國高級鈦合金3D打印件使用的鈦合金粉末原料，非常依賴于進口產品；主要原因是在于制備技術難度較大，國內尚未完全掌握
　　比如這兩年，我國新材料工藝中宣傳報道火、熱門的鈦合金3D打印技術；實際上它目前并不成熟，存在兩個方面的問題。先是作為原材料的鈦合金粉末，我國目前對它的制造技術掌握的很不夠，現階段非常依賴進口而且獲得的數量有限。在這一方面，我國力爭在2020年開始形成具備自主知識產權的先進鈦合金打印粉末制備技術，并形成200噸級別的產能；在2025年要達到600噸產能，并實現80%的產品自主供應。
      
　　圖：3D打印對產品的外形限制極為寬松，這方面的能力是傳統加工技術無法企及的。但是就像任何一門新興技術一樣，目前它工作原理所帶來的很多性能缺陷如何處理，還令人極為頭痛。
　　另一方面，鈦合金3D打印的技術原理，其實是堆上一層層的鈦合金粉末，用高功率的激光將其融化、凝固，不斷累積出設計時的尺寸和形狀。但是在目前來說，這個過程中急劇加熱冷卻帶來的快速膨脹收縮，都使終的部件里存在大量的微觀組織錯位缺陷和很高的殘余應力；實際強度和鍛造工藝產品并不在一個檔次，目前并不能真正用于關鍵承力結構上——比如起落架和機身大框。
      
　　圖：鍛造件在性能的的優越性，在于它高溫軟化原料以后，用巨大的壓力把內部的細小缺陷給壓實、壓沒了，并緩慢冷卻確保內部不形成新缺陷、甚至直接開裂——越大和形狀越復雜的鍛件，冷卻必須越慢。
　　而在未來的十年中，我國將對3D打印的具體機理和設備進行深入的優化攻關，力爭在具體工作原理和設備性能上實現脫胎換骨的進步；在2025年，使3D打印的“成形件強度達到鍛件標準，實現航空航天等結構工程化應用”。同時將3D打印的金屬種類也大大擴展，包括鋁合金、甚至是發動機等部件的高溫合金。
      
　　圖：目前我國展出的3D打印鈦合金框架等產品，并不能真正交付工程應用，主要是其展示和宣傳作用。真正實用化，起碼要到2025年以后。
　　類似于鈦合金3D打印問題的，還有我國以碳纖維為代表的高性能纖維產業和相關工藝發展。比如T800碳纖維的研制成功此前不斷從十二五規劃延期到十三五規劃，而目前按照新的綠皮書規劃，我國力爭在2025年終實現該產品批量生產的性能和質量達標。同時開發自主的碳纖維自動鋪放設備，力爭在2025年完成自主開發的大型飛機復合材料部件能部分通過西方適航標準認證，并為制造與波音787機翼同級別產品的能力打下基礎。
      
　　圖：波音787鋪設復合結構機身，圖中黑色束狀物就是由預浸過樹脂的碳纖維所組成
      
　　圖：VIPER 6000自動碳纖維鋪放設備，廣泛用于F35等先進戰斗機的復合材料部件生產。我國通過民機合作項目——比如成飛為波音787生產方向舵等，引進了國外的自動鋪放設備。但我國終一定要具備自己研制生產這類設備的能力。
      
　　圖：F35的復合材料進氣道
　　而在大家為關注的發動機領域，我國在未來10年內將打通整個先進高溫合金的制備工藝流程。這一方面我國不僅打算突破產能上的瓶頸——實現高溫合金的低成本規?；a，而且要“突破第四代粉末、單晶、點陣材料等新一代高溫合金關鍵技術。”
　　此外我國還將集中攻關陶瓷基復合材料等新技術，終滿足渦扇15（殲20未來使用的發動機，設計和性能類似于美國F22戰斗機裝備的F119發動機）等型號為代表的重大航空發動機和燃氣輪機（驅逐艦等軍艦的動力）項目需求。
　　二：大量新型發動機將成為新一代飛機譜系的核心支撐力量
　　長期以來，航空發動機以仿制為主、型號少，性能壽命不理想，一直是困擾我國航空工業發展的心臟病。在未來的十年中，我國規劃了一系列相當完整的發動機型號，涵括了各種用途和噸位級別的飛機。由于型號很多，筆者只舉其中具有影響力和代表性的例子。
      
　　圖：展出的CJ-1000A發動機全尺寸模型
　　CJ-1000A大涵道比大型渦扇發動機。對于只關注國產軍用飛機和發動機的人來說，這個編號或許比較陌生。實際上它是渦扇20的民用升級版，會更多采用一些先進的設計和部件，以提高性能并降低油耗等使用成本；比如款弦彎掠設計的鈦合金和碳纖維復合材料風扇，更先進的高壓壓氣機和渦輪葉片，以及更低污染排放的燃燒室設計以滿足西方適航標準認證等等。
      
　　圖：CJ-1000A的背后，是C919、運20等大型飛機的動力研發需求
　　按照規劃，CJ-1000A將在2025年投入商業運行，裝配在C919上。從性能和定位上說，它與C919目前裝配的CFM公司的LEAP發動機比較接近。實際上綠皮書中的CJ-1000A，很大程度上代表了整個渦扇20系列發動機的發展規劃。隨著該發動機的成熟和進步，包括運20等使用渦扇20的飛機同樣能極大的獲益——航程和大起飛重量都能得到明顯的性能提升。
      
　　圖：5000千瓦渦槳發動機將會使運8系列性能大為提升
      
      
　　圖：美國C-2艦載運輸機以及基于該平臺的E2艦載預警機
　　5000千瓦級大功率渦槳發動機。它將廣泛應用于我國的各類中小型運輸機，包括未來的運八平臺改進和艦載運輸機平臺（艦載預警機也是在艦載運輸機的基礎上改裝的）。新發動機的投入使用，將使運八系列具備實用化的高原起降能力。
　　目前運八在高海拔、空氣稀薄的高原起降時，不僅需要長得多的跑道距離，而且從降落到起飛中途，發動機不能停止工作，只能短暫停留。尤其是對于艦載機來說，我國南海等地區溫度和濕度都非常高，發動機功率衰減非常厲害；只有高功率的發動機，才能留出足夠的動力儲備，使飛機在任何情況下都能完成短距起降的要求。
      
　　圖：米26重型直升機，我國未來重型直升機和它有很大的血緣關系
      
　　圖：米26重型直升機發動機
      
　　圖：米26變速器，左側是后端，接尾槳；上方接槳轂和主旋翼。
　　8000千瓦級大功率渦軸發動機及其配套的大功率長壽命先進傳動系統，它將用于我國未來的重型直升機。無論是民用的搶險救災，還是軍用——尤其是配合航母、兩棲登陸艦使用，重型直升機都具備極大的價值。根據綠皮書公布的指標，這套傳動系統的大減速功率大于15000千瓦（證明直升機采用雙發動機布局）；翻壽命大于5000小時。
　　特別值得強調的是，直升機減速器故障的來源中，有70%來自于重載軸承；高可靠性的重載軸承研制，是這套先進傳動系統的三大核心重點之一。因此這套傳動系統一旦研制成功，意味著我國所有發動機的軸承可靠性都將得到一個極大的突破。
　　結語：
　　在綠皮書中，我國未來十年里材料工藝和發動機等基礎項目被賦予了極大的篇幅，國務院的重視由此可見一斑。科學工程上的任何成就，終都是要一點一滴積累起來的；雖然我國在前幾十年的不重視和國力薄弱造成了今天的被動，但是隨著未來十年內人力、技術、資金的大規模持續投入，這些短板和空白領域一定將得到極大改觀。
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