高歌發(fā)動機科普與新原理

1、一般來說，航空發(fā)動機的轉(zhuǎn)自葉片材料從前到后的順序鋁合金（鈦合金）-鎳合金-單晶鎳合金-單向鎳合金-鎳合金材料不同的原因有幾個例如鈦合金用在低壓壓氣機和高壓壓氣機的前幾級，原因是為了減輕重量（增加發(fā)動機推重比），節(jié)約成本同時，在這些區(qū)域的工作溫度不是很高，鋁合金或者鈦合金就已經(jīng)可以滿足要求了而高壓壓氣機的后幾級，溫度高了，鈦合金超過300攝氏度就容易著火，所以換成了耐高溫的鎳基合金而溫度最高的高壓渦輪一級，就用了單晶的鎳基合金高壓渦輪一級之后，溫度逐漸降低，因此，采用材料的順序又變成了單向鎳基合金，之后的低壓渦輪，溫度更低，采用鎳基合金就可以滿足要求了綜合以上幾點，你可以看到，轉(zhuǎn)子葉片采用不同材

2、料的總體目的是減輕重量（增加推重比）、減少加工難度，節(jié)約成本。溫度轉(zhuǎn)速這樣說吧，現(xiàn)代大型客機用的渦扇發(fā)動機，簡單說一下主要的內(nèi)部構(gòu)件有（從前到后）：壓氣機，（一般分為低壓和高壓，先低后高），燃燒室，然后渦輪（也是低壓和高壓，先高后低）想像一下這個結(jié)構(gòu)，發(fā)動機中心有軸承，低壓渦輪連接低壓壓氣機和風(fēng)扇，高壓渦輪連接高壓壓氣機，低壓軸套在高壓軸之外。高壓渦輪的轉(zhuǎn)速，大的發(fā)動機比較低，但是也有6000轉(zhuǎn)每分，工藝是一個問題此外，在燃燒室中，溫度高達(dá)數(shù)千度，這個高溫氣體直接打在渦輪葉片上，渦輪葉片承受著高溫高轉(zhuǎn)速載荷，材料又是一個問題這兩個問題是目前最主要的，其他的小的問題還有很多比如進(jìn)氣口設(shè)計，尾噴管

3、外內(nèi)涵道氣體混合等等小問題航空發(fā)動機材料主要是研究單晶鎳基合金 目前我國的這方面不成熟 還有摩擦焊接 把葉片直接焊上去 減輕重量我國發(fā)動機的軟肋就是在材料和加工工藝還有加工設(shè)備上，我們不是設(shè)計不出好東西 而是做不出來材料技術(shù)是制約航空發(fā)動機技術(shù)的主要原因，而這其中最關(guān)鍵的部件就是渦輪，渦輪位于燃燒室后，是高溫高壓燃?xì)庵苯幼饔玫牟考璩惺?000多度的高溫，數(shù)百兆帕的壓強和自身數(shù)萬轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速帶來的離心力，目前全球能夠生產(chǎn)渦輪葉片的國家屈指可數(shù)。美國目前采用的是一種定向結(jié)晶技術(shù)，每片葉片為一個單獨的結(jié)晶體，每片葉片各向熱膨脹性完全一致，中間用陶瓷預(yù)置成交錯的冷卻通道，加工工藝極其復(fù)雜。除此之外

4、還有壓氣機，尤其是高壓壓氣機，以及進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置，都是發(fā)動機的關(guān)鍵技術(shù)。因為發(fā)動機內(nèi)工狀極其復(fù)雜，無法建立完整的數(shù)學(xué)模型，因此無法實現(xiàn)計算機模擬，只能依靠大量實驗獲得參數(shù)，大型試車平臺，風(fēng)洞以及檢測設(shè)備也是必不可少的。當(dāng)然，所有這一切都只靠技術(shù)支撐。美國擁有大型數(shù)控機床，可以一次加工成型壓氣機組件，而我們只能分開加工，這就降低了精度與強度！也使得可靠性比推質(zhì)比遠(yuǎn)不如他們。航空發(fā)動機是工業(yè)皇冠上的鉆石。例如飛機起落架美國的300M鋼美國在70年代初就已經(jīng)開發(fā)出來，我們到90年代才具有跟其類似的材料。但某些指標(biāo)與其仍有一定差距。一款好的航空發(fā)動機要經(jīng)過上萬道工序加工,像F-22的普惠公司的F-119

5、發(fā)動機研制花了22年    高歌教授訪談錄      New Trend of Aero Engine System      國際航空本刊記者/劉勝君 孫偉      高歌現(xiàn)任北京航空航天大學(xué)能源動力學(xué)院動力工程及工程熱物理學(xué)科一級責(zé)任教授，航空發(fā)動機氣動熱力國防重點實驗室副主任，長期從事動力工程、工程熱物理及流體力學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作，并在基礎(chǔ)科研和多學(xué)科的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域取得了一系列國際領(lǐng)先水平的創(chuàng)新性

6、科研成果。他在1984年發(fā)明的"沙丘駐渦火焰穩(wěn)定器"，獲國家發(fā)明一等獎，錢學(xué)森同志稱之為"一項長中國人志氣的重要發(fā)明"。該成果廣泛應(yīng)用于我國多種軍用航空發(fā)動機中，取得了數(shù)以億元計的經(jīng)濟(jì)效益，至今仍保有先進(jìn)水平。本刊記者于今年10月采訪了高歌教授，了解到了他近期從事的一些前沿科研工作的最新進(jìn)展，尤其是他對龍卷風(fēng)的研究及其工程應(yīng)用價值，讓人耳目一新。      高歌教授在采訪中提到，傳統(tǒng)的航空發(fā)動機技術(shù)雖然還在不 停地改進(jìn)提高之中，但受到原理和材料工藝上的限制，已經(jīng)逐漸逼近了性能發(fā)展的極限。目前雖然涌現(xiàn)出一些

7、新型航空發(fā)動機技術(shù)，但仍然沒有走出依靠壓力膨脹過程來實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換的思路。他強調(diào)，人們應(yīng)該另辟蹊徑，尋找其他可用的工作原理。為此，他研究了自然界龍卷風(fēng)的形成與強化機制，發(fā)明了一項稱為"余熱增推"的技術(shù)，直接利用龍卷旋渦實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換并提取能量，用以提高航空發(fā)動機的推力和工作效率，這是具有獨創(chuàng)性的重大科研成果，是人們未曾涉足過的一片新天地。      傳統(tǒng)航空發(fā)動機技術(shù)需要新的突破      高歌首先提到，航空發(fā)動機經(jīng)歷了兩個大的歷史階段，第一階段就是在1950年以前，主要是活塞發(fā)

8、動機的使用。第二階段在二次世界大戰(zhàn)以后，渦輪發(fā)動機迅猛發(fā)展，一直占據(jù)著霸主地位，它有很多的變種，如渦扇發(fā)動機、渦槳發(fā)動機、渦軸發(fā)動機等，但其核心技術(shù)都是壓氣機渦輪組合，即燃?xì)廨啓C。      很早就有人提出，渦輪發(fā)動機過了巔峰期以后有沒有后續(xù)機種。為什么會提出這個問題呢？因為人類所發(fā)明的熱機到目前為止，絕大多數(shù)都是依靠壓力膨脹過程來實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換的，活塞發(fā)動機、渦輪發(fā)動機都是如此。而要提高渦輪發(fā)動機的性能主要有兩條途徑，一個是提高壓比，另一個是提高渦輪前溫度，這是它的工作原理決定的。但提高壓比、提高渦輪前溫度是有一定限制的，設(shè)想壓比達(dá)到40左右，

9、壓氣機的轉(zhuǎn)速會很大；同時壓比提高，葉片的強度也成問題。所以無論從壓比還是從溫度來說，渦輪發(fā)動機基本上快要接近其性能極限了。      當(dāng)然，所有發(fā)動機在其發(fā)展的歷程中，性能都有從低到高的發(fā)展過程。但如果原理上不出現(xiàn)重大變化的話，就不會有本質(zhì)的改變。如渦輪發(fā)動機壓氣機本身的效率，四十年前是81%82%，而今天，最好的壓氣機的效率是86%87%?？梢钥闯?，大約每十年只提高1%多一點。人們不得不考慮未來航空發(fā)動機的出路問題。      脈沖爆震發(fā)動機和旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動機    

10、;  航空渦輪發(fā)動機目前出現(xiàn)了很多新的機種，如脈沖爆震發(fā)動機、沖壓發(fā)動機等，這是主要的幾個研究方向，也是試圖找到大幅提高航空發(fā)動機性能的技術(shù)嘗試。但這些發(fā)動機還處于摸索階段，高歌一一對其技術(shù)難點和缺陷進(jìn)行了分析。      高歌提到，脈沖爆震發(fā)動機噪聲巨大，工作頻率跟不上去。工作頻率就是指爆震燃燒頻率，要100赫茲左右才能夠產(chǎn)生足夠的比沖，如果到不了這個頻率，比沖不夠，與渦輪機相比就沒有競爭力。設(shè)想在一個空腔里面，排氣、進(jìn)氣一秒鐘來回一百多次，而且還沒有一個活塞把氣體推出去，只靠自己的膨脹過程來填充、爆炸，再填充、再爆炸，這

11、本身是非常困難的。      沖壓發(fā)動機不能解決零速啟動、低速情況下的低效率等問題。高歌向記者介紹到，最近國內(nèi)外都在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動機的研究，旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動機就是想克服直流式?jīng)_壓發(fā)動機不能零速起飛的缺點。旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動機內(nèi)部有一個轉(zhuǎn)子，啟動時首先用電力驅(qū)動，或是由其它起動機讓轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，氣流進(jìn)入轉(zhuǎn)子后再發(fā)生沖波，產(chǎn)生高壓，利用轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)制造一個超聲速或者跨聲速的入流，在旋轉(zhuǎn)場里提高馬赫數(shù)，最后達(dá)到?jīng)_壓的效果。美國一臺一百千瓦級的旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動機已經(jīng)試運轉(zhuǎn)成功了。      但旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動機運用到

12、航空發(fā)動機上有很大的難度，首先要解決發(fā)動機直徑問題，飛機不可能安裝直徑太大的發(fā)動機。另外，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)以后燃燒系統(tǒng)如何配置，高超聲速氣流進(jìn)來如何變成沒有旋轉(zhuǎn)，研制出來以后能不能在效率、尺寸、推重比等方面和現(xiàn)有的渦輪發(fā)動機競爭，這都有待未來發(fā)展才能得出定論。本來沖壓發(fā)動機就是一個空筒子，現(xiàn)在有一個轉(zhuǎn)子在發(fā)動機里面旋轉(zhuǎn)，解決了低速啟動的問題，但飛到高速以后，氣流沖進(jìn)來遇到了轉(zhuǎn)子這樣一個大障礙物，如何解決，還面臨一系列的問題。高歌認(rèn)為旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動機的前途將取決于一系列關(guān)鍵技術(shù)能否得到妥善解決。      脈沖爆震發(fā)動機、沖壓發(fā)動機等這些新技術(shù)，依然沒有擺

13、脫傳統(tǒng)的熱機工作原理，只是改進(jìn)而已，真正的突破還要在其他方向上尋找。      龍卷風(fēng)原理在航空發(fā)動機上的應(yīng)用      高歌談到，航空發(fā)動機最近顯示了一些很有前途的研究方向，就是有沒有可能不利用壓力膨脹過程來實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換，而以往所有熱機都是壓力膨脹實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換的。他把研究方向瞄向了自然界的龍卷風(fēng)。龍卷風(fēng)不是利用壓力過程而是利用旋渦，依靠龍卷風(fēng)式的特殊旋渦的旋轉(zhuǎn)把熱能變成機械能。高歌帶領(lǐng)的研究人員已經(jīng)在這方面做了大量試驗和應(yīng)用研究。      高

14、歌指出，龍卷風(fēng)的旋轉(zhuǎn)能量來源對于研究大氣流體力學(xué)的人來說，他們肯定可以明白無誤地說，這是龍卷風(fēng)外圍的熱氣流的熱能提供的旋轉(zhuǎn)能量，但有一些教條的人會說，"熱力學(xué)上沒有這一說法，熱能變成機械能必須要有壓力膨脹過程！"實際上龍卷風(fēng)在旋轉(zhuǎn)過程中遵守著流體力學(xué)的一個定理，稱為克羅科（Crocco）定理。這個定理通俗地講，就是在一個旋渦的外圍，如果外邊熱里邊冷，就產(chǎn)生了一個沿半徑方向內(nèi)指的焓梯度，或是溫度梯度，這個焓梯度越大，旋風(fēng)的旋轉(zhuǎn)強度就越大。如果在龍卷風(fēng)外圍有熱量加入的話，龍卷風(fēng)就會得以強化。      高歌利用龍卷風(fēng)的原理開發(fā)了

15、一項"余熱增推"技術(shù)，在不改變核心機的前提下可以輕而易舉地獲取發(fā)動機推力的增加，增推效果相當(dāng)可觀。這項原理和技術(shù)是高歌首創(chuàng)的，并且在航空發(fā)動機上得到了驗證，有重大的實用價值。通過"余熱增推"技術(shù)，可以直接利用龍卷旋渦將熱能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動能，進(jìn)而提高發(fā)動機的推力和推重比、降低單位推力的耗油率。龍卷風(fēng)組合燃燒技術(shù)也可極大地改善燃燒性能，使燃燒效率從85%提高到97.5%，阻力、貧富油、穩(wěn)定性等性能指標(biāo)也達(dá)到國際領(lǐng)先水平。可以斷言，龍卷風(fēng)原理開辟了熱機發(fā)展一個值得探索的新方向。      克羅科定理在20世紀(jì)初就

16、有了，是一個純粹的理論工具，人們沒有找到其工程技術(shù)運用的途徑。高歌首先在試驗中發(fā)現(xiàn)龍卷風(fēng)能夠把熱能變成機械能，然后想到了能利用它來增加發(fā)動機推力，最后才找到了克羅科定理。并不是克羅科定理指導(dǎo)其開發(fā)出有關(guān)技術(shù)，而是高歌做出來以后為了找理論解釋才想到了克羅科定理。      高歌強調(diào)，中國人應(yīng)增強自信心，我們有能力在科技領(lǐng)域自主創(chuàng)新。"沙丘駐渦"技術(shù)為我國的航空發(fā)動機技術(shù)做出了貢獻(xiàn)，而這項"余熱增推"技術(shù)比"沙丘駐渦"的價值要大得多。     

17、60;物質(zhì)觀的改變和真空能發(fā)動機      高歌還將研究方向擴展到高能物理方面。他說，21世紀(jì)伊始，就傳出了一些和20世紀(jì)科學(xué)觀有著重大突變性質(zhì)的觀點，一個是物質(zhì)觀的改變，另外一個就是關(guān)于真空概念的改變。所謂物質(zhì)觀的改變，就是宇宙的物質(zhì)構(gòu)成是4.4%的顯物質(zhì)，95.6%的暗物質(zhì)、暗能量。暗物質(zhì)、暗能量是什么，怎么提取它、利用它，將成為21世紀(jì)科技具有劃時代變革意義的一個標(biāo)志。如果能夠提取和利用暗物質(zhì)、暗能量，人類的科學(xué)技術(shù)和文明就要進(jìn)入一個嶄新的新紀(jì)元。      有關(guān)真空概念，過去的課本上都說

18、真空是什么也沒有，現(xiàn)在真空觀發(fā)生了重大變化，認(rèn)為"真空是物質(zhì)的凝聚態(tài)"（李政道語），真空是能量海，蘊藏著極大的能量。有人說1立方厘米真空里面含有1095克的能量，通過質(zhì)能互換定理（E=MC2），可以把真空中的能量看成無窮大。      高歌進(jìn)一步解釋到，暗能量充斥于遠(yuǎn)離星系的宇宙深空之中，具有單純磁性斥力而導(dǎo)致宇宙加速膨脹；在地球周圍真空中則凝聚著暗物質(zhì)，具有單純吸力。暗物質(zhì)粒子的尺度和電子相同，可以自由穿透顯物質(zhì)實體，實際上人們都"浸泡"在這樣一個暗物質(zhì)的海洋里，因為各個地方的密度都一樣，就不易感覺到它

19、的存在。如何才能"感覺"到它呢？就是在容器中用旋渦或者是電磁、冷核聚變等方法，把一個局部空間變成真空，即所謂的顯物質(zhì)真空，這樣暗物質(zhì)的濃度就要進(jìn)一步地提高，與有顯物質(zhì)的外圍就不一樣了。暗物質(zhì)有了密度梯度以后，它就會對顯物質(zhì)發(fā)生作用，真空對顯物質(zhì)的作用稱為"界變"。      "界變"和物質(zhì)的"相變"是完全不同的，和"質(zhì)變"也有區(qū)別，真空就是一個界變點，物質(zhì)和真空相互作用會發(fā)生能量形態(tài)和物理屬性上的突變。可以說，真空的重大作用就是使物質(zhì)能夠發(fā)生界變

20、，而界變能夠使正熵過程變成負(fù)熵過程，正物質(zhì)變成反物質(zhì)。真空中的暗物質(zhì)具有吸聚作用，可增強旋渦的旋轉(zhuǎn)，這就是旋渦真空能動力系統(tǒng)的基礎(chǔ)原理。"真空能"在國外稱為"Zero Point Energy"。以這個理論為指導(dǎo)，應(yīng)用在工程上，例如：磁流體真空能系統(tǒng)能夠制造出反重力系統(tǒng)，而真空能技術(shù)也可與航空渦輪發(fā)動機組合起來。      高歌認(rèn)為，以上兩種觀念的改變要引起人類科技的一個天翻地覆的變化，對航空發(fā)動機而言，今后一個確鑿無疑的發(fā)展方向，第一步就是發(fā)展渦輪和真空能組合發(fā)動機。這是一種混合式動力系統(tǒng)，是一種真空能

21、發(fā)動機的初級應(yīng)用形式，但對于現(xiàn)有的航空發(fā)動機技術(shù)已經(jīng)是高級形式了，它將是現(xiàn)有航空渦輪發(fā)動機的后續(xù)機種。2001年在英國倫敦召開了一次場推進(jìn)會議，有個美國專家提出來，20世紀(jì)是核能世紀(jì)，21世紀(jì)是真空能世紀(jì)。還有人認(rèn)為，5年之內(nèi)有可能造出真空能發(fā)動機。高歌在真空能發(fā)動機方面也做了大量的研究，證明了真空能的存在和提取的可能性，也證實了在航空發(fā)動機上應(yīng)用的可能性。      第二步就是制造純粹的真空能發(fā)動機。真空能發(fā)動機既包括水平動力式，也包括垂直動力式。垂直動力的單極磁流體真空能發(fā)動機就是做成一個圓盤形，它具有幾十噸到上百噸的提升力，可以使飛行器懸

22、浮在空中，也能高速升降。這種發(fā)動機在今后的幾十年內(nèi)一定能夠造出來，高歌希望能親自參與我國真空能發(fā)動機的研制工作，并親眼看到它實用化的到來。      除了真空能發(fā)動機，下一代航空航天動力系統(tǒng)就是反質(zhì)子發(fā)動機，研究的序幕已經(jīng)拉開。2003年7月，美國NASA把反質(zhì)子發(fā)動機列為今后十年的三大絕密項目之一。反質(zhì)子發(fā)動機制成以后，將會為航空航天飛行器提供非常強勁的動力，因為它可實現(xiàn)全部的質(zhì)能互換。高歌說："美國人能不能成功，我不做評論，美國人走的方向和技術(shù)細(xì)節(jié)我們也不清楚。但我們也不必一天到晚跟著他們后面走，我們可以走出中國人自己的路。以中國

23、人的智慧，完全可以自主創(chuàng)新做出這些東西來。"訪談嘉賓介紹：高歌，中國工程熱物理及流體力學(xué)專家，教授，1967年畢業(yè)于北京航空學(xué)院發(fā)動機系；198l、1985年分別獲北京航空學(xué)院工學(xué)碩士及博士學(xué)位，后在北京航空航天大學(xué)發(fā)動機系任教授、博士生導(dǎo)師；1992年任國防科工委水動力學(xué)專家組副組長。高歌教授在燃燒學(xué)、流體減阻、旋渦動力及升力技術(shù)等領(lǐng)域有諸多發(fā)明創(chuàng)造：1981年發(fā)明沙丘駐渦火焰穩(wěn)定器，應(yīng)用于多種型號噴氣發(fā)動機中，具有低阻、高穩(wěn)的突出特性，提高了發(fā)動機的推力；1991年發(fā)明低噪、低阻新型流水孔網(wǎng)陣技術(shù)，成功地應(yīng)用于潛艇，獲得減阻降噪的明顯效果；2000年與美國華裔教授YYong共同創(chuàng)

24、立理性湍流方程體系，消除了湍流方程對經(jīng)驗系數(shù)的依賴。1984年高歌獲國家發(fā)明一等獎；1986年被批準(zhǔn)為國家有突出貢獻(xiàn)的中青年專家；1991年獲航空航天工業(yè)部航空金獎、國防科工委光華特等獎及國家科技進(jìn)步二等獎；1992年獲中國船舶工業(yè)總公司科技進(jìn)步一等獎；1993年獲國家發(fā)明三等獎。    記者：各位網(wǎng)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(xué)發(fā)動機系教授、博士生導(dǎo)師高歌教授。眾所周知，高教授是我國發(fā)動機領(lǐng)域的專家，我們想問一下高教授，您是怎么走上發(fā)動機研究這條道路的呢？    高教授：航空發(fā)動機是飛機的心臟，如果發(fā)動機功能上不去的話，那飛

25、機就得心臟病。我從少年時期就非常熱愛航模運動，一心想獻(xiàn)身祖國的航天事業(yè)，所以，1962年考大學(xué)的時候，就報考了北京航空學(xué)院，也就是現(xiàn)在的北京航空航天大學(xué)。    但是，當(dāng)時飛機和發(fā)動機是一個系，叫三系。我就報了這個系，結(jié)果一分，我報的是飛機專業(yè)，結(jié)果進(jìn)了學(xué)校以后被分到了發(fā)動機專業(yè)，我就很苦惱了。就找了當(dāng)時的教務(wù)處主任要求到飛機專業(yè)去，結(jié)果人家對我說，你不喜歡發(fā)動機，那是因為你對發(fā)動機還不了解，如果你知道發(fā)動機多么重要，還有許多難題沒有解決，也許你會愛上發(fā)動機的。一年以后你再來找我吧，如果那時你還不喜歡發(fā)動機專業(yè)，我給你換到飛機專業(yè)去。當(dāng)然一年以后，我沒有去找他。 

26、   記者：當(dāng)時我們和世界發(fā)動機的先進(jìn)水平有多大差距？    高教授：當(dāng)時我們國家制造的飛機發(fā)動機都是仿制蘇聯(lián)的發(fā)動機，距離世界的先進(jìn)水平，大概有十年的差距。    記者：當(dāng)時的差距是十年？    高教授：對。因為蘇聯(lián)50年代的發(fā)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。我心里頭非常的著急，總是想我們中國人什么時候能夠造出我們自己的先進(jìn)航空發(fā)動機，趕上世界的先進(jìn)水平，這種心情可以說伴隨我一生。    記者：當(dāng)時您感覺我們和國外相比，在發(fā)動機，在研

27、究、設(shè)計、制造等方面，差距都體現(xiàn)在哪里？    高教授：第一個是理論方面的差距。中國的航空發(fā)動機，特別是噴氣發(fā)動機專業(yè)是從1954年開始仿制蘇聯(lián)的發(fā)動機開始的，在廣大的工程技術(shù)人員里頭，理論專家相對來說少一些。整體的理論素質(zhì)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(fā)動機工業(yè)中，我們的技術(shù)、工藝、材料各個方面，也都是落后的。當(dāng)時的差距可以說是全面性的。    而建國以后幾十年里頭，中國航空科技、工業(yè)走了一條跟蹤、測繪、仿制這樣一條路。在理論研究上，是跟蹤國外的研究潮流；在具體工藝技術(shù)上，是仿制或者是測繪。這樣一來時間做久了，就會約

28、束了我們自己的自主創(chuàng)新能力，造成無論是在技術(shù)前瞻方面，還是在技術(shù)重大突破方面，都有所欠缺。    記者：您剛才提到了自主創(chuàng)新，您創(chuàng)造的沙丘駐渦穩(wěn)定器就是我國發(fā)動機領(lǐng)域一項重要發(fā)明。您是如何獲得靈感的呢？    高教授：我大學(xué)畢業(yè)后，從1968年一直到1978年，都在青海沙漠地區(qū)工作。在沙漠里有新月形的沙丘，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(fēng)怎么大，這個沙丘依然保持著它原有的月牙形狀。為什么它維持不變，就引起了我的興趣，這樣我從流體學(xué)的角度，把這個沙丘保持穩(wěn)定的這種特性用流體學(xué)的角度解開了，解開了以后，然后把這個原理用到了飛機發(fā)動機的

29、火箭穩(wěn)定器上，這樣就獲得了比較突出的進(jìn)展。記者：我理解的就是這種沙丘駐渦應(yīng)用的研究，使這個發(fā)動機性能更加穩(wěn)定了？    高教授：對。在噴氣發(fā)動機的加力燃燒室里面，一般風(fēng)速是每秒100米到150米這個范圍。這么高的風(fēng)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(fēng)。因為在一個避風(fēng)的地方，火焰才不容易熄滅。以前在噴氣發(fā)動機中的加力燃燒室里面，總是裝上一些V形槽，這后面就產(chǎn)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(wěn)定。但實際這種V形槽火焰穩(wěn)定器效果并不理想，漩渦總是脫落，這一脫落就引起了火焰的不穩(wěn)定。 

30、;   那么我們發(fā)明沙丘這種形狀，它保持后面的漩渦是非常穩(wěn)定的，燃燒室里面的火焰的穩(wěn)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(chuàng)。后來在珠海航展上，貴州航空發(fā)動機廠的發(fā)動機展品中，從后部，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(nèi)容，他們對這個東西非常感興趣。記者：當(dāng)時國外對于這種發(fā)動機內(nèi)的火焰穩(wěn)定問題，采用的是什么方法？    高教授：他們不是走這條路。因為在國外的燃燒學(xué)界，幾十年有一個常規(guī)，即要想火焰穩(wěn)定，穩(wěn)

31、定器的迎風(fēng)截面積要做得大一些。越大火焰穩(wěn)定性能就越好。當(dāng)然穩(wěn)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(xué)院有一位權(quán)威教授來我們學(xué)校實驗室參觀，系主任向他介紹情況，指著我的試驗臺說，這個試驗臺就是我們研究既能減少穩(wěn)定器阻力，又能提高火焰穩(wěn)定器的一個試驗臺。當(dāng)時沒有講沙丘穩(wěn)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(jīng)驗就是，要想穩(wěn)定性好，就要把它做大，做大了以后，阻力就大，既想減少阻力，同時要保持穩(wěn)定性，這是不可能的。    然而實際上，我們的沙丘穩(wěn)定器阻力比“V”形槽的阻力減少了70%到80%，火箭穩(wěn)定性大

32、幅度提高。    記者：咱們這套理論一共應(yīng)用到多少型號的發(fā)動機上？    高教授：在90年代，我們國家主力戰(zhàn)斗機的發(fā)動機都使用這個穩(wěn)定器。    記者：在您的簡歷中看到，您后來還在潛艇領(lǐng)域降噪還有新的發(fā)明？您怎么從航空研究轉(zhuǎn)到了水下了？    高教授：流體力學(xué)是一個多領(lǐng)域可以使用的基礎(chǔ)學(xué)科。航空依靠的學(xué)科是流體力學(xué)。潛艇也是流體力學(xué)。    網(wǎng)友們可能在照片中發(fā)現(xiàn)，潛艇上有很多的流水孔，潛艇的沉浮都要通過流水孔進(jìn)水、排水來實現(xiàn)。無論是蘇聯(lián)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(xué)

33、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(dāng)時就感覺這種形式不對，應(yīng)該做成類似月牙形的形狀，另外孔的排列應(yīng)該是呈菱形的排列。平時你觀察風(fēng)吹過水面以后，你從某一個角度上看，看那個波浪是菱形的，流體的波動現(xiàn)象在水中，自然會形成菱形的網(wǎng)。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。    這個后來也應(yīng)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(fā)動機的基礎(chǔ)理論研究，您有什么感想？  &#

34、160; 高教授：第一，這幾十年來，我們國家在航空發(fā)動機的基礎(chǔ)理論的研究方面取得了非常大的進(jìn)展，不僅有優(yōu)秀的年齡老的帶頭人，更可喜的是涌現(xiàn)了一大批中青年的科技人員骨干。這些科技人員基本上掌握了進(jìn)行航空發(fā)動機基礎(chǔ)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(dāng)然，在經(jīng)驗方面，我們還稍微缺了一些。但是，在純理論的方面我們已經(jīng)和世界最先進(jìn)水平不斷地靠近。記者：發(fā)動機從設(shè)計到最后出來成品，有一個的過程。您對我們的發(fā)動機制造這方面，有什么感受？    高教授：再好的理論，如果工藝上不能實現(xiàn)的話，還是一個很大的差距。我們國家這些年航空發(fā)動

35、機的制造工藝，制造技術(shù)得到了大幅度的提升?，F(xiàn)在到航空發(fā)動機的工廠去看一看，設(shè)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(xiàn)在則被大批的數(shù)控機床取代，各種新工藝、新技術(shù)、新材料層出不窮。所以，在這個領(lǐng)域里頭，我們也是前進(jìn)了很多。單純從生產(chǎn)設(shè)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(fā)動機上，和世界先進(jìn)水平有多大差距？    高教授：恐怕還有30年的差距。盡管設(shè)備上，加工技術(shù)逐漸趕上來了，但設(shè)計的發(fā)動機，需要好的圖紙和設(shè)計理念。這些設(shè)計理念從科學(xué)家的頭腦里頭，到工程師的

36、頭腦里頭，最后變成工程圖紙，這需要一個過程。    現(xiàn)在中國發(fā)動機的設(shè)計理念還沒有完全擺脫跟蹤仿制。就是國外在做哪方面的研究，我們也跟進(jìn)。國外的定型已經(jīng)服役的發(fā)動機，一些技術(shù)細(xì)節(jié)講的比較多了，我們知道了然后再去做相關(guān)研究，然后再做確定下來，再應(yīng)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，然后再消化吸收、理解了，又要幾年，最后再從工程上實現(xiàn)，這個差距就大了。記者：您感覺，從世界上渦輪噴氣發(fā)動機發(fā)展，是不是已經(jīng)到了極限？    高教授：不是的。任何一個事物，如果你拘泥于已有框架，就不會有突破?，F(xiàn)在的航空發(fā)動機，基本上是航空渦輪發(fā)動機，

37、它的核心技術(shù)都是渦輪機，要提高這種發(fā)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(jìn)來的氣體，壓力越高越好。另外就是要提高渦輪前溫度，就是燃燒室里溫度提的越高越好。    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?，F(xiàn)在的航空發(fā)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(xiàn)在已經(jīng)逼近2000K，就是攝氏1700度左右。這兩個指標(biāo)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(xiàn)，我個人認(rèn)為單純增加壓比和提高溫度，效果很小。    記者：現(xiàn)在國外先進(jìn)

38、航空發(fā)動機的推重比是12左右，您認(rèn)為最高會到多少？    高教授：美國在90年代制訂了一個計劃，叫做IHPTET計劃。IHPTET計劃是到2005年研制出推重比15的發(fā)動機。實際到2005年，他們沒有完成這項指標(biāo)；2010年，他們也沒有完成這項指標(biāo)?，F(xiàn)在國外的消息，國外正在制新一代的發(fā)動機，普拉特惠特尼公司在做所謂的第六代發(fā)動機。這種發(fā)動機，我們估計它的推力應(yīng)該是12到15之間。美國后來又制訂了一個VAATE計劃，計劃到2020年制作出推重比20的發(fā)動機，當(dāng)然也是困難重重。我個人認(rèn)為，沒有新的發(fā)動機原理方面的重大突破，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

39、說，航空發(fā)動機需要新的原理、新的突破，并非就是現(xiàn)有死路一條走到底。新的航空渦輪發(fā)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(dāng)然，它還是在渦輪發(fā)動機的這個范疇之內(nèi)，但是和現(xiàn)在的航空發(fā)動機是截然不同的，它需要我們有新的創(chuàng)新性的思維。    記者：一條不同的路。    高教授：對。用現(xiàn)有的流體力學(xué)和熱力學(xué)的知識，就完全可以達(dá)到一種新的境界，只是換一個思路，不要一條道走到黑。換一條思路以后，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，用沖壓的手段來實現(xiàn)。這是它的一種另外的選擇嗎？

40、    高教授：對于獲得高超音速的飛行來說，沖壓發(fā)動機是比較優(yōu)秀的選擇。美國沖壓發(fā)動機的實驗，馬赫數(shù)8-10。但是，我們也注意到，試驗飛行器被帶到高空投放后，飛十幾秒鐘，燃料也沒了。可見這種發(fā)動機，耗油率非常大，工作時間非常短，燃燒效率也不高。    而現(xiàn)在的航空渦輪發(fā)動機，燃燒效率一般都達(dá)到了90%以上，主燃燒室的燃燒效率甚至?xí)_(dá)到在98到99%。而這種沖壓發(fā)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(xiàn)在這種使用沖壓發(fā)動機高超音的飛機來取代現(xiàn)有亞音速或者2馬赫左右的軍用飛機，我認(rèn)為是有一定的疑問的。  &#

41、160; 記者：您的觀點？    高教授：我的個人看法是，采用新的渦輪發(fā)動機原理以后，完全有可能在一個比較短的時間內(nèi)，獲得推重比20的新型航空渦輪發(fā)動機,并以此來實現(xiàn)音速4-5倍的飛行器。因為現(xiàn)有沖壓發(fā)動機或者脈沖震爆發(fā)動機有局限性，比如沖壓發(fā)動機不能從地面起飛，不能0速啟動。而我認(rèn)為新一代的渦輪發(fā)動機能夠把這個飛行器的馬赫數(shù)達(dá)到4-5，可以和沖壓發(fā)動機競爭。當(dāng)然，這是我個人的看法。    記者：您說的新型航空渦輪發(fā)動機和現(xiàn)有發(fā)動機有什么不同？    高教授：實際上未來的渦輪發(fā)動機，它也是要充分利用沖壓的效果，但是，這個渦輪發(fā)動機本身

42、應(yīng)用新的原理以后，它的零件可以減少70%。    你看現(xiàn)在的航空渦輪發(fā)動機，內(nèi)部極其復(fù)雜的，葉片，管路，各種零件幾乎貼在一起。我記得我的導(dǎo)師曾經(jīng)跟我說過，現(xiàn)在的渦輪發(fā)動機搞的太復(fù)雜了，任何一個事物如果搞的太復(fù)雜，就會走向反面。到現(xiàn)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(dāng)做一個警示：不要搞那些煩瑣哲學(xué)，而是要探索新原理、新技術(shù)，才能取得更大的進(jìn)展。記者：我們了解到您對一些前沿的新技術(shù)、新能源也很感興趣，能給我們網(wǎng)友介紹一下嗎？    高教授：現(xiàn)在前沿科技涌現(xiàn)出許多新概念。例如真空能，我對這個領(lǐng)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(wǎng)上去以后，你現(xiàn)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(xué)名詞能夠有五千萬的條目的，就說明，現(xiàn)代前沿科學(xué)對這個領(lǐng)域多么的關(guān)注。  &