如果把现代作战飞机比作高科技的皇冠，那么航空发动机就是这顶皇冠上的明珠。目前世界上能够设计、制造飞机的尚有10多个国家，而能够独立自主研制航空发动机的则仅有少数几个国家。纵观美、俄、欧先进涡喷、涡扇发动机的研制，无一不是从预先研究开始，先通过核心机研制，再通过验证机研制发展而来。所谓核心机，就是燃气涡轮发动机中由高压压气机、燃烧室、涡轮三个主要部件及有关附件组成的发动机核心部分。在核心机的基础上经必要的修改后，配上风扇、低压涡轮、加力燃烧室、控制系统和传动系统等相应的部件就可以研制出军用涡扇发动机、民用涡扇发动机、舰船用燃气轮机等一系列发动机。世界上航空发动机型号虽然种类繁多，但是核心机就那么几台，由此可知核心机的重要作用。航空发动机核心机技术是一个国家的最高技术机密之—，它们对外都是严密封锁的，在这种情况下，我国的高推重比涡扇发动机核心机又是如何研制出来的呢?
一、预先研究，初尝战果
从上世纪五十年代后期起，我国开始探索自主研制航空发动机的途径，虽历经艰辛，却没走到形成装备这一步，—直在靠进口、仿制、改型来满足新研军机对航空发动机的急需。但是能够买得到的只是三、四流的技术和产品，连二流的也买不来，更不要说一流的了。直到今天，我国在役的航空发动机或多或少都还带有外国血统。如果中国要造自己的先进战斗机，那么首先就必须有自己的航空发动机，这样才不至于在关键领域受制于人，因为武器装备对任何国家来说都具有“敏感性”，任何一个国家都不会无私地用自己的技术去“武装”其他国家。为此，我国在研制新一代战斗机的同时就启动了高推重比涡扇发动机的研制。
高推重比涡扇发动机是我国第一个计划从预先研究开始，然后发展成为型号，并且装机背景明确的航空动力重点工程。它相对于我国在役和其它在研的航空发动机来说，又是一个技术全面跨代的航空发动机。因而，它对我国走完自主研制航空发动机全过程，对缩小与西方发达国家的差距，为新一代战机提供合格的动力装备，都负载着巨大的重托和期盼!“十年磨一剑”，上世纪九十年代末，我国高推重比涡扇发动机的预先研究，基本完成了其零部件研制、一系列技术支持性试验以及核心机的方案设计，实现了预先研究阶段的研制目标。正当主研制单位中国一航燃气涡轮研究院打算歇口气时，新一代战斗机和与之配套的高推重比涡扇发动机一起被列为国家重大科研突破项目。任务很明确，进行高推重比核心机的研制，为之后的验证机和型号研制奠定基础。高推重比涡扇发动机核心机，是我国从未登顶过的航空动力高峰，而横在攀登者面前的是160余项关键技术构成的雄关险隘。
二、勇闯高压压机难关
高推重比核心机作为工程研究，“既要先进性，又要可实现性”，也就是说它的所有性能和技术指标既要达到高推重比航空发动机级别的要求，又要在中国人自己手中造出来。高推重比核心机的研制，首先需要通过无数次“技术支持性试验研究”，然后进行理论推导和计算，最后再设计和制作成一个个试验件做各种试验，在取得科学的数据、掌握一项项新技术后，再用以支持和验证设计这些前人还不曾有过的探索性实践，对中国航空科研人员来说无疑是一个极大的挑战。其中，高压压气机是航空发动机中最关键、技术最复杂的部件，在航空工业界素有“有了合格的高压压气机，就能设计航空发动机”之说。西方航空强国的高压压气机的研制，通常要通过多轮修改设计才有可能达到设计指标。在我国高推重比核心机高压压气机的第一轮设计中，由于两项技术性能没有达标，从而成了研制道路上的第一只拦路虎。以致于有一段时间，一些协作单位连高推重比核心机的技术讨论会议也不参加了，因为国际国内都有过的前车之鉴使他们怀疑这一项目能否继续下去。在这种出师不利的局面下，著名航空动力专家、中国一航燃气涡轮研究院总设计师、高推重比核心机总设计师组组长江和甫深入到每一位科研人员的办公室和家庭，耐心地做他们的思想工作，给科研人员鼓气：“科研是一个认识、实践、再认识、再实践的过程，如果没有今天不达标的压气机，哪有日后完全达标的压气机!”一位六旬老人尚且百折不挠、韧性求索，年轻人没有理由不奋力争先。
核心机是发动机研制中具有决定意义的一步．因为一台核心机可以在一定范围内派生发展出一系列型号发动机。图为由核心机发展而来的军用涡扇发动机(左)与民用涡扇发动机(右)
增强了信心后的科研人员鼓足干劲，马上投入到高压压气机的修改设计之中。在之后的100多天里，科研人员修改设计的方案多达几百个，尔后又进行了一次又一次的优化、筛选并最终确定了一个方案，仅半年就完成了高压压气机的修改设计。通过修改设计后的高压压气机，经试车台试验验证，所有的性能指标都达到了设计要求，有多项指标甚至还超过了设计要求。当初，业界专家估计这台压气机至少还要经过两轮以上的修改设计才有可能达标。但后来还是这些专家，却在评审中作出了这样的评审结论：这是一台具有国际先进水平，满足高推重比涡扇发动机工程运用的压气机。
三、大胆使用新材料
运用新材料，是实现航空发动机先进性的一个途径。一些新材料的研究是与高推重核心机的研制同步进行的。然而，有了新材料，不等于就能达到先进性。况且，处在研制过程中的新材料还有很多不足。在高推重比核心机上使用一种钛合金材料就很让设计人员费了—番心思。这种材料，蠕变性能好，热稳定性能就不好：热稳定性能好，蠕变性能就不好，两者不能兼顾。针对不同部件的不同要求，科研人员作了许多分别侧重蠕变性能或热稳定性能的技术试验，如期使这一材料在高推重比核心机上得到了成功运用。此外，高推重比核心机涡轮前的温度，要比它上一代发动机的温度高出200度，单从我国现有材料的承热能力或设计技术看，都无法达到指标。在这种情况下，科研人员—方面进行技术攻关，提高部件冷却效果，另一方面选用新近研制出来承热能力高的材料来制作涡轮部件，提高其承热能力，经过坚持不懈的努力，最终使涡轮部件承受住了设计温度。
核心机的主要部件-高压压气机转子。研制核心机首先就要突破高压压气机技术
四、突破粉末合金盘技术
粉末合金盘是高推重比核心机中的又一个关键部件，而夹碴数量是粉末合金的一个关键技术指标。当时，这一材料的国内两家研制单位，对夹碴的评定技术方法分歧很大。如果两家相持不下，或不用这—材料，高推重比核心机研制就会因此而搁浅。作为高推重比核心机总设计师组组长的江和甫于是把两家单位找到一起进行认真的研究讨论，终于形成子—致的夹碴评定技术方法。在江和甫的科学技术决策指导下，高推重比核心机上采用了大量的新材料，不仅有力地推进了研制工作，还带动了我国这一领域新材料的发展。
五、打破常规，着眼未来
航空发动机的研制，是按预先研究、核心机研制、验证机研制、型号研制分阶段进行的，各个阶段的研制目标各有不同。
核心机研制的目标主要是掌握设计性能；只是为了满足台架试车，验证其气动性能和设计技术，因此核心机的工作寿命只需要几十小时，对各个部件和整机的重量也没有严格要求。
而我国高推重比核心机的目标是研制符合工程运用的核心机，其结构、强度、重量、寿命和可维修性要完全符合装备要求，包括高空、高速在内的“全飞行包线”的所有空中状态都要能正常工作，寿命需要达到上千小时，这无形中提高了设计标准。因此，在高推重比核心机研制阶段，还需要开展大量的验证机阶段甚至是型号阶段才开展的工作，这样下来，高推重比陔心机设计方案本身就成为一个满足验证机要求的方案。就外观来看，高准重比核心机也不再是传统意义上只有高压压气机、主燃烧室、高压涡轮三大核心部件的核心机，它还配备了外涵道等部件，这是以前的核心机所没有的。而一些技术性能和材料的使用，更是按型号机来考虑的。从高推重比核心机的顶层方案设计伊始，还综合考虑了将来向大型运输机动力以及地面燃气轮机发展。
不仅如此，总设计师组组长江和甫还提出了“第一台核心机要上高空台试验”的研制决策，这又是一个打破航空发动机研制惯例的做法。按照惯例，航空发动机在核心机研制阶段，要用好几台核心机来分别验证不同的设计性能，而第一台核心机只作地面台试验。“第—台核心机要上高空台试验”给本来就十分困难、技术风险非常大的高推重比核心机研制又增添了很多困难和技术风险。江和甫这样做，不是没有人劝过他：“研制核心机就干核心机的事，别去冒那么大的风险，拿到设计性能就行了。”而他的老同事更是专门找他相劝：“老哥，按部就班地走下去，你的形象照样很好，你还能干几年?出了事就毁了你一辈子的声誉。”但是在航空发动机研制领域求索了40多年的江和甫，曾经成功地改进过涡喷-6、涡喷—7发动机，并且作为总设计师，主持完成了涡喷—13系列发动机的后期研制。这一系列型号航空发动机，至今仍是我国主战歼击机的动力。此外，作为第一总设计师，他还主持完成了我国首台拥有完全知识产权的航空发动机核心机—中等推力涡扇发动机核心机的研制。我国几个主要歼击机的发动机里，都有他亲自设计的零部件或是由他牵头江和甫已是一位功成名就的航空动力专家了，到了事业快要画句号的年龄段，要是栽个大跟头，说的不好听，那简直是“晚节不保”。
江和甫不是没有想过自己在其中的利害得失，他在高推重比核心机研制中自己给自己加压，一个重要原因是，可以尽可能多、尽可能早地暴露研制中的问题。按照他的话说：“尽量把问题暴露在前期，才有时间去攻关和解决，不然，后面工作的难度和技术风险将会更大。
正是凭着中国科研人员这种相信技术、大胆创新、不畏艰难的勇气和决心，为以后成功解决各种技术困难打下了坚实基础。
六、“顺利”通过地面最大工作状态
高推重比核心机在地面台第二阶段的一次试验中出现了油气烟雾，现场的气氛骤然紧张，很多参试人员一时不知所措。科研人员后来通过分析认为，这是在高转速条件下形成的正常现象，并不是燃油泄漏。停车后经检查和分析，这—判断非常准确，地面试验才得以继续。否则的话，如果把试验停下来，通过分解高推重比核心机来找原因，要耽误好几个月时间。
高推重比核心机地面最大工作状态试验是研制中的重要一环，要达到这一状态，就要通过“共振区”，这是任何航空发动机研制进程中的一道坎。是否能够通过，就要看高推重比核心机的设计、结构、强度和控制系统等是否能经得起全面的综合考验。
在涡轮院地面试车台上，高推重比核心机进发出有节奏感，一阵紧似一阵的，如同战机冲刺长天一样的啸叫!操作屏前，技术人员紧盯着计算机荧屏上反映高推重比核心机工作状况的绿色曲线，目不转睛地望着各种仪器、仪表，个个屏声敛气。来宾观摩室里，前来考察这次试验的上级领导，军方使用业界专家，有的站起来，有的离开座位走到大屏幕前，近距离地观察高推重比核心机的运行状态，关切之情都写在了脸上。随着油门杆缓缓向上推移，高推比核心机发出的啸叫越来越紧凑，反映推力的绿色曲线平滑地通过了“共振区”，一路攀升，直到最大状态的顶点。试验顺利成功了!这是一个载入我国航空工业史册的时刻—我国自主研制、技术跨代、具有国际先进水平的高推重比核心机地面试验达到最大状态，标志着中国最先进涡扇航空发动机的研制又迈过了—重雄关!而为了这一刻，一航涡轮院和我国50余个参研单位的数千名科技人员已经为之整整奋斗了15年。此后科研人员并没有因为“一点点”胜利而沾沾自喜，而是一鼓作气，又顺利完成了地面台上的全部试验。我国高推重比涡扇发动机核心机由此诞生。
七、结语
15年来，一航涡轮院和参研单位的数千名科技人员合力攻坚，从摸索和突破一项项关键技术着手，从设计和验证一个个零件开始，一步一个脚印，完成了高推重比核心机的高压压气机、主燃烧室、高压涡轮三大核心部件和轴对称矢量喷管的研制，先后经历了方案设计，直至核心机技术设计—核心机工程图设计和相关技术文件的编制并下厂加工—核心机总装—核心机在涡轮院地面台上点火一次成功并顺利推到慢车状态—试验达到地面最大状态—地面台上的全部试验。高推重比核心机的研制迎着风雨艰辛，一路走来，创造了80余项国内航空发动机研制的第一。高推重比核心机研制的顺利成功，在中国航空发动机研制史上写下了浓墨重彩的一笔。
高推重比核心机的研制成功，为我国在登顶高推重比航空动力高峰过程中建立起了“大本营”，有了这一“大本营”，我国一定能够如期征服高推重比涡扇航空发动机的高峰，把我国的新一代战机送上蓝天!
(来源:兵工科技2007.07)
