發(fā)動機(jī)是試出來的嗎？
做湍流基礎(chǔ)研究的陳十一教授認(rèn)為，中國的大飛機(jī)制造是有可能彎道超車的。他分析說，波音737或空客320均是二三十年前的設(shè)計制造，而當(dāng)下新興的技術(shù)，如3D打印、AI等將帶來新的可能，在跟跑同時，中國可以預(yù)先創(chuàng)造新的設(shè)計，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑。
這一看似“激進(jìn)”的看法獲得了馮錦璋的積極回應(yīng)。他認(rèn)為3D打印技術(shù)首先可以縮短發(fā)動機(jī)的設(shè)計制造時間，但正是這一點(diǎn)上，中外差距巨大。
“目前我們國家的發(fā)動機(jī)從設(shè)計到完成起碼10年，國外也就是30—36個月，三年左右。”他說。之所以會花費(fèi)如此長的時間，原因則在于做了太多的物理試驗(yàn)：“我們一臺發(fā)動機(jī)的制造，不算設(shè)計，就是造出來，也要一年多的時間;從研究的角度，要搞幾輪迭代，每一次設(shè)計達(dá)不到目標(biāo)就要再重新開始。”
縮短迭代的周期和次數(shù)，革新發(fā)動機(jī)設(shè)計的理念和方法迫在眉睫。
“我們國家以前有一句非常有名的話，叫作發(fā)動機(jī)是試出來的，這句話其實(shí)挺對的，發(fā)動機(jī)需要很多的試驗(yàn)驗(yàn)證，但這句話背后也蘊(yùn)含著另外一層含義，就是我們的計算設(shè)計水平不是很好。”他繼續(xù)說，“在國外差不多十年十五年前就流行另外一句話，It’s better not to develop aero engines through a ‘build & bust’ process(開發(fā)航空發(fā)動機(jī)，最好不要走“建造再摧毀”的流程)。”
不同于以往“試驗(yàn)是設(shè)計迭代的一部分”的研發(fā)理念，通過MASC(Modelling, Analysis, Simulation, Computing)方法，西方先進(jìn)企業(yè)對航空發(fā)動機(jī)的設(shè)計更多的是一系列的數(shù)值計算和分析，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行的精細(xì)化優(yōu)化。“試驗(yàn)很大程度上是對設(shè)計的確認(rèn)，而不是直接參與設(shè)計的迭代，這是一個巨大的差異。”馮錦璋說。
支撐制造最重要的是標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。為了長江1000和長江2000的研發(fā)，馮錦璋走訪了不少工廠，考察制造業(yè)的現(xiàn)狀。他發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)的不少標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，有些是抄過來的、有些是實(shí)際工作的積累;而與之形成鮮明對比的是國外先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，精細(xì)化要求的背后都有強(qiáng)大的分析和計算作為依據(jù)。
“我們航空發(fā)動機(jī)的鑄造，基本上沒有核心技術(shù)。我們做的幾個里沒有一個是合格的，最后只能是不合格的里面挑一個。”馮錦璋說。而鍛造作為經(jīng)常用的成型手段，很大程度也還是靠經(jīng)驗(yàn)。
從基本的焊接技術(shù)，到燃燒室，到風(fēng)扇、葉片、機(jī)械系統(tǒng)、渦輪，馮錦璋詳細(xì)地展示了長江1000和長江2000研發(fā)中的典型問題。核心想法只有一個，以計算分析為主的設(shè)計工作必須是自主研發(fā)發(fā)動機(jī)的主要方向。
馮錦璋介紹，隨著飛行器構(gòu)造越來越復(fù)雜，如果按照傳統(tǒng)模式，試驗(yàn)小時數(shù)會越來越高，到2030年，將達(dá)到100萬小時;而如果采用分析計算方法，可以減少2個數(shù)量級，到10萬小時。
充分運(yùn)用計算能力，不僅能縮短時間，在AI時代，還能借助計算機(jī)的“想象力”(Intuitive AI)革新設(shè)計。“我們現(xiàn)在大部分工程設(shè)計的優(yōu)化都是連續(xù)的，我們有時候想象不出來這個形狀是怎樣的;什么是拓?fù)鋬?yōu)化？我們可以設(shè)定要滿足的條件，用人工智能，讓計算機(jī)不受任何約束的去想。”馮錦璋說，這將在近期和中期對飛機(jī)的設(shè)計產(chǎn)生革命性的影響。
文化挑戰(zhàn)絲毫不亞于技術(shù)挑戰(zhàn)
作為商用發(fā)動機(jī)，是否成功必須經(jīng)受市場檢驗(yàn)，絕非能造出一兩臺那么簡單——需要幾千臺都保持高的質(zhì)量。如何做到這一點(diǎn)？馮錦璋給的答案初聽有幾分意外。
“我感受比較深刻的一點(diǎn)是，我們面對的文化挑戰(zhàn)絲毫不亞于技術(shù)挑戰(zhàn)。”他說。
在某工廠考察的過程中，一個故事給他留下了深刻印象。
這個工廠進(jìn)口了一臺大型的鍛造機(jī)，德國公司過來安裝后，這臺機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)了三年還是性能良好。今年，這家工廠自己安裝，結(jié)果六個月機(jī)器就壞了。“為什么？說起來就像是從網(wǎng)上讀到的故事一樣，特別有趣。他們給我舉了一個例子，說明書寫得清清楚楚，螺栓螺帽要擰三圈倒半圈，我們都是瞎搞，不就是三圈么？他們就隨便弄，連個記錄都沒有。”馮錦璋說。
類似的事情不僅發(fā)生在產(chǎn)業(yè)工人身上，甚至連來應(yīng)聘的博士后也是“差不多先生”。曾經(jīng)，馮錦璋在面試中問一名博士后，“其中的一個阻尼系數(shù)為什么是0.55？”這名博士后的回答是：老師這樣說的。
“獨(dú)立思考的精神，打破砂鍋問到底的精神，把事情做到極致的精神極大缺乏。”馮錦璋說，這樣的態(tài)度絕無成功的可能。
馮錦璋認(rèn)為的第二個挑戰(zhàn)是團(tuán)隊精神的缺失。
“很多人往往把問題，好的工具和數(shù)據(jù)藏在手里，不愿意跟別人分享。不僅是組織之間，大學(xué)之間，甚至小組和另外的小組，小組里面的一個人和另外一個人，都存在這樣的現(xiàn)象。”他說，所有這些都對高端設(shè)備制造有很大的影響，要突破的不僅僅是技術(shù)。
缺少來往的企業(yè)界和高校
作為南方科技大學(xué)校長，陳十一對馮錦璋的“文化論”表示贊同。他進(jìn)一步說，檢驗(yàn)大學(xué)的成功與否，不是排名，也不應(yīng)該只看論文，核心要看是否產(chǎn)生了好的人才、技術(shù)和文化。
不過，作為大學(xué)教授的他，還認(rèn)為企業(yè)缺少與高校合作也限制了產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新：“企業(yè)拿了國家的大項目，攬在手里，相信自己而不相信教授，這樣就越培養(yǎng)不了大學(xué)教授，越培養(yǎng)不了老師，那就進(jìn)入了負(fù)反饋。”
在陳十一的印象中，美國的Los Alamos實(shí)驗(yàn)室(世界上科學(xué)與技術(shù)最大的幾個中心之一，二戰(zhàn)時期作為曼哈頓工程的一部分，負(fù)責(zé)設(shè)計核武器，現(xiàn)在在多個領(lǐng)域進(jìn)行多學(xué)科的研究)每年的夏天都會邀請加州大學(xué)的很多教授來，這促進(jìn)了大學(xué)教授對該實(shí)驗(yàn)室的了解，有利于問題的解決。他說，企業(yè)應(yīng)該把核心攻關(guān)的問題交給大學(xué)去解決。
“我覺得像發(fā)動機(jī)這樣的問題，現(xiàn)在政府已經(jīng)意識到了，不僅僅是某一家企業(yè)的事情，作為國家重大項目，必須聯(lián)合攻關(guān)。”他強(qiáng)調(diào)，“我們應(yīng)該思考大學(xué)和企業(yè)合作的新模式。”
從事基礎(chǔ)研究的符松也注意到了類似的問題。他介紹，清華大學(xué)和美國的GE發(fā)動機(jī)公司成立了聯(lián)合研究中心，而對于發(fā)動機(jī)這樣技術(shù)推動的領(lǐng)域，國外不僅高校，公司也在開展很多的基礎(chǔ)研究。此外，讓他感受頗深的另外一點(diǎn)是，國外的大學(xué)和企業(yè)擁有緊密的合作關(guān)系：“我每次參加美國的學(xué)術(shù)會議或者發(fā)動機(jī)專業(yè)會議，發(fā)現(xiàn)人家大學(xué)的、研究所的、企業(yè)的全在一起參加，一起討論。我覺得我們國家沒有這樣的文化，我們的高校和企業(yè)界好像沒有什么來往。”
何時造出國產(chǎn)大飛機(jī)發(fā)動機(jī)，未來的商業(yè)化之路是歧路還是坦途尚未可知。不過，幾位從事基礎(chǔ)研究的教授，和來自企業(yè)的大飛機(jī)設(shè)計專家坐在一起，暢所欲言，也許已經(jīng)預(yù)示了一個好的開始。
(作者系《知識分子》編輯)
來源：http://mil.huanqiu.com/china/2017-09/11296013.html
