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5月5日，國產(chǎn)C919客機在上海浦東機場成功首飛，國人振奮。

從支線飛機翔鳳（ARJ21）到首飛的單通道C919,再到中俄聯(lián)合設計的寬體飛機，中國自己的大飛機正沿著既定的發(fā)展路線步步推進。然而，與國外相比，國產(chǎn)大飛機依然落后。如何縮短差距，甚至能否"彎道超車"成為疑問，尤其是作為"心臟"的發(fā)動機，在技術積累上，中國更加薄弱。

我國第一臺大飛機發(fā)動機何時誕生？在商業(yè)上能否具備全球競爭力？不久前，在求是西湖學會工程分會舉辦的一場討論中，基礎研究領域和企業(yè)界的頂尖專家坐在一起，試圖向公眾解答這些疑問。

存在一代甚至更大的中外差距

"現(xiàn)在（飛機）載著幾百人飛來飛去，要說什么是人間奇跡，這就是了。我自己研究空氣動力學，想到這個還是很激動的。"談起C919,清華大學教授符松說，能上天已經(jīng)值得驕傲，對中國的大飛機研制，還是要先解決"有和無"的問題。而要在市場上取得成功，很大程度上需要有自主知識產(chǎn)權。相對空客、波音的競爭機型，符松說，首飛的C919已經(jīng)有一些創(chuàng)新，比如減少了5%的空氣阻力。

從整個流程來說，首飛只是第一步，之后，C919還需進行一系列試飛。在可靠性和安全性得到不斷改進和驗證后，才可最終交付使用——按照預想，應在三年之后。最終交付的C919會達到一個怎樣的水平？今年6月加入商飛北京研究中心的楊志剛說，如果和現(xiàn)在最好的空客320和波音737相比，能在一個數(shù)量級的話，"就是非常非常好，這也是一個務實的評價。"

不過，大飛機的"心臟"——發(fā)動機的制造乃至量產(chǎn)還很難短期實現(xiàn)。在首飛中，C919搭載的發(fā)動機LEAP—X,由CFM國際公司研制。

中國工程院院士甘曉華介紹說，在航空領域，飛機的設計制造一般需要15—20年，發(fā)動機要20—25年；全世界能做飛機的企業(yè)有20—30家，能做發(fā)動機的卻只有3—5家。從事軍用航空發(fā)動機設計的他坦言，國內(nèi)軍用航空發(fā)動機跟國外最先進水平相比落后一代（20—25年）甚至更多。然而，"民用發(fā)動機，因為沒有基礎，也不好比較，恐怕也差了一代甚至更多。"

針對發(fā)動機研發(fā)的落后現(xiàn)狀，2009年1月，中國航發(fā)商發(fā)（中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責任公司）成立，目標很明確：制造可商業(yè)化的發(fā)動機。2016年，中國宣布在"十三五"期間，將啟動實施航空發(fā)動機和燃氣輪機重大專項，用某位分析師的話說，估計"直接投入在1000億元量級，加上帶動的地方、企業(yè)和社會其他投入，專項投入總金額約達3000億元".中國自主制造商用航空發(fā)動機已是國家戰(zhàn)略。

另一方面，航空發(fā)動機市場潛力巨大。中國航發(fā)商發(fā)預測，未來20年全球?qū)⑿枰陆桓犊蜋C3.8萬架，發(fā)動機需求量達7.4萬臺，市值1萬億美元。由于亞太地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展迅速，航空運輸需求旺盛，亞太地區(qū)預計將占到這1萬億的三分之一。然而，中國薄弱的發(fā)動機研發(fā)基礎卻可能無法很快地搶占這一市場。

"長江1000和長江2000發(fā)動機，和現(xiàn)在運營的最先進的發(fā)動機基本上相當，如果按計劃2025年能夠順利設計出來，那從時間上講，起碼也要晚10年。"中國航發(fā)商發(fā)總經(jīng)理、民用航空發(fā)動機專家馮錦璋說。

長期從事軍用發(fā)動機研制的甘曉華對于當前民用發(fā)動機落后的歷史原因有清楚的認識："以前為了國防急需，又沒有錢，都是測繪仿制，然后趕緊裝備部隊。"他認為，現(xiàn)在做基礎創(chuàng)新，"就需要打牢基礎，獲得關鍵技術，然后到型號研制，一步一個腳印".

"說一千道一萬，航空發(fā)動機的問題是基礎不牢，核心在這個地方。"他繼續(xù)說，"以前搞測繪仿制，我們是知其然，不知其所以然，現(xiàn)在要知其然，更要知其所以然。"

發(fā)動機是試出來的嗎？

做湍流基礎研究的陳十一教授認為，中國的大飛機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計制造，而當下新興的技術，如3D打印、AI等將帶來新的可能，在跟跑同時，中國可以預先創(chuàng)造新的設計，進而實現(xiàn)領跑。

這一看似"激進"的看法獲得了馮錦璋的積極回應。他認為3D打印技術首先可以縮短發(fā)動機的設計制造時間，但正是這一點上，中外差距巨大。

"目前我們國家的發(fā)動機從設計到完成起碼10年，國外也就是30—36個月，三年左右。"他說。之所以會花費如此長的時間，原因則在于做了太多的物理試驗："我們一臺發(fā)動機的制造，不算設計，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，每一次設計達不到目標就要再重新開始。"

縮短迭代的周期和次數(shù)，革新發(fā)動機設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)動機是試出來的，這句話其實挺對的，發(fā)動機需要很多的試驗驗證，但這句話背后也蘊含著另外一層含義，就是我們的計算設計水平不是很好。"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，最好不要走"建造再摧毀"的流程）。"

不同于以往"試驗是設計迭代的一部分"的研發(fā)理念，通過MASC（Modelling, Analysis, Simulation, Computing）方法，西方先進企業(yè)對航空發(fā)動機的設計更多的是一系列的數(shù)值計算和分析，并以此為基礎，進行的精細化優(yōu)化。"試驗很大程度上是對設計的確認，而不是直接參與設計的迭代，這是一個巨大的差異。"馮錦璋說。

支撐制造最重要的是標準和規(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)的不少標準規(guī)范，有些是抄過來的、有些是實際工作的積累；而與之形成鮮明對比的是國外先進的標準規(guī)范，精細化要求的背后都有強大的分析和計算作為依據(jù)。

"我們航空發(fā)動機的鑄造，基本上沒有核心技術。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。

從基本的焊接技術，到燃燒室，到風扇、葉片、機械系統(tǒng)、渦輪，馮錦璋詳細地展示了長江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計工作必須是自主研發(fā)發(fā)動機的主要方向。

馮錦璋介紹，隨著飛行器構造越來越復雜，如果按照傳統(tǒng)模式，試驗小時數(shù)會越來越高，到2030年，將達到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。

充分運用計算能力，不僅能縮短時間，在AI時代，還能借助計算機的"想象力"（Intuitive AI）革新設計。"我們現(xiàn)在大部分工程設計的優(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；什么是拓撲優(yōu)化？我們可以設定要滿足的條件，用人工智能，讓計算機不受任何約束的去想。"馮錦璋說，這將在近期和中期對飛機的設計產(chǎn)生革命性的影響。

文化挑戰(zhàn)絲毫不亞于技術挑戰(zhàn)

作為商用發(fā)動機，是否成功必須經(jīng)受市場檢驗，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？馮錦璋給的答案初聽有幾分意外。

"我感受比較深刻的一點是，我們面對的文化挑戰(zhàn)絲毫不亞于技術挑戰(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。

這個工廠進口了一臺大型的鍛造機，德國公司過來安裝后，這臺機器運轉(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。

馮錦璋認為的第二個挑戰(zhàn)是團隊精神的缺失。

"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備制造有很大的影響，要突破的不僅僅是技術。

缺少來往的企業(yè)界和高校

作為南方科技大學校長，陳十一對馮錦璋的"文化論"表示贊同。他進一步說，檢驗大學的成功與否，不是排名，也不應該只看論文，核心要看是否產(chǎn)生了好的人才、技術和文化。

不過，作為大學教授的他，還認為企業(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)不了大學教授，越培養(yǎng)不了老師，那就進入了負反饋。"

在陳十一的印象中，美國的Los Alamos實驗室（世界上科學與技術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，負責設計核武器，現(xiàn)在在多個領域進行多學科的研究）每年的夏天都會邀請加州大學的很多教授來，這促進了大學教授對該實驗室的了解，有利于問題的解決。他說，企業(yè)應該把核心攻關的問題交給大學去解決。

"我覺得像發(fā)動機這樣的問題，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。"他強調(diào)，"我們應該思考大學和企業(yè)合作的新模式。"

從事基礎研究的符松也注意到了類似的問題。他介紹，清華大學和美國的GE發(fā)動機公司成立了聯(lián)合研究中心，而對于發(fā)動機這樣技術推動的領域，國外不僅高校，公司也在開展很多的基礎研究。此外，讓他感受頗深的另外一點是，國外的大學和企業(yè)擁有緊密的合作關系："我每次參加美國的學術會議或者發(fā)動機專業(yè)會議，發(fā)現(xiàn)人家大學的、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)大飛機發(fā)動機，未來的商業(yè)化之路是歧路還是坦途尚未可知。不過，幾位從事基礎研究的教授，和來自企業(yè)的大飛機設計專家坐在一起，暢所欲言，也許已經(jīng)預示了一個好的開始。

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