用自然辩证法看大型飞机发动机研制——研究生中特论.docx

自然辩证法看大型飞机发动机研制摘要：大型飞机发动机的研制是一个国家科学技术的综合体现。自然辩证法是马克思主义哲学体系中的重要组成部分，是关于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识自然、改造自然的一般方法的科学理论体系。本文以自然辩证的观点探讨了大型飞机发动机的研制和发展历程，运用自然辩证法的基本理论、基本方法，系统分析了大型飞机发动机关键技术的发展历史、现状和未来，并对其的发展趋势和做了探索性研究和预测，同时以哲学的观点阐述其发展的因果关系，揭示其事物发展的共性问题。关键词：自然辩证法；大涵道比涡扇发动机；关键技术；综述1. 引言：哲学是世界观系统化和理论化的体系。它研究了自然界、人类社会和人类思维的最一般的本质和规律。自然辩证法研究的是人与自然界的关系，人们认识自然改造自然的一般规律，以及科学技术发生与发展的一般规律。发动机是飞机的心脏，大涵道比涡扇发动机是自主研制大型飞机的关键，发动机技术不突破，就无法掌握大型飞机研制的主动权。而民用航空发动机又是航空动力产业的重要支柱（国外民用发动机产值已达总产值的80%），不发展民用大涵道比涡扇发动机，就没有独立、完整、强大的航空动力产业和航空工业。2. 自然辩证法的实践指导意义2.1 自然辩证法简介自然辩证法是马克思主义哲学体系中的重要组成部分，研究对象是自然界发展和科学技术发展的一般规律、人类认识和改造自然的一般方法以及科学技术在社会发展中的作用。自然辩证法的创立与发展同哲学与科学技术的进步密切相关，是马克思主义关于科学、技术及其与社会关系的已有成果的概括和总结。自然观是人们对自然界的根本看法或总的根本观点。它既是世界观的重要组成部分，又是人们认识和改造自然的方法论。自然观的形成和发展同自然科学的萌芽、产生与发展有密切的联系。吸取了历史上自然观的精华，摒弃了旧自然观的糟粕，研究和认识自然界存在和演化的科学图景及自然界存在和演化的特征和规律，并研究和认识人与自然的辩证关系。人类是通过科学来认识自然界的。科学技术观是从科学的角度出发去思考问题，研究问题，用科学的方法去解释某个问题。随着科学技术的进步，相信在未来会有更多疑难问题，或者是不解现象被先进的科学技术破解。所以在思考问题的时候一定要用科学的方式处理问题。马克思、恩格斯把科学和技术作为一种社会现象来考察，科学技术发展到现在发生了深刻的变化，其成果已广泛渗透到社会生产和生活的各个领域。马克思指出科学与技术的区别，即科学是精神生产力，技术是现实生产力。科学技术方法论是人们对自己从事科学技术研究所运用的认识和实践方法的哲学概括。科学技术方法论是关于认识世界、改造世界、探索实现主观世界与客观世界相一致的最一般的方法理论，是科学研究和工程技术研究一般方法的性质、特点、内在联系和发展变化的理论体系。2.2 自然辩证法的实践指导意义自然辩证法理论中有两个方面的内容具有深刻的实践指导意义，一是它所描绘的自然界的发展、演化图景，是以19世纪对机械唯物主义自然观为基础，系统自然观为发展，进一步升华到生态自然观，它们一脉相承，它们共同酿成了20世纪自然科学的系统观、整体观：另一是它所强调的思辨方法在自然科学中的重要作用，延袭了德国古典自然哲学的路子，曾经造成了自然科学与哲学的分裂，以致科学与哲学的关系问题在我国一再被提出来讨论。恩格斯指出：“一个名族想要站在科学的最高峰，就一刻不能没有理论思维。”自然辩证法为我们提供了一整套理论，要求我们要用系统的观点来研究问题、解决问题。自然辩证法是马克思主义哲学的重要组成部分，是研究自然界发展的普遍规律、自然科学技术研究的一般方法和自然科学技术发展的普遍规律的科学。它是辩证唯物主义科学体系中的一个分支学科，它以自然科技史和自然科学技术成果为基础，研究自然界、自然科学技术发展的普遍规律和研究自然科学技术方法论。自然辩证法是辩证唯物主义的自然观、自然科学技术方法论和自然科学技术观有机统一的科学理论体系，是辩证唯物主义与自然科技之间联系的纽带。辩证唯物主义自然观是关于自然界及人类与自然关系总的看法，它是以辩证唯物主义哲学为指导，对自然界的本质及其发展普遍规律的揭示和反映。辩证唯物主义自然观阐明了人类与自然界协调发展的关系，科学的论述了人类与自然界的关系，阐明了科学技术与人工自然建设应与自然界和谐共处，协调发展的关系。在当今的工业发展中，特别是高科技产业的发展过程中，应当以自然辩证唯物主义自然观为指导，做到人类、科学技术和自然界的协调发展。3. 我国大涵道比涡扇发动机现状分析3.1 需求分析研制大型飞机及其发动机是党中央、国务院在新世纪做出的具有重大战略意义的决策。在国家中长期科学和技术发展规划纲要和“十一五”规划纲要中，国家已经把大型飞机列为重大专项工程，而且要求最终配装具有自主知识产权的大涵道比涡扇发动机，包括军民用两型大型飞机发动机，这是必须实现的国家战略目标。发动机是飞机的心脏，大涵道比涡扇发动机是自主研制大型飞机的关键，发动机技术不突破，就无法掌握大型飞机研制的主动权而民用航空发动机又是航空动力产业的重要支柱（国外民用发动机产值已达总产值的80%），不发展民用大涵道比涡扇发动机，就没有独立、完整、强大的航空动力产业和航空工业。据有关部门预测，我国未来20年，仅150座级干线客机就需要800架左右，加上其他用途的大型飞机，共需军民用大涵道比涡扇发动机约2 750台，总价值达412亿美元，折合人民币3300亿元左右。大涵道比涡扇发动机用途广泛、市场巨大，经济、军事、社会效益显著，对国民经济发展、国防建设和科技进步具有重大推动作用和战略意义。3.2 发展现状与差距经过多年发展，我国在航空动力技术领域取得了一些成绩，在军用涡喷和小涵道比涡扇发动机方面已具有一定的研制生产能力，研制生产了数十个型号、6万多台各类航空发动机，装备了几十种军民用飞机，为空军装备建设和民用航空事业的发展做出了自己的贡献。在大型飞机使用的大涵道比涡扇发动机方面，对风扇/增压级、高压压气机等关键技术开展了初步研究，并在航空推进技术验证计划支持下，建立了以设计定型的太行发动机核心机为基础的大涵道比涡扇发动机整机验证平台但与国际先进水平相比差距仍然较大，技术基础相对薄弱，大量关键技术尚未突破和掌握，部分试验设备还存在缺门，工程设计和使用经验缺乏，自行独立研发还有较大困难。4. 大型飞机发动机研制与自然辩证法自然辩证法所要研究和揭示的是自然界的本质及其发展的普遍规律，研究的是自然科学技术研究的一般方法和自然科学技术的本质及其发展的普遍规律。而大型飞机发动机的研制，一方面解决国内民航业快速发展带来的技术产品需求，另一方面也实践着科学技术的发展。任何技术的进步和发展都离不开人的因素，在人参与下，自然规律会有哪些改变，如何控制它的不良影响，更好的为人类服务，这是技术发展必须要考虑的问题。在大涵道比涡扇发动机的研制过程中，有两个并行发展的过程。一是社会需要的形成和发展。技术个体往往是在一定的技术系统中实现自己的功能。系统的存在就是技术个体成为一种需要的条件。需要实质上是对功能和性能的需要，并不表现所需对象的原理。满足需要的方式包括改进和更新两种。使需要的程度发生变化的，除了社会因素之外，主要是第一类相关技术。系统中任何一部分性能水平的提高都会对其它部分提出较高的要求。当某一部分性能水年不高而与其它部分不相适应或限制了整个系统的水平时，用新的技术手段代替它的需要就比较强烈了。当它由于原理的限制很难有较大改进时，替换它的需要就十分迫切了。社会对于技术系统的要求由于种种原因提高时，也会相应地加强这一需要。与之并行发展的另一过程是第二类相关技术与相应的自然科学基础理论的发展。应当指出，在某一技术个体诞生之前，一方面是需要的发展，它主要与第一类相关技术有关，另一方面是条件的发展，它主要与第二类相关技术有关，二者并没有构成特定的联系，其发展进度并无函数关系。所以，虽然需要是技术发展的必要条件，但不是充分条件。技术的进步只能产生于某些第一类相关技术与第二类相关技术发展的交叉点上，只能产生于需要的发展与条件的发展的交叉点上。5. 我国大涵道比涡扇发动机关键技术分析5.1 主要设计关键技术对于军民用大涵道比涡扇发动机而言，除环保、寿命和经济性等指标外，其他的主要设计技术是相同的，包括总体、部件、系统、整机、仿真等，因此将其关键技术合并研究，主要有：大涵道比发动机总体方案设计技术（含飞发一体化和经济性分析）；民用发动机适航技术；大涵道比风扇/增压级设计技术；高效高级压比压气机设计技术；低排放、长寿命燃烧室设计技术；高性能长寿命高、低压涡轮设计技术；发动机短舱及反推力装置设计技术；核心机设计技术；验证机设计技术；整机/部件综合数值仿真技术；大涵道比涡扇发动机数控系统设计技术；低噪声设计技术；长寿命、高可靠性和可维护性设计技术；轴承和传动润滑系统设计技术；故障诊断和监控技术；涡轮主动间隙控制技术；辅助动力装置(APU)设计技术。5.2 材料、工艺技术军用大涵道比涡扇发动机主要采用现有成熟材料和工艺，但在部分关键零部件（如大型风扇叶片、机匣等）的制造上仍有其特殊要求，需要进行攻关。民用大涵道比涡扇发动机由于技术指标要求更高，满足适航取证的要求也更多，需要采用更多的新材料和新工艺，才能达到设计要求。军民用大涵道比涡扇发动机研制中需要攻关的主要材料工艺项目包括：大型宽弦风扇空心叶片（钛合金或复合材料）制造技术；大型钛合金中介机匣铸造、焊接和制造技术；钛合金整体叶盘/叶环制造及修复技术；复合材料包容环制造技术；风扇盘圆弧型榫槽加工技术；三维弯扭多联组合涡轮导向叶片精铸技术；定向凝固带冠大展弦比低压涡轮叶片精铸技术；风扇转子和发动机本机平衡技术；风扇机匣涂层本机加工技术；高温钛合金材料工程化与制造工艺；镍基高温合金整体叶盘低成本制造技术；低成本燃烧室机匣整体铸造技术；火焰筒浮动壁材料与制造技术；高压涡轮动叶及导叶用涂层及其涂覆工艺；单晶涡轮叶片低成本材料、铸造以及打孔工艺；涡轮导叶低成本材料、铸造以及打孔工艺；粉末轮盘制粉、锻造工艺以及缺陷检测。5.3 试验、测试技术大涵道比涡扇发动机与军用小涵道比涡扇发动机相比，除了因为尺寸、流量、推力的增加，而需要对现有试验设备和技术进行完善改进外，由于大涵道比涡扇发动机、尤其是民用大涵道比涡扇发动机，为了满足适航条例的要求，需要进行大量的特殊的适航试验，如吞咽试验、包容试验、环境试验等。因此，在加紧建设相关的缺门试验设备的同时，还需对大涵道比涡扇发动机所需的特殊试验技术进行研究，并发展相应的试验方法和规范。主要包括：整机试验与调试技术；发动机反推力试车技术；发动机投鸟试验技术；发动机吞水、吞冰、吞砂试验技术；发动机侧风、逆风试验技术；发动机噪声场测量技术；风扇叶片包容试验技术；部件和整机寿命和可靠性试验技术。6. 关键技术解决途径与建议6.1 关键技术攻关和验证机研制发动机总体方案设计和部件设计、加工和试验完成发动机总体方案设计和性能分析计算、整机/部件气动热力性能数值仿真分析、发动机方案草图设计和选材方案、各部件和系统的设计技术指标和参数要求；完成总体/部件/系统试验件设计和试验、部件强度寿命设计分析、选材和关键加工工艺设计、部件/系统综合数值仿真分析、辅助动力装置设计和试验等。核心机和验证机的工程设计、加工和试验验证完成核心机和验证机的工程设计和加工、核心机的地面模拟试验、验证机地面台架性能调整试验、地面台架持久试验、高空台巡航状态性能模拟试验(H-11 km, Ma-0.8)以及部分适航性标准试验（如噪声、低污染排放等）。6.2 原型机研制和适航取证在第一阶段验证机高空台性能达标的基础上，针对我国干线客机发动机的具体要求，完成原型机的研制，取得型号合格证、生产许可证和适航证。6.3 积极开展国际合作我国航空动力行业与世界先进水平相比，差距仍然较大，尤其在大涵道比涡扇发动机技术方面，基础十分薄弱，缺乏技术储备，大量关键技术尚未突破和掌握，没有工程经验，材料、工艺差距更大，试验设备不配套，缺乏高水平的人才，短期内完全自行研发出先进大涵道比涡扇发动机有很大困难。为此，必须强化基础、自主创新，又要改革开放、借助外力，积极开展国际合作。同时，也应看到，国际合作发展民用航空发动机已成为当今世界的一大潮流。为了筹措资金、技术互补、减少风险、扩大市场，即使实力超群的大国公司也在奉行合作开发的道路，表示了开展合作的意向。尽管仍然存在着多种矛盾和风险，但和平开放的国际环境毕竟为开展大涵道比涡扇发动机的国际合作提供了比较有利的条件。多年的实践证明，与俄罗斯开展技术合作，能够学到大部分关键设计技术，这是与西方国家合作所做不到的，而且俄罗斯也已经表现出与我合作的强烈意愿，所以在开展关键技术研究和验证机研制中，重点要抓紧对俄合作的工作。同时，也通过各种方式加强与西方的已有合作，并不断探索新的合作途径，通过与西方的商业合作加快型号产品的开发，尽快进入国际市场。6.4 加强材料、工艺、试验等基础条件建设有关材料、工艺是大涵道比涡扇发动机的关键技术之一，必须尽早安排计划，攻关研究，加以突破。大涵道比涡扇发动机的研制需要特殊的加工和试验手段，必须在现有基础上，根据军民结合的原则，尽快进行补充和完善。如：野外试车台、环境试车台、2号高空舱、快速反应科研试制力量等。7. 结论人是认识自然和改造自然的主体、也是科学技术认识与实践的主体。大飞机发动机发展的快慢归根到底取决于其实践的主体研究工作者的能动性、综合能力的高低。因此，大飞机研制工作者的综合素质和工作水平是推进该项事业向前发展的重中之重。自然辩证法是对自然界的存在方式，演化发展以及人和自然界的关系做出唯物的同时又是辩证的说明，是对各门实证自然科学已取得的成果的概括和总结；是以辩证唯物主义认识论为指导，在现代科学技术发展的水平上对各门科学技术的研究方法作概括和总结；是关于科学技