“争气发动机”的故事

　　中国航空史上，除了“争气机”之外，其实还有一个“争气发动机”的故事。

　　当年航空发动机确实是“工业王冠上的明珠”，我们因为起步太晚，差距很大……但我们一位33岁的年轻科学家创造性地发明了“沙丘驻涡火焰稳定器”，一举让军用航空发动机突破到世界先进水平。

　　当年战斗机想要突破音障或者迅速爬升，需要开“加力”，最简单的办法就是让发动机喷出更多更快的气体，科学家就想到在发动机后方喷出更多的燃油，让燃油大量燃烧，这就是我们常说的“加力燃烧室”。

　　但这个方法是有缺陷的，开加力时，后燃室里的环境有多恶劣。一方面后燃室里充满了前半段发动机产生的高速高温气流，一方面还要承受喷射燃油二次燃烧带来的冲击与压力变化。在这么恶劣的情况下，后燃室的工作就很不稳定，时不时熄火，内部燃烧产生的流体运动也不规律，推力就有很大损失……这个当时在全世界都属于一个难题。

　　德国和苏联为了解决这个问题，针对性的创造了一个部件，叫“V型火焰稳定器”，但稳定器的使用效果就比较玄学，只能说聊胜于无，使用时阻力大稳定性差……而且当时的德国人和苏联人也不知道“V型火焰稳定器”的科学原理，全靠“玄学”。

　　我们能够在第三代战斗机的发动机上取得重大突破，源于北航高歌教授的一次颇为传奇的经历。

　　1968年到1978年，高歌本科从北航毕业后，一直都在青海沙漠地区工作。当时他观察到，在青海的沙漠中，有一种新月型沙丘，它有一个特点：不管风怎样吹，沙丘都不变形，仍然保持新月形状。而其他形状的沙丘都可以被风轻易吹跑。

　　他甚至联想到了赵州桥，这就像赵州桥的石头一样，上边宽下头窄，石头像笑脸挤在一起，拱形石桥就掉不下去了……这个似乎可以用来设计发动机燃烧室的“火焰稳定器”。

　　但灵感是灵感，科学理论转化为工程成果，是需要强大的计算和设计能力的，沙丘是一个三维形状，所以就要想法计算出三维物体后面的流场。然而三维问题的计算方法非常费时间。如果将流场分为五千个点来计算的话，在一个百万次的计算机上，需要计算六千个小时，也就是一台计算机连续不断开八个月。所以就需要探索一种新的数字计算方法。

　　当时，高歌看了几十种计算方法，把每种方法的优缺点都挑出来，反复琢磨了两个月选出了其中三四种方法。大概前后耗时了四、五个月，把它们的优点合成一种三维计算方法。按照这种三维计算方法，这个沙丘空间流场分成三千个点，在学校当时一台七几万次的计算机上用两个小时就把它的流场结构算出来了………

　　1981年，高歌和曹明骅老师正式开始做原理性实验。在进行火焰实验发现这种火焰稳定器非常稳定，比过去的稳定器扩大稳定性六到八倍。要知道当时的火焰稳定器，性能要是可以提高10%~20%就已经非常不错了 ，这是个有可能领先世界的突破！

　　1982年到1983年初做发动机的整机实验，1984年进行高空试飞，最后定型开始实际应用，经过四年多时间，终于完成了这个科研项目。

　　该稳定器的阻力比常规V形槽稳定器减少70%，而火焰稳定范围大幅度提高。1983年装备沙丘驻涡火焰稳定器的WP-6发动机首次在强－5飞机试飞成功，证实推力增加、耗油率下降、飞机升限提高1千米，消除了震荡燃烧和高空熄火现象。1984年起大规模装备空军部队。

　　高歌完成了沙丘驻涡火焰稳定器设计和研究工作，该项成果于1984年获国家发明一等奖，军用航空发动机在使用了“沙丘驻涡火焰稳定器”之后，它的性能得以加强，让我国三代战机发动机直接追平美国……

　　借助这个理论，只用了4年就彻底改进了燃烧稳定器的设计，提高国产发动机的性能，填补了国际航空界长期的空白，让我国在航空发动机这个薄弱领域，有了国际领先的一项特殊技术。

　　钱学森同志将其称之为“一项为中国人民争气的重大发明”，这项发明现已用于中国多种军用航空发动机。

　　中国航空工业的进步，倒不是完全是因为原理和设计的创新，更多是因为基础工业、材料科学、机械加工、工业自动化、电子工业、通信技术、雷达技术、导弹技术……全系统全方位的进步。

　　是一代一代的科学家、工程师们艰苦奋斗、厚积薄发，创造了今天这个令人难以想象的航空时代，也证明了我们这个民族，是世界上最擅长搞科学、搞工业的民族。