刘大响，1937年10月生，中国工程院院士，著名航空动力专家。曾任中国燃气涡轮研究院总工程师、总设计师和第一总设计师。现任中国航空工业第一集团公司科技委副主任，北京航空航天大学教授、博士生导师。兼任总装备部科技委委员，南京航空航天大学、西北工业大学、西安交通大学兼职教授，中国工程热物理学会常务理事。荣获国家科技进步奖多项，撰写科研报告和论文100余篇。党的“十五大”代表，十届全国人大代表、全国人大常务委员会委员和外事委员会委员。

　　新春佳节来临之际，刘院士就“十一五”航空工业发展以及数字化技术在航空领域的应用等问题接受了本刊记者的专访。
 
　　记者:  刘院士，《国家中长期科技发展规划纲要》已明确将研制大型飞机列为我国未来15年力争取得突破的16个重大科技专项之一。您作为主要倡导者之一，能否为我们介绍一下我国大飞机立项的有关情况？

　　刘大响：大飞机项目是党中央、国务院在新时期做出的一项重大的战略决策。什么是大飞机呢？简而言之，就是指起飞总重量超过100吨的运输类飞机，包括军用大型运输机、民用大型运输机及150座以上的干线客机。

　　从技术的角度上看，大飞机的研制过程涵盖了现代科技的诸多领域，如机械、材料、电子、力学、声学、热学、能源等。大飞机的研制是一个国家综合实力的体现。发展大飞机关系到我国在关键领域中技术能力的提升，有利于从现在传统劳动密集型产业向高技术产业过渡，从而推动我国产业结构的调整。在当今世界上，只有美国、俄罗斯、欧盟等少数国家或地区有能力研制大飞机。大飞机项目是我国建设创新型国家的一个战略性工程，是国家核心竞争力的标志，其作用以及对我国和世界的影响不亚于“两弹一星”和“载人航天”。

　　从经济的角度上看，大飞机市场是世界上重要的战略市场之一，尤其在我国，这个市场非常巨大，发展也非常迅速。按照国际民航的统计，人均GDP达到2000美元左右时，人均每年的乘机将达到0.3次。根据这个比例来计算，到2020年我们要新增将近1600架大型飞机，总价值高达2000多亿美元。而现在我们的航空工业还远不能满足这个需求。从这个意义上来讲，也必须发展大飞机产业。

　　大飞机项目对提升我国总体科技实力、全面建设国民经济及保障国家安全都有重要的战略意义。

　　记者：目前，数字化技术在航空领域中的广泛深入应用，带来了飞机研制模式的巨大变革，您能不能谈一谈数字化技术在大飞机研制过程中的作用？

　　刘大响：数字化技术不仅对航空工业的发展产生了重要的影响，对整个制造业的发展也起到了不可替代的作用。数字化技术在产品设计、制造加工中的应用，极大地促进了产品设计、制造模式及企业间协作模式的创新。

　　对于大飞机的研制来讲，数字化技术的作用突出体现在以下的两个方面。第一，利用数字化技术可以构建异地设计与制造协同工作环境，从而缩短飞机的研制周期。基于数字化协同工作环境，设计人员可以跨越空间的限制，比如可以分散在西安、上海、沈阳或成都，利用计算机、通讯、网络等技术来实现资源共享，完成异地协同设计与协同制造。空客A380的研制过程中，利用数字化协同研制平台，实现信息化集成应用、协同工作和资源的优化配置，以最大限度地利用参与研制各国的优势资源，实现了分散在4国5地的研制人员的协同研制。

　　第二，数字化技术实现飞机的三维全数字化定义，设计与制造集成，提升了产品的研制能力。通过数字样机的建立，可以实现部件或整机的虚拟装配、运动机构仿真、装配干涉检查、空间分析、管路设计、气动分析、强度分析等。全面采用数字量传递的方式，可以直接利用数字样机进行加工制造，减少了中间环节和工装数量，显著提高了飞机制造质量。波音公司在波音777飞机研制中，全面采用数字化技术，实现了三维数字化定义、三维数字化预装配和并行工程，建立了全机数字样机，取消了全尺寸实物样机，使工程设计水平和飞机研制效率得到了极大的提高；大幅度降低了干涉、配合、安装等问题带来的设计更改，达到了比传统方法设计更改和返工减少50%研制周期缩短50%的显著效果，是世界第一个采用全数字化样机进行产品研制的一个里程碑。

　　所以数字化技术在航空行业中，特别是在大飞机研制的异地协同设计制造和设计与制造的集成等方面，它都会起到巨大的作用。

　　记者：去年多家媒体报道了“十五”期间我国的航空推进技术验证计划（APTD）取得了丰硕的技术成果。您作为APTD计划总师组组长、专家委员会主任，能不能给我们介绍一下APTD计划的有关情况？

　　刘大响：航空动力主要是指用于军民用飞行器的各类航空燃气涡轮发动机，以及派生发展的地面和舰（船）用各类燃气轮机。航空涡轮发动机的特点和要求可以归纳为“三高四低一长”，即具有高温、高转速、高可靠性的特点，必须满足低污染、低噪声、低油耗、低成本和长寿命的要求。航空发动机的研制难度大、投资多、周期长，涉及到机械、材料、电子、力学、声学、热学、能源、管理等多学科领域，与整个国家的工业基础与科技发展水平密切相关。目前世界上能够独立研制飞机的国家有20多个，而只有美、俄、英、法及我国等少数国家具有独立研制航空发动机的能力。据日本通产省的统计，按照产品单位重量创造的价值来计算产品，如果船舶为1，则小汽车为9、电视机为50、电子计算机为300、大型飞机为800、航空发动机为1400。因此，航空发动机被称为“工业之花”、“皇冠上的珠宝”，是一个国家工业基础、科技水平和综合国力的集中体现。

　　航空燃气涡轮发动机对国家安全和国民经济发展具有重要的作用，航空动力技术已成为衡量一个国家科技水平、军事实力和综合国力的重要标志之一。长期以来，美、俄、英、法等国家一直将航空动力列为国家战略性优先发展产业，逐步形成了全面垄断航空动力技术和全球市场的局面。作为高附加值的高技术产业，其核心技术严格禁止向国外出口或转移。为此，我国在“十五”期间启动了APTD计划，以提高航空发动机研制的自主创新能力。

　　APTD计划是由国防科工委主持领导的大型的航空发动机验证计划，其目的在于建立一套比较完整的、高水平的、工程化的、有自主知识产权的航空发动机设计体系。通过发动机部件、系统、整机的多轮试验验证，突破主要关键技术，形成先进的技术验证平台，以不断提高设计体系的技术水平和工程实用性，对关键技术要突破一项、验证一项、推广应用一项，不断为型号研制或改进改型提供技术支持，并为航空动力的可持续发展奠定技术基础。

　　记者：您刚才谈到了APTD计划是为航空动力的可持续发展奠定技术基础，那么数字技术的广泛深入应用肯定是其中重要的组成部分，能否介绍一下数字化技术在APTD计划中的作用？

　　刘大响：数字化技术是APTD计划奠定航空动力的可持续发展的重要技术基础，其主要作用表现在以下4个方面。

　　第一，基于数字化技术建立并验证航空发动机设计体系，提高发动机的设计水平。通过试验验证，淘汰掉了一批设计误差大、设计精度不高、不能满足未来发动机研制需求的商用软件和自主研发的专用软件。并通过这些软件的集成与协同，实现设计信息共享，将原先独立应用的单项技术软件整合为一个具有自主知识产权的航空发动机技术研制平台，形成航空发动机设计验证体系。在“十五”期间，APTD计划已完成100余套软件的初步验证和集成。

　　第二，初步完成了航空发动机试验数据库的建设，并形成了相应的数据规范。通过试验不仅可以验证软件体系，还可以获得宝贵的航空发动机试验数据。并通过数字化技术的应用，建立起发动机试验数据库，从而改变了传统的纸质文件记录的方式。在“十五”期间，APTD计划已完成部分发动机整机和部件若干数据子库软件的开发，初步建立了行业共享的试验数据库。

　　那么，随着数字化技术的进一步深化应用，下一阶段APTD计划在仿真体系的建设和专家知识库的建设两个方面还将有大量的工作要做。

　　第三，建立起一套航空发动机数值仿真体系。航空发动机数值仿真技术是将现代相关学科最新研究成果、多年积累的实践经验及现代计算机技术、信息技术等融合贯通，综合应用于发动机研制的一种革命性的手段，是计算流体力学（CFD）、计算结构力学（CSD）、计算机仿真技术和现代信息技术等最新成果在航空发动机上的综合应用。采用仿真技术，建立航空发动机数值仿真体系，主要有三个方面的好处：可以获得更多的试验数据，从而提高设计水平和质量；可以减少物理样机数量，从而降低研制成本；可以提高了试验效率，从而缩短产品研制周期。航空发动机数值仿真技术是现代先进发动机研制技术的一个重要发展方向，是“迄今为止最为有效的经济的综合集成方法”，是推动航空发动机研制进步的战略技术，已经引起世界航空发达国家的高度重视和研究。

　　第四，建立起航空发动机设计专家知识库。老一代航空人通过几十年的设计工作，积累了丰富的经验。这其中既包括了成功的欢欣喜悦和失败的沉痛教训，也包括许多看不见摸不着的主观洞察力、直觉和预感。然而这些经验和教训是宝贵的财富，不能有效地转化为年轻人的能力，往往造成人才新老交替的断层问题。建立航空发动机设计知识库，可以把老一代人的经验变成知识，让老一代的智慧能够被年轻人所继承，使年轻人可以站在巨人的肩膀上实现跨越。

　　如果通过APTD计划十多年的努力，将这套数字化的体系打通，将仿真系统建立起来，将专家的经验集成进去，那么不仅是对于发动机，而且对于航空工业，以及对于整个国防工业来说，都是一件功在当代，利在千秋的事情。

　　记者：国防科工委将推进军工制造业数字化作为提升国防工业基础能力的关键，各军工行业也启动了相应的数字化工程，我想请您谈谈对推进军工制造业数字化建设的认识与体会？

　　刘大响：对这个问题，我想谈三点体会。

　　首先，我认为目前在数字化建设方面的财力、物力投入仍然不足。要认识到这个问题需要一个观念的转变。数字化建设是前期投入大，但会在后期带来巨大的经济效益。以航空发动机研制为例，如果不采用数字化技术，发动机的研制从设计到定型大概要用40-60台试验样机。若采用先进的数值仿真技术，建立起数值仿真体系，可以将试验样机减少到10-20台，仅减少试验样机节约的经费就高达几亿元。更为重要的是研制周期可从原来的10-15年缩短到6-8年甚至3-4年，研制周期缩短所带来的价值是不可估量的。另外，数字化工程是能力提升的过程，与采用试验样机不同的是建成的数字化设计、试验、验证体系可以运用于多种型号产品的研制过程中，会产生巨大的经济效益。因此，我认为要站在长远战略的高度来看待数字化建设的投入问题，数字化建设产生的是综合效益，通过产品质量的提升、研制周期的缩短和研制成本的降低等多方面来体现，需要进一步加大数字化减少的投入力度。

　　其次，数字化建设的关键是人才。没有人才，数字化是一句空话。数字化建设需要将专业人才、软件人才和硬件人才充分结合起来，发挥各自的专长和优势，才能取得数字化建设的综合效益。比如，APTD计划的实施，在各厂所内培养了一批中青年发动机设计骨干。在数字化建设过程中，培养和引进了一批软硬件人才。为业的发展注入了新鲜血液。

　　最后，我认为数字化建设还需要加强组织管理与协调。现在国防科工委和总装备部都非常重视军工制造业的数字化建设。我认为要站在更高的层面冲破不同主管部门之间、不同行业之间、不同单位之间信息成果共享困难的限制，充分利用数字技术便于信息交流与共享的优势，加强不同主体之间的成果共享与经验交流，使数字化建设达到事半功倍的效果。

 　　来源：中国国防科技网