導(dǎo)讀：為飛機(jī)“心臟”的發(fā)動(dòng)機(jī)制造一直是中國的軟肋，中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)在剛結(jié)束的珠海航展上亮出了新突破，這對全球航發(fā)領(lǐng)域而言意味著什么? 對于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制來說，高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高科技、長周期、慢回報(bào)是其特點(diǎn)，中國在航發(fā)制造領(lǐng)域正試圖掌握更多的東西，在接下來的若干年后，世界航發(fā)三大巨頭將面臨著來自中國的挑戰(zhàn)，以中國近些年來在其他科技、制造領(lǐng)域的成就來說，這或許并不是一個(gè)笑話。

在第12屆中國國際航空航天博覽會(huì)暨珠海航展上，中國航空工業(yè)集團(tuán)帶來的殲-10B推力矢量驗(yàn)證機(jī)首次亮相，并進(jìn)行了高難度的飛行表演

 

迅速發(fā)展的中國有一個(gè)大遺憾，那便是竭盡半個(gè)多世紀(jì)之力，至今尚未造出一臺(tái)成熟可靠的核心航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

 

在剛結(jié)束的第12屆中國國際航空航天博覽會(huì)暨珠海航展上，雖然外界廣泛期待，為中國新一代戰(zhàn)斗機(jī)殲-20量身打造的WS-15峨眉發(fā)動(dòng)機(jī)卻并未亮相，但殲-10B搭載中國首款自行研制的“推力矢量控制”發(fā)動(dòng)機(jī)，在10余分鐘表演中用“眼鏡蛇機(jī)動(dòng)”、J-轉(zhuǎn)彎和 “落葉飄”等經(jīng)典超機(jī)動(dòng)飛行動(dòng)作，載著中國向世界航發(fā)三大巨頭發(fā)起挑戰(zhàn)的野心，向世人展示了中國在航發(fā)領(lǐng)域的最新突破，引發(fā)關(guān)注。

 

1、中國的遺憾：航發(fā)實(shí)力與歐美差距甚大

目前，中方引以為自傲、已小批量交付空軍作戰(zhàn)部隊(duì)的第五代戰(zhàn)機(jī)殲-20，主要裝備的還是俄制原裝AL-31FM1大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)今年8月有中國媒體報(bào)道稱我國的新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)成功，將停止采購俄發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，即有俄媒對此調(diào)侃稱，中國似乎每周都要“研發(fā)成功”一次、“擺脫對俄依賴”一次。

 

以往，能夠做出“眼鏡蛇機(jī)動(dòng)”等特技飛行動(dòng)作的都是全球戰(zhàn)機(jī)中的佼佼者，正因?yàn)橛袃膳_(tái)后燃推力達(dá)156千牛的F119發(fā)動(dòng)機(jī)，美國戰(zhàn)機(jī)F-22才可以做出諸多令人匪夷所思的機(jī)動(dòng)動(dòng)作，也正因?yàn)橛兄呐_(tái)推力分別為191千牛的TF39渦扇引擎，美國C-5銀河號(hào)才敢放言自己是世界上現(xiàn)役最強(qiáng)運(yùn)輸機(jī)，此次殲-10B作為單發(fā)動(dòng)機(jī)戰(zhàn)機(jī)被允許在珠海航展進(jìn)行高難度特技飛行，或多或少佐證了中國對殲-10B所裝備的WS-10發(fā)動(dòng)機(jī)的信心。

 

一款航空發(fā)動(dòng)機(jī)定型后并不意味著研制全部完成，后期通過換用更耐高溫材料、提高壓氣機(jī)效率等，尚可進(jìn)一步挖掘潛力提高推力，另外還能借助加裝推力矢量系統(tǒng)以提升性能。

 

按照中國過往傳統(tǒng)，通常都是擁有更先進(jìn)的裝備后才會(huì)公開展示前一代裝備，此次珠海航展亮相的殲-10B，正是在WS-10發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上加裝推力矢量系統(tǒng)的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，業(yè)界人士稱這實(shí)際上即是為WS-15發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證中國自主研發(fā)的推力矢量技術(shù)。

珠海航展中亮相的中國國產(chǎn)“太行”發(fā)動(dòng)機(jī)模型

 

航空發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為“工業(yè)王冠”，具有重要的國家戰(zhàn)略性，需要在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、高載荷的嚴(yán)酷條件下工作，并滿足推力/功率大、重量輕、可靠性高、安全性好、壽命長、油耗低、噪聲小、排污少等諸多苛刻又互相矛盾的性能要求，應(yīng)用有各種新理論、新材料、新工藝，且涉及到要求極高的焊接技術(shù)，以及燃燒室、風(fēng)扇、葉片、機(jī)械系統(tǒng)、渦輪制造等諸多方面，牽涉材料學(xué)、氣動(dòng)熱力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等眾多學(xué)科，被稱為當(dāng)今世界上最復(fù)雜、多學(xué)科集成的工程機(jī)械系統(tǒng)之一。

 

任何一個(gè)學(xué)科存在短板，都會(huì)導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)水平受限。在《美國國家關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃》中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)被描繪成“一個(gè)技術(shù)精深得使一個(gè)新手難以進(jìn)入的領(lǐng)域，它需要國家充分保護(hù)并穩(wěn)定利用該領(lǐng)域的成果，長期的專門技能和數(shù)據(jù)積累，以及國家大量的投資”。雖然中國的大飛機(jī)國家戰(zhàn)略日漸浮出水面，但歷經(jīng)維護(hù)修理、測繪仿制、改進(jìn)改型、自主研制等數(shù)十年發(fā)展階段，作為飛機(jī)“心臟”的發(fā)動(dòng)機(jī)制造一直是中國的軟肋。

 

對于一個(gè)在40年前還是世界上最貧窮之一的國家來說，改革開放后的中國當(dāng)下雖然已有以航空發(fā)動(dòng)機(jī)為主業(yè)的企事業(yè)單位26家，其中設(shè)計(jì)研究所4家，主機(jī)生產(chǎn)企業(yè)6家，年銷售收入約300億元人民幣（1元人民幣約合0.14美元），軍航發(fā)和民航發(fā)之比大致為7:3，其中軍航發(fā)的制造與維修比例5:1，民航發(fā)維修與零部件轉(zhuǎn)包比例接近1:1；但是，在全球航發(fā)領(lǐng)域仍是未有話語權(quán)。

 

2009年的中國航空博物館空軍裝備展上公開了一組數(shù)據(jù)，顯示從1956年至2008年的52年間，中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)總產(chǎn)量約5.7 萬臺(tái)，包括渦扇、渦噴、渦槳、渦軸和活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)等五類航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

 

若按年平均數(shù)外推10年，即從1956年到2018年的62年間，中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)總產(chǎn)量應(yīng)不低于6.7 萬臺(tái)，但嚴(yán)格來說，在WS-10發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)以前中國從未正向研制過一款航空發(fā)動(dòng)機(jī)，基本上都是仿制。

 

據(jù)從事軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的中國工程院院士甘曉華介紹，航空領(lǐng)域飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造通常需要15到20年，發(fā)動(dòng)機(jī)則要20到25年；全世界能制造飛機(jī)的企業(yè)大約有二三十家，但能制造發(fā)動(dòng)機(jī)的卻只有屈指可數(shù)的3到5家。有觀察指出，中國軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)較之國際最先進(jìn)水平幾乎落后一代，甚至更多，用時(shí)間來折算大約落后20到25年。

 

世界范圍內(nèi)，掌握一流水平渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的僅有英國羅羅（Rolls-Royce）、美國普惠和通用3家公司。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是兩軸或三軸，與汽車類似。世界航發(fā)三大巨頭之一的羅羅生產(chǎn)的大型發(fā)動(dòng)機(jī)都是三軸，GE和普惠則是兩軸，伴隨著航發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)革命，普惠發(fā)明了一種齒輪發(fā)動(dòng)機(jī)，已成功應(yīng)用于歐洲的空中客車A320neo、俄羅斯的MC21、日本的支線飛機(jī)等。

 

但基于防范心理，歐美在航空領(lǐng)域向來對中國實(shí)行著嚴(yán)格的技術(shù)出口管控，以北約組織為例，1996年以來實(shí)施的《關(guān)于常規(guī)武器與兩用產(chǎn)品和技術(shù)出口控制的瓦瑟納爾協(xié)定》，中國即受該協(xié)定中有關(guān)出售限制貨品或技術(shù)的嚴(yán)苛審核限制。

 

歐美技術(shù)封鎖：中國航發(fā)曲線突破

對于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制而言，高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高科技、長周期、慢回報(bào)是其特點(diǎn)。美國一直通過國家長期、穩(wěn)定的大力支持和投入，實(shí)施多項(xiàng)超前于具體型號(hào)的純粹技術(shù)研究性的中長期研究計(jì)劃和短期專項(xiàng)研究計(jì)劃，為發(fā)動(dòng)機(jī)研制提供充足的技術(shù)儲(chǔ)備，以降低工程研制的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，縮短研制周期。

 

從過往經(jīng)驗(yàn)來看，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)周期通常比飛機(jī)機(jī)體長5年以上，新型發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)時(shí)間則更長。上世紀(jì)70年代的實(shí)踐表明，新一代發(fā)動(dòng)機(jī)從部件研究到投入使用需要8到14年時(shí)間。F119從1973年概念研究到1999年產(chǎn)品定型，經(jīng)歷了26年，若以配裝該發(fā)動(dòng)機(jī)的F-22在2005年入役計(jì)算，更是長達(dá)32年。

 

羅羅公司發(fā)動(dòng)機(jī)研制投資回報(bào)圖顯示，水平線下的發(fā)動(dòng)機(jī)都在賠錢，一款發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)費(fèi)用有的花10億美元，有的花30億美元。對研發(fā)一個(gè)中等發(fā)動(dòng)機(jī)而言，大概得賣2,000臺(tái)方能收回研制成本，一般的風(fēng)投根本不會(huì)去涉足需要10到15年才能開始盈利的項(xiàng)目。

 

國際上通行的航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制流程，通常是從航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪等核心機(jī)部分開始，在核心機(jī)基礎(chǔ)上可研制出軍用、民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)，亦能研制出船用燃?xì)廨啓C(jī)。對中國來說，早前基于國防急需，資金又有限，均是測繪仿制后迅速裝備部隊(duì)，基本上無核心技術(shù)可言。

 

中國擅長逆向仿制，在過去解決了多個(gè)領(lǐng)域的“有無”問題，對于一般裝備而言，逆向仿制即便不知其所以然也至少能做到知其然，但航空發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)是一個(gè)體系，含性能試驗(yàn)、通用性試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)，每一個(gè)類別的試驗(yàn)又包括若干試驗(yàn)項(xiàng)目，其制造必須要知其然，更要知其所以然。

2018年10月29日，殲-10B搭載“推力矢量控制”發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)珠海金灣機(jī)場

 

從過往來看，中國在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造上的慘痛教訓(xùn)不少，2005年完成設(shè)計(jì)定型的“太行”渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)源于國際主流的CFM-56，CFM-56被使用在波音737、空客A320這些主流商業(yè)客機(jī)上，是世界上使用范圍最廣的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)之一，但多年過去后太行發(fā)動(dòng)機(jī)仍未完善，它曾運(yùn)用在雙發(fā)的殲-11戰(zhàn)斗機(jī)上，而單發(fā)的殲-10戰(zhàn)斗機(jī)因?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)可靠性要求高，直到殲-10B量產(chǎn)，殲-10系列戰(zhàn)機(jī)都還只能采用俄制AL-31FN發(fā)動(dòng)機(jī)。

 

西方先進(jìn)航空企業(yè)對發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)更多的是一系列的數(shù)值計(jì)算和分析，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行精細(xì)化優(yōu)化。有專家稱，“目前中國的發(fā)動(dòng)機(jī)從設(shè)計(jì)到完成起碼10年，國外也就是30到36個(gè)月，三年左右。”對于起步晚，基礎(chǔ)薄弱的中國航發(fā)來說，想要彎道超車，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域取得重大突破，縮短迭代周期和次數(shù)，革新發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的理念和方法顯然已是迫在眉睫。

 

中國已于2016年宣布在“十三五”期間（2016-2020）啟動(dòng)實(shí)施航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)重大專項(xiàng)，發(fā)力縮小與國際一流發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的差距。業(yè)內(nèi)人士稱，估計(jì)直接投入在1,000億元人民幣（1元人民幣約合0.14美元）量級(jí)，加上帶動(dòng)的地方、企業(yè)和社會(huì)其他投入，專項(xiàng)投入總金額約達(dá)3,000億元人民幣。

 

西方設(shè)阻：新科技帶來新機(jī)會(huì)

國家層面大力倡導(dǎo)，但實(shí)際上中國即便在航發(fā)生產(chǎn)設(shè)備的采購等方面都面臨著多重困難。

比如國際航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)巨頭使用的均為航空工業(yè)專用的一級(jí)熱處理爐，西方國家對中國進(jìn)行了嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，作為生產(chǎn)設(shè)備中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)“熱處理爐”被看護(hù)嚴(yán)密，有能力生產(chǎn)一級(jí)熱處理爐的國際廠商根本無法將設(shè)備銷售給中國的企業(yè)，而中國企業(yè)之前的水平也只能生產(chǎn)二級(jí)爐，嚴(yán)重制約著中國航發(fā)的產(chǎn)業(yè)化。

西方設(shè)置了重重阻力，無奈的中國后來做了一個(gè)前所未有的跨行業(yè)混搭大膽嘗試，用電子行業(yè)的一級(jí)熱處理爐來替代傳統(tǒng)的航空工業(yè)一級(jí)熱處理爐，正負(fù)2.1度的偏差結(jié)果，甚至比一級(jí)爐正負(fù)3度的偏差更為精密。

熱處理爐這個(gè)重大難題解決后，又面臨著整條航發(fā)生產(chǎn)線尚差單晶澆鑄環(huán)節(jié)最重要的設(shè)備——單晶爐這個(gè)大難題。單晶葉片處于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中溫度最高、應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最惡劣的部位，是航空產(chǎn)品第一關(guān)鍵零件，其鑄造工藝直接決定了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。作為珍貴的稀有金屬，錸是單晶葉片生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的金屬，在地殼中的含量比所有的稀土元素都少。

作為珍貴的稀有金屬，錸是航空發(fā)動(dòng)機(jī)單晶葉片生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的金屬，2017年9月“中國發(fā)現(xiàn)超級(jí)金屬錸”的消息引爆網(wǎng)絡(luò)

美國是最大的錸金屬消費(fèi)國，控制著全球銷售市場，為維持在航空工業(yè)的優(yōu)勢地位，美國等西方國家常年針對中國進(jìn)行著材料和技術(shù)封鎖。封鎖，倒逼著中國需要自行突破，而隨著成都航宇首批單晶葉片產(chǎn)品出爐，“實(shí)驗(yàn)性開爐的第一爐產(chǎn)品，做到了全球最高的成品率”。

世界三大航空發(fā)動(dòng)機(jī)巨頭之一的美國通用電氣航空集團(tuán)中國區(qū)工程技術(shù)總經(jīng)理王鵬今年在接受媒體采訪時(shí)，談及到通用電氣航空發(fā)動(dòng)機(jī)很多零件都是由中國生產(chǎn)的，“一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)不在中國做的東西太有限了，80%至90%都在中國做”。當(dāng)下，受益于3D打印、人工智能等諸多科學(xué)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)新帶來了諸多想像空間和可能，對跟跑國際先進(jìn)航空制造企業(yè)的中國來說，更多是一種機(jī)會(huì)。

一切過往，皆是序章。于中國而言，殲-10B搭載中國首款自行研制的“推力矢量控制”發(fā)動(dòng)機(jī)在珠海航展上的飛行表演只是一個(gè)開始，它見證了中國的夢想。“中國明確表示它想成為全球冠軍”，在啟動(dòng)下一個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段之際，中國制定了一項(xiàng)耗資3,000億美元的《中國制造2025》計(jì)劃，提出到2025年之前要在包括飛機(jī)在內(nèi)的一系列重要行業(yè)基本實(shí)現(xiàn)自給自足。

顯然，中國在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域正試圖掌握更多的東西，在接下來的若干年后，世界航發(fā)三大巨頭將面臨著來自中國的挑戰(zhàn)，以中國近些年來在其他科技、制造領(lǐng)域的成就來說，這或許并不是一個(gè)笑話。