国之重器航空发动机，“大发”带你去看看（二）
几年前，中央2套曾经播放过一部系列专题片《大国重器》，从中我们能体悟出一个道理：不论新经济的大潮涌向哪里，装备制造业作为工业体系基石的战略性地位都不会改变，反而在我国转型升级的历史进程中日益凸显。
大国崛起离不开国之重器的腾飞，近年来渐行渐热的航空发动机产业热潮正日益吸引国人的目光。但我们也认识到，作为相对“小众”的产业，航空发动机产业之于大多数国民和关心着我们的人们还是陌生和神秘的。这是一个怎么样的产业？有何特征？将来要向哪去？关于这一系列问题，我们想在本期试着做一个回答。
上一期科普内容发出后，我们憨憨的大白同学收到了很多看官的喜爱，本期我们换了个造型登场，是不是更加呆萌了？这是我们一直在默默地根据大家在微信上的留言意见改进哦，我们的“大发”也会随着我们系列报道的深入一步一步成长哈~下一步还会继续推出各种大白造型哦，敬请大家期待~
江湖顶级圈子都玩啥？
“沧海笑，滔滔两岸潮，浮沉随浪记今朝；苍天笑，纷纷世上潮，谁负谁胜出天知晓。”
当今世界是个大江湖，在这个江湖中，那些名不见经传的小门小派且不去说，在江湖的顶级圈子里，自几十年前就有了所谓“十大门派”之争，这些年来，不止是美英法等传统豪强，就连印度、巴西等后起之秀也为了这个“十大”的名头抢破了头，排序的依据也简单，你掌握的绝世武学越多、越精，自然就能争得那头几把交椅。
什么是绝学？江湖罕见、一招制敌是为绝学。数十年以来，只要掌握了下面这几项武功，就称得上是江湖顶级高手：
核弹（图片来自于网络）
航天与洲际弹道导弹技术（图片来自于网络）
第三代战机——歼十（图片来自于网络）
多年来江湖上风云流转，核弹、航空航天技术已经成为大国俱乐部公认的门槛条件，说到底，就是别人会的我必须会，即使现在不会，将来也必须会。
从数量上看，目前具备独立制造核弹能力的国家已达到9个，即使是朝鲜、伊朗也初步具备了挤进“十大门派”的能力。
特别是近20年来，随着冷战的结束，战略层面的核弹、洲际导弹等绝世武功虽好，却只能做深藏功与名的扫地神僧，其作用主要体现在战略威慑上，直接出手的机会少之又少。
那么，还有什么是只有江湖顶尖大佬才有资格染指、能在战术层面发挥作用的独门秘技呢？
我只能悄悄地告诉你们，有的。咳，你没看错，就是下面这个胖子……
在江湖上，具备独立研制航空发动机能力的只有下面这5大门派（不要吐槽照片，搞航发研究的人普遍都辣么帅~）：
东邪：美国，自封武林盟主，多年来以强大的研发实力在军民用市场均获得巨大成功，独占市场半壁江山；
西毒：英国，老牌工业强国，以三转子技术独步武林；
南帝：法国，航空工业基础雄厚，通过与美国合作研制CFM-56发动机得以在民用发动机市场获得巨大成功；
北丐：俄罗斯，曾长期与美国竞争盟主之位，前苏联解体后仍凭借雄厚的基础实力在江湖中占有一席之地。
中神通：中国，咳咳，更务实地说，我国航空发动机行业的整体研发水平和工业基础实力与另外4家相比还有着不小的差距，所以说还只能算是“半家”（看完这一条，同志们自觉回去加班吧~~）。
需要补充的是，在以上五家中，真正具备独立研制大涵道比民用涡扇航空发动机能力的，就只剩下美国和英国两家了。
（源图片来自网络）
正如土豪玩车，顶级富豪玩私人飞机一样，在江湖顶级圈子里，航空发动机就像是“宝刀屠龙”，本身就是大佬们江湖地位的直接体现。从上一张图不难看出，真正能把航空发动机玩得转的只有联合国五大常任理事国，欧盟曾在其报告中这样描述：“航空工业是一种政治工业，它的未来将承担政治和工业的双重责任。”归根到底，作为军事工业和高端制造业的尖端领域，航空发动机技术是与一个国家的战略安全紧密相连的。
为什么这么说？我们先来看看现代战争怎么打。
北约空袭利比亚（图片来自于网络）
这是北约进攻利比亚的画面，这场战争又被称为“飞机打帐篷”，整场战争北约方面未出动任何地面部队，仅靠空袭就将号称拥有10万装甲雄狮的卡扎菲打得满地找牙。从科索沃，伊拉克，阿富汗再到利比亚，美国把空袭这一招使用得越来越炉火纯青。
制空者得天下，这就是江湖的新常态。在当今新的战争形态下，没有像样的空中力量，不仅谈不上在国际事务中有发言权，甚至连国家的主权和尊严都难以保证。在这样的背景下，作为决定飞机性能的最重要一环，航空发动机在国家战略安全中的地位与日俱增。
抛开江湖地位不谈，军民用航空发动机产业所衍生的巨大经济利益同样诱人，由于这个行业的高度垄断，使得有限的市场参与者“钱途无限”。在民用航空制造领域，世界三大航空发动机巨头及其合资公司垄断了整个市场近90%以上的份额，直接瓜分掉每年500-600亿美元的行业蛋糕，仅GE公司在2013年就通过航空发动机业务取得净利润43亿美元。
全球商用航空发动机市场份额（来源：中航工业商发）
长期以来美、英、法等发达国家均将航空制造业作为主要支柱产业，看重的则是航空制造业作为尖端工业巨大的拉动效应。波音在其报告中指出，民机销售额每增长1％，对国民经济的增长拉动为0.714％。2000年美国民用飞机制造业总产值1400亿美元，拉动相关产业9000亿美元，创造了1100万个就业机会，占到当年GDP的9％。
而以单位重量计的产品价值为例，据统计，航空发动机、民用飞机、轿车和轮船比值达到了1400:800:9:1，以目前商业上最成功的商用航空发动机CFM-56为例，目前商业产出已超过2000亿美元，是其产品研发投入10亿美元的200倍。
正是由于航空发动机产业所蕴含的巨大政治、经济、安全战略意义，各大国始终将航空发动机产业发展摆在重要的战略位置上。
东邪西毒是如何炼成的?
前文中介绍了江湖上独孤求败的五大门派，但是人们往往只知大侠放完大招摆POSE时的风骚，又怎知神功并不是那么容易炼成的。
第一个拦路虎，就是神功对修炼者资质要求太高。说白了，就是航空发动机技术难度极大。
我们首先来看看这个“神功”神在哪？各位看官请注意这张图。
左侧是发电机组，右侧是一台民用航空发动机，二者发出的功率相同，图为他们在相同比例下的尺寸对比（图片来自网络）
如果你不仔细去看，还能发现右边那个小不点吗？哈哈，这就是我们的胖子“大发”了，虽然与左边的巨无霸相比我们很小，但发出的功率一点也不比人家小，我们的燃料消耗和污染物排放也少得多。不怕人比人，就怕胖比胖，和这些“傻大个”一比，咱航空发动机当真是吃得少、干得多，小身体里蕴含着大能量。
老祖宗说的好，内练一口气，外练筋骨皮，对于“大发”来说同样是如此。
我们首先来看这股“气”。人们喜欢这样描述牛：“吃进去的是草，吐出来的是奶。”，对于我们的发动机，却可以说：“吃进去的是空气，喷出来的是飓风和火焰！”
为什么这么说呢？是因为进入发动机的空气经过内部一系列作功过程，将燃油中的化石能量转化为气体的动能和热能，再向后喷出高温高速的气体并产生向前的动力，这也是喷气式发动机名称中“喷气”二字的由来。
进入现代航空发动机的空气经过压缩系统的一系列增压后，将达到40到50个大气压，也就是要将一间屋子内的空气压缩到一个汽水瓶子里带走（汽车表示，涡轮增压到2.5个大气压就几乎没法开了）。
吸入的空气经过多次增压，被压缩40-50倍（蓝色部分代表气体在压缩过程中流经的通道，图片来自于网络）
再经过喷油点火燃烧，流经高压涡轮叶片表面的高温燃气将超过1600摄氏度（这个温度比当前已知可用材料的最高使用温度还要高400-500摄氏度，这就使得我们必须通过复杂的冷却设计来降低工作叶片温度，保证叶片不被“煮熟”）。
航空发动机燃烧室——这个应该是目前最高大上的一个“火炉子”了
同时发动机的主要部件还要在每分钟10000多转的转速下工作，带来的离心力相当于在每个长度不超过10厘米的叶片上绑上一辆大巴车，是名副其实的“叶坚强”。
长度不超过10厘米的压气机叶片要承受数吨离心力（图片来自于网络）
看到这里，我只想说，这神功到底是什么鬼？根本就是要让贫道走火入魔的节奏啊有木有！
最后，大家可以通过下面这个视频来了解一下这股“气”的威力。
汽车被航空发动机吹飞（图片来自于网络）
既然要满足如此严苛的工作环境要求，“大发”自然也要练就一身“金钟罩”、“铁布衫”。目前，先进的航空发动机均采用了单晶叶片、粉末冶金以及陶瓷基、树脂基、铝基等各类先进复合材料，还采用了空心风扇叶片、整体叶盘等先进制造技术。总之，为了满足高温、高压、高力学载荷和轻质的要求，拣着最好最贵的都给我上一套！对于这些高大上的航空材料，在后面的材料篇中会有详细介绍，就不在这里一一赘述啦。
总的来说，航空发动机几万个零件“挤”在长宽均不过3米的一个容器里，集成了各个学科的先进技术，在设计者眼中，其本身就是一件最精美的艺术品。
第二个拦路虎则是时间，作为复杂系统工程，航空发动机长达15年至25年的研制周期令江湖上多数小门派望而却步。
以F119发动机（装机对象为F22战机）为例，其从70年代起开始概念设计到军方定型，前后经历了26年之久，如果按F-22战机在2005年具备初始能力计算，则长达32年。
对于发动机研制来说，经历的是一个研究-设计-试验-修改设计-再试验直到最终满足规范要求的迭代过程。业内人士常说，“航空发动机是试出来的”，正是由于其性能和结构设计的极度复杂性，许多设计中无法发现的问题就必须通过持续的试验逐步解决。
对于一型发动机来说，从零组件、部件再到核心机、整机，一般需要开展10万小时的零部件试验、4万小时的附件试验和1万小时的整机试验。
炫酷的试验过程（图片来自于网络）
以普惠公司的PW1000G发动机（应用于新一代A320窄体客机）为例，从80年代末启动，计划于2016年服役，目前已经耗时25年，其研制工程中先后安排了超过60台份发动机进行试验。
PW1000G发动机正在进行试验（图片来自于网络）
第三个拦路虎：钱！巨大且快速增长的经费投入也吓退了大多数参与者。
大家对之前提到的“60台份”可能没啥概念，那我们换一个角度来理解——研发一型航空发动机需要多少钱？据资料显示，美国在上世纪七八十年代研制的F100发动机（应用于F15和F16战斗机）研发费用即高达14亿美元，仅这个数字就超过了同时期中国一年的军费总额。
F100发动机（图片来自于网络）
与“不差钱”的军机相比，民机研制费用也不低。GE公司在上世纪90年代研发的GE90民用大涵道比涡扇发动机开发费用约为30亿美元，这还未将其前期大量预先研究费用计算在内。
GE90发动机（图片来自于网络）
进入新世纪后，美国军方发现研发费用涨得比房价还快，如著名的F135发动机（应用于著名的F35战机）研发费用达到67亿美元。小编表示，这已经不是在烧钱了，是在烧金砖好吗。
F135发动机（图片来自于网络）
总之，城里人真会玩，但不是所有人都玩得起的。
除了长期、高投入之外，21世纪什么最重要？人才！
据资料显示，英国罗罗公司现有从事航空发动机研发人员11300 多人，美国GE 公司则长期保持一支由9000 名工程技术人员组成的团队，专门从事航空发动机的设计研发。与之相比，人才匮乏是长期制约我国航空发动机行业发展的重要瓶颈之一，我国虽然从事航空发动机设计、制造、试验的从业人员多达数万人，但其中专业技术人员不足5000人，领军人才更为缺乏。
所以，亲们，我们现在是求贤若渴啊，可能很多同学已经看过了我们十天前发出的招聘宣传专题，是不是想想就有点小兴奋呢，你，心动了吗？
最后，无论何时何地，科学规律永远是最最最重要的因素哈。除了技术难度大、研制周期长、经费投入巨大等重重挑战外，航空发动机产业还被称为“金钱买不来的产业”，这是因为对于进入这个行业的大佬们来说，除了技术能力、经费投入、政策支持等基本条件之外，更重要的则是参与其中的政府和企业按科学规律办事、合理组织产业发展节奏的能力。
从技术、管理、过程、经营和市场的角度来看，发动机研发具有独特的复杂性，是文化多元、处在学习曲线顶端的超大型工程。而商用发动机研制的独特之处在于，它必须把项目极度复杂性的管理与降低管理成本的需求这两者很好地结合起来（请关注后面本微信号系统工程的介绍哦~）。
归根到底，要制造一台高性能同时还满足高可靠性、长寿命要求的航空发动机，考验的是一个国家工业体系的综合能力，所以航空发动机也被视为一个大国科技实力和综合国力的标志之一。法国人对航空发动机工业的描述是：“航空发动机工业是一个与众不同的工业，航空发动机是当代尖端技术的标志。进入这个竞技场的顶级玩家数量非常有限，其门槛设置得比其他航空专业更高，这意味着竞争者进入的难度更大”。
大国重器，
路漫漫其修远兮
看完东邪西毒的修炼历程，小编感觉，这完全就是一段血泪史、一条不归路啊。
从其他四家的发展历程来看，他们取得目前这样的江湖地位绝非偶然，而是长期从战略高度将航空发动机作为优先发展和重点投资领域的结果。
以美国为例，其将航空发动机技术列在不予转让的绝密技术第二位，从美国航空航天局（NASA）重点支持的基础研究、到国防部高级研究计划局重点支持的应用技术研究，再到军兵种与企业联合支持的产品研制，始终保持航空发动机技术开发、产品研制和产业发展在国家层面具有清晰、问题的发展战略。
再以英国为例，始终坚持着航空发动机产业领先的国家战略，为保持罗罗公司在世界航空发动机产业的领导地位，坚持以罗罗为主体，大学、研究机构和供应商为支撑的高度融合的产学研体制。
说到这里，小编想起了前段时间冒着生命风险加入各位大佬微信朋友圈的经历，他们的对话竟然是这样的……
看完这张图，有木有想剁手的感觉？媒体曾经在报导分析过，我国要出口8亿件衬衫才能换回一架波音飞机，而美国每年通过航空航天产业取得的贸易顺差则超过370亿美元。在我国成为“世界工厂”的同时，作为一个民用航空大国，我国民用飞机和发动机长期只能依赖进口的现实刺痛过很多国人的心，中国制造业要实现“从大到强”，下决心发展民用飞机与发动机产业是必然的选择。
国家于2007年正式设立第16个重大科技专项，正式启动国产大飞机及其发动机的研制工作，在2015年的总理政府工作报告中，将航空发动机列为要重点实施的重大科技项目之首，从国家战略层面吹响了振兴我国航空发动机产业的号角。
大国重器，路漫漫其修远兮。
对于我国刚刚起步的民用航空发动机产业来说，完备的试验验证条件、完善的技术与管理体系以及一支足够强大的专业人才队伍是亟需建立的三大基础能力。更重要的是，我们也需要社会大众更多的关注和支持。在这里，奉上一张国产大飞机发动机的靓照。
我们期待着她装上国产大飞机翱翔蓝天的那一天，如果你们喜欢这个胖胖的大家伙，就请多多关注我们吧。
本期责编：赵诗棋