【行业动态】中国曲线突破 力推航空发动机国家战略

导读：为飞机“心脏”的发动机制造一直是中国的软肋，中国航空发动机在刚结束的珠海航展上亮出了新突破，这对全球航发领域而言意味着什么? 对于航空发动机的研制来说，高投入、高风险、高科技、长周期、慢回报是其特点，中国在航发制造领域正试图掌握更多的东西，在接下来的若干年后，世界航发三大巨头将面临着来自中国的挑战，以中国近些年来在其他科技、制造领域的成就来说，这或许并不是一个笑话。

在第12届中国国际航空航天博览会暨珠海航展上，中国航空工业集团带来的歼-10B推力矢量验证机首次亮相，并进行了高难度的飞行表演

迅速发展的中国有一个大遗憾，那便是竭尽半个多世纪之力，至今尚未造出一台成熟可靠的核心航空发动机。

在刚结束的第12届中国国际航空航天博览会暨珠海航展上，虽然外界广泛期待，为中国新一代战斗机歼-20量身打造的WS-15峨眉发动机却并未亮相，但歼-10B搭载中国首款自行研制的“推力矢量控制”发动机，在10余分钟表演中用“眼镜蛇机动”、J-转弯和 “落叶飘”等经典超机动飞行动作，载着中国向世界航发三大巨头发起挑战的野心，向世人展示了中国在航发领域的最新突破，引发关注。

1、中国的遗憾：航发实力与欧美差距甚大

目前，中方引以为自傲、已小批量交付空军作战部队的第五代战机歼-20，主要装备的还是俄制原装AL-31FM1大推力涡扇发动机。当今年8月有中国媒体报道称我国的新型航空发动机研发成功，将停止采购俄发动机时，即有俄媒对此调侃称，中国似乎每周都要“研发成功”一次、“摆脱对俄依赖”一次。

以往，能够做出“眼镜蛇机动”等特技飞行动作的都是全球战机中的佼佼者，正因为有两台后燃推力达156千牛的F119发动机，美国战机F-22才可以做出诸多令人匪夷所思的机动动作，也正因为有着四台推力分别为191千牛的TF39涡扇引擎，美国C-5银河号才敢放言自己是世界上现役最强运输机，此次歼-10B作为单发动机战机被允许在珠海航展进行高难度特技飞行，或多或少佐证了中国对歼-10B所装备的WS-10发动机的信心。

一款航空发动机定型后并不意味着研制全部完成，后期通过换用更耐高温材料、提高压气机效率等，尚可进一步挖掘潜力提高推力，另外还能借助加装推力矢量系统以提升性能。

按照中国过往传统，通常都是拥有更先进的装备后才会公开展示前一代装备，此次珠海航展亮相的歼-10B，正是在WS-10发动机基础上加装推力矢量系统的技术验证机，业界人士称这实际上即是为WS-15发动机验证中国自主研发的推力矢量技术。

珠海航展中亮相的中国国产“太行”发动机模型

航空发动机被誉为“工业王冠”，具有重要的国家战略性，需要在高温、高压、高转速、高载荷的严酷条件下工作，并满足推力/功率大、重量轻、可靠性高、安全性好、寿命长、油耗低、噪声小、排污少等诸多苛刻又互相矛盾的性能要求，应用有各种新理论、新材料、新工艺，且涉及到要求极高的焊接技术，以及燃烧室、风扇、叶片、机械系统、涡轮制造等诸多方面，牵涉材料学、气动热力学、结构力学等众多学科，被称为当今世界上最复杂、多学科集成的工程机械系统之一。

任何一个学科存在短板，都会导致航空发动机水平受限。在《美国国家关键技术计划》中，航空发动机被描绘成“一个技术精深得使一个新手难以进入的领域，它需要国家充分保护并稳定利用该领域的成果，长期的专门技能和数据积累，以及国家大量的投资”。虽然中国的大飞机国家战略日渐浮出水面，但历经维护修理、测绘仿制、改进改型、自主研制等数十年发展阶段，作为飞机“心脏”的发动机制造一直是中国的软肋。

对于一个在40年前还是世界上最贫穷之一的国家来说，改革开放后的中国当下虽然已有以航空发动机为主业的企事业单位26家，其中设计研究所4家，主机生产企业6家，年销售收入约300亿元人民币（1元人民币约合0.14美元），军航发和民航发之比大致为7:3，其中军航发的制造与维修比例5:1，民航发维修与零部件转包比例接近1:1；但是，在全球航发领域仍是未有话语权。

2009年的中国航空博物馆空军装备展上公开了一组数据，显示从1956年至2008年的52年间，中国航空发动机总产量约5.7 万台，包括涡扇、涡喷、涡桨、涡轴和活塞式发动机等五类航空发动机。

若按年平均数外推10年，即从1956年到2018年的62年间，中国航空发动机总产量应不低于6.7 万台，但严格来说，在WS-10发动机出现以前中国从未正向研制过一款航空发动机，基本上都是仿制。

据从事军用航空发动机设计的中国工程院院士甘晓华介绍，航空领域飞机的设计制造通常需要15到20年，发动机则要20到25年；全世界能制造飞机的企业大约有二三十家，但能制造发动机的却只有屈指可数的3到5家。有观察指出，中国军用航空发动机较之国际最先进水平几乎落后一代，甚至更多，用时间来折算大约落后20到25年。

世界范围内，掌握一流水平涡扇发动机制造技术的仅有英国罗罗（Rolls-Royce）、美国普惠和通用3家公司。航空发动机的传统结构是两轴或三轴，与汽车类似。世界航发三大巨头之一的罗罗生产的大型发动机都是三轴，GE和普惠则是两轴，伴随着航发领域的技术革命，普惠发明了一种齿轮发动机，已成功应用于欧洲的空中客车A320neo、俄罗斯的MC21、日本的支线飞机等。

但基于防范心理，欧美在航空领域向来对中国实行着严格的技术出口管控，以北约组织为例，1996年以来实施的《关于常规武器与两用产品和技术出口控制的瓦瑟纳尔协定》，中国即受该协定中有关出售限制货品或技术的严苛审核限制。

欧美技术封锁：中国航发曲线突破

对于航空发动机的研制而言，高投入、高风险、高科技、长周期、慢回报是其特点。美国一直通过国家长期、稳定的大力支持和投入，实施多项超前于具体型号的纯粹技术研究性的中长期研究计划和短期专项研究计划，为发动机研制提供充足的技术储备，以降低工程研制的技术风险，缩短研制周期。

从过往经验来看，航空发动机的研发周期通常比飞机机体长5年以上，新型发动机研发时间则更长。上世纪70年代的实践表明，新一代发动机从部件研究到投入使用需要8到14年时间。F119从1973年概念研究到1999年产品定型，经历了26年，若以配装该发动机的F-22在2005年入役计算，更是长达32年。

罗罗公司发动机研制投资回报图显示，水平线下的发动机都在赔钱，一款发动机研发费用有的花10亿美元，有的花30亿美元。对研发一个中等发动机而言，大概得卖2,000台方能收回研制成本，一般的风投根本不会去涉足需要10到15年才能开始盈利的项目。

国际上通行的航空发动机研制流程，通常是从航空发动机的压气机、燃烧室和涡轮等核心机部分开始，在核心机基础上可研制出军用、民用航空发动机，亦能研制出船用燃气轮机。对中国来说，早前基于国防急需，资金又有限，均是测绘仿制后迅速装备部队，基本上无核心技术可言。

中国擅长逆向仿制，在过去解决了多个领域的“有无”问题，对于一般装备而言，逆向仿制即便不知其所以然也至少能做到知其然，但航空发动机的试验是一个体系，含性能试验、通用性试验、耐久性试验、环境试验和飞行试验，每一个类别的试验又包括若干试验项目，其制造必须要知其然，更要知其所以然。

2018年10月29日，歼-10B搭载“推力矢量控制”发动机到达珠海金湾机场

从过往来看，中国在航空发动机制造上的惨痛教训不少，2005年完成设计定型的“太行”涡扇发动机的核心机源于国际主流的CFM-56，CFM-56被使用在波音737、空客A320这些主流商业客机上，是世界上使用范围最广的涡扇发动机之一，但多年过去后太行发动机仍未完善，它曾运用在双发的歼-11战斗机上，而单发的歼-10战斗机因对发动机可靠性要求高，直到歼-10B量产，歼-10系列战机都还只能采用俄制AL-31FN发动机。

西方先进航空企业对发动机的设计更多的是一系列的数值计算和分析，并以此为基础进行精细化优化。有专家称，“目前中国的发动机从设计到完成起码10年，国外也就是30到36个月，三年左右。”对于起步晚，基础薄弱的中国航发来说，想要弯道超车，在航空发动机领域取得重大突破，缩短迭代周期和次数，革新发动机设计的理念和方法显然已是迫在眉睫。

中国已于2016年宣布在“十三五”期间（2016-2020）启动实施航空发动机和燃气轮机重大专项，发力缩小与国际一流发动机生产企业的差距。业内人士称，估计直接投入在1,000亿元人民币（1元人民币约合0.14美元）量级，加上带动的地方、企业和社会其他投入，专项投入总金额约达3,000亿元人民币。

西方设阻：新科技带来新机会

国家层面大力倡导，但实际上中国即便在航发生产设备的采购等方面都面临着多重困难。

比如国际航空发动机生产巨头使用的均为航空工业专用的一级热处理炉，西方国家对中国进行了严密的技术封锁，作为生产设备中的关键环节“热处理炉”被看护严密，有能力生产一级热处理炉的国际厂商根本无法将设备销售给中国的企业，而中国企业之前的水平也只能生产二级炉，严重制约着中国航发的产业化。

西方设置了重重阻力，无奈的中国后来做了一个前所未有的跨行业混搭大胆尝试，用电子行业的一级热处理炉来替代传统的航空工业一级热处理炉，正负2.1度的偏差结果，甚至比一级炉正负3度的偏差更为精密。

热处理炉这个重大难题解决后，又面临着整条航发生产线尚差单晶浇铸环节最重要的设备——单晶炉这个大难题。单晶叶片处于航空发动机中温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，是航空产品第一关键零件，其铸造工艺直接决定了航空发动机的性能。作为珍贵的稀有金属，铼是单晶叶片生产中最为关键的金属，在地壳中的含量比所有的稀土元素都少。

作为珍贵的稀有金属，铼是航空发动机单晶叶片生产中最为关键的金属，2017年9月“中国发现超级金属铼”的消息引爆网络

美国是最大的铼金属消费国，控制着全球销售市场，为维持在航空工业的优势地位，美国等西方国家常年针对中国进行着材料和技术封锁。封锁，倒逼着中国需要自行突破，而随着成都航宇首批单晶叶片产品出炉，“实验性开炉的第一炉产品，做到了全球最高的成品率”。

世界三大航空发动机巨头之一的美国通用电气航空集团中国区工程技术总经理王鹏今年在接受媒体采访时，谈及到通用电气航空发动机很多零件都是由中国生产的，“一台发动机不在中国做的东西太有限了，80%至90%都在中国做”。当下，受益于3D打印、人工智能等诸多科学技术日新月异的进步，为航空发动机创新带来了诸多想像空间和可能，对跟跑国际先进航空制造企业的中国来说，更多是一种机会。

一切过往，皆是序章。于中国而言，歼-10B搭载中国首款自行研制的“推力矢量控制”发动机在珠海航展上的飞行表演只是一个开始，它见证了中国的梦想。“中国明确表示它想成为全球冠军”，在启动下一个经济发展阶段之际，中国制定了一项耗资3,000亿美元的《中国制造2025》计划，提出到2025年之前要在包括飞机在内的一系列重要行业基本实现自给自足。

显然，中国在航空发动机制造领域正试图掌握更多的东西，在接下来的若干年后，世界航发三大巨头将面临着来自中国的挑战，以中国近些年来在其他科技、制造领域的成就来说，这或许并不是一个笑话。

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