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一样花开为底迟:中国离发动机强国的路还有多远

1/22 近日,国内杂志曝光了我国歼-10B战斗机换装推力矢量控制发动机试飞的图片,这也让从去年开始就传的沸沸扬扬的歼-10B战斗机换装推力矢量控制发动机的消息最终尘埃落定。也意味着我国在航空发动机领域的探索和投入终于又有了令人欣喜的成果。不过与世界其他航空工业强国相比,我国在航发领域仍有许多不足,未来我国能否在这些方面有所突破?本期《出鞘》我们就来谈谈我国航空发动机的未来。(查看完整内容搜索微信公众号:sinamilnews)

2/22 航空发动机是一个战略的、高端的、高精尖的技术产品,也跟一个大国、强国的地位紧密相关。不论是哪个国家都把航空发动机的技术列为禁运、严禁出口的产品。如今能够制造完整的航空发动机的,只有联合国的五个常任理事国。甚至可以说,如今航发对一个国家的作用堪比当年的“两弹一星”。

3/22 想要对我国航空发动机未来有一个较为具体的把握,我们有必要简单梳理一下各国喷气式发动机的发展历史。而在这部历史中又有一个不得不提的国家——英国。早在上个世纪二十年代,英国就开始了对于喷气式航空发动机的探索,三十年代,多家公司先后参与到喷气式发动机的研制中来,一众实用化产品。这些引擎随后漂洋过海成为了美国早期喷气机探索的指路明灯。劳斯莱斯则在这一时期搞出了RB.41夏威夷雁(Nene),这款大获成功的引擎后来被美苏先后引进吸收,其发展型成为了F9F、米格-15等优秀机型的发动机。

4/22 在大家都在研究离心式引擎的时候,大都会维克斯公司独辟蹊径的走上了轴流式的道路并发展出了如F.2涡轮喷气发动机、F.3涡轮风扇发动机、F.5桨扇发动机等型号。不甘落后的劳斯莱斯随后推出了世界上第一款实用化的涡扇发动机,劳斯莱斯RB.80“康威”。然而在这之后,虽然劳斯莱斯仍然保持着极高的技术水准,但是由于有限的投入,和美国航空发动机的迅速崛起,再也没能引领世界喷气发动机的发展潮流,甚至破产重组成为两个公司。

5/22 在英国之后,美国接过了这杆大旗。虽然美国喷气发动机基本可以说靠引进、山寨英国货起家,不过由于战后大量技术人才的蜂拥而至,以及几乎无穷无尽的资金投入。美国很快在这一领域发出了自己的声音。普惠与通用电气两大巨头几乎瓜分了军民用航空发动机的市场。差不多同一时期,依靠引进、山寨英德发动机起家的北方大国也涌现出了克里莫夫、伊索托夫、留里卡等一大批航发设计局在美国身后紧赶慢赶。再之后,由于一些众所周知的原因,这个国家的航发的发展速度已经远远赶不上美国了。

6/22 这里,我们其实可以得出一个结论:在航空发动机这个领域,资金的投入是成果产出的决定性因素。美苏都通过不计成本的巨额投入将自己的喷气式发动机设计和制造水平提高到了一流水平,而资金投入的减少乃至断流则直接使英俄失去了在这一领域与美国并驾齐驱的能力。对于我国来说,我国航发起步于一个百废待兴的年代,可供投入的资源自然极为有限。如今虽然已经渡过了那个困难的年代,但还需要时间来让这些年来的投资开花结果。

7/22 在对一流发动机强国的追赶上,我国几乎与法国、印度同期起步,而这两者截然不同的发展成果也是应该令我们深思的。以法国为例,法国航空发动机真正走向成熟的标志是1990年5月斯奈克玛公司推出的M88涡轮风扇发动机,在此之前,无论是幻影F1还是幻影2000都饱受心脏病的困扰。

8/22 上世纪60年代,法国与英国就“美洲虎”攻击教练机的发动机“阿杜尔”展开合作,这也是长期只能制造单转子发动机的法国人开始接触先进技术的发端。英国劳斯莱斯负责研制燃烧室系统、高低压涡轮、低压轴、排气锥、混合器、滑油箱;法国透博梅卡公司负责其余部件。发动机部件按分工制造,然后运送到两国的总装线上进行最终装配。

9/22 从各自分工的范围可以看出,此时的合作,是由英国人挑大梁而法国人只处于从属地位。英法合作的“阿杜尔”发动机尽管性能平平,但是其应用的诸多先进技术还是为法国此后的发动机研发来带了诸多裨益。可以说,此后法国发动机可以大幅度提高涡轮前温度,多半要归功于其在“阿杜尔”发动机合作中接触到的定向凝固和单晶涡轮叶片技术。

10/22 此后,法国人又希望通过与民用发动机巨头——美国通用电气公司的合作来进军民用发动机市场。1970年代法国斯奈克玛公司与美国通用动力公司合作,准备以B-1轰炸机的F101发动机核心机GE9开发一款商用发动机。不过,由于B-1轰炸机的敏感性,美国政府驳回了这项合作。直到1973年,法国政府同意了多项由美国政府提出的苛刻条件,尼克松总统才最终放行了该项计划。

11/22 在这次合作中,法国人最终接触到了GE9核心机的关键技术,这款核心机也成为了之后M88发动机核心机的母版。从某种意义上来讲,M88可以说是美国同时期航空发动机F110、F404的法国表亲。不过,M88早期也暴露出了相当多的问题。比如,法国人的压气机性能较差,增加推力只能走提升涡轮前温度一条路,这严重限制了发动机的热端寿命。而较差的材料学基础又使这一问题雪上加霜。其标准生产型M88-2早期的维修间隔甚至只有150小时。

12/22 之后的几年里,法国人一直在和M88的可靠性做着艰苦卓绝的斗争。到2001年,M88-2取得了法国DGA国防部采购代办的认证的时候,M88-2的维修间隔也仅仅提升到了8000-1000小时。以事后诸葛的角度来看,法国M88发动机在立项之初设定的目标其实并不太符合实际。一直以来在航空发动机领域无甚建树的法国,想要凭空变出一款世界先进水平的中等推力发动机,结果步子迈的太大扯到了蛋。到最后只能用更长的时间来使这款装备真正堪用。这与我国军迷整天争论不休的某型号何其相似。

13/22 不过,M88和某型号已经算是非常的幸运了,因为其背后的国家还愿意不计投入的让他们从“工艺品”成为真正的“产品”,而印度的卡佛里发动机就没有这么幸运了。该项目迄今耗资2106亿卢比(目前约合32亿美元),至目前为止只在伊尔-76飞行试验台试飞了73个小时。未来,其预计装备的光辉战机将安装美国生产的F404引擎(这桥段是不是和某型号非常相似?不过区别是卡佛里也没机会上其他飞机了),而卡佛里的部分研究成果将被转移到民用发动机上。

14/22 1986年,印度国防研究与发展组织(DRDO)获得印度国防部的授权,为LCA战斗机项目研发一款本土配套的发动机。此后,印度DRDO便指定印度燃气涡轮研究院(GTRE)作为主设计单位,开始了卡佛里发动机的前期研制与准备工作。此前GTRE曾成功完成了GTX37-14U发动机的研制。1989年4月在完成了所有的前期准备工作之后,卡佛里进入全面研制阶段,计划研制周期为93个月,研制资金为5960万美元。

15/22 然而,卡佛里并没有像GTX37-14U一样一帆风顺。2002年,有消息称该项目遇到了严重的技术问题;2004年,卡佛里在俄罗斯进行的高空飞行测试失败。2005年到2006年,印度先后与普惠、斯奈克玛寻求合作。虽然斯奈克玛确实参与到了卡佛里的改进中来,不过后来证实,斯奈克玛并没有为卡佛里项目做出什么实质性的贡献。

16/22 作为后发国家对先进国家的追赶,M88、某型号与卡佛里形成鲜明对比背后的原因,首先是由于印度没有一套完备的工业体系作为支撑,这导致印度基础配套能力严重不足:一方面印度的工业基础太差,这导致大量关键零部件的设计和制造长期不过关;另一方面印度也缺乏必要的测试设备,这导致发动机项目整体上进度缓慢。

17/22 更重要的一点是,卡佛里的设计过程中,印度曾经多次加入新的、不切实际的性能指标要求,这让本来已经迈的很大的步子彻底变成了劈叉。饭要一口一口吃,路要一步一步走。中法在立项之初的贪大求全让两国付出了大量的时间和金钱,而印度则在一次次追赶世界先进水平的道路上做死了自己的项目。事实证明,航空发动机领域不存在跨越式发展,卡佛里的故事应该为后人鉴。

18/22 从M88的发展历程,我们也可以看出提升发动机的可靠性是一个极为重大的课题。关于我国发动机的可靠性,在2014年11月份,国内某媒体曾经采访了航空研究院606所的科研人员,后者表示当时某型号的使用寿命为1500小时(中俄定寿标准),定期维护间隔为300小时,这一标准现在看来确实是有些低。不过,曾经F-15、苏-27等飞机都曾因为发动机问题而成为“机库皇后”,而如今,其可靠性也都达到了一定的水准。在三年多后的今天乃至今后的一段时期,某型号是否会在可靠性方面有所突破,仍需我们持续关注。

19/22 在众多关于航空发动机话题的争论中,发动机的性能参数一直是广大军迷最为关注的话题,比如,一款发动机的推力有多大,可靠性有多好,推比有多高等等……然而航空发动机乃至任何一款工业产品的问题,显然不是仅仅靠性能参数就能做出客观评价的。毕竟,在工业革命之初,工业产品击败手工产品的根本原因就不是质量——是产量和成本。毕竟再好的东西,如果无法大批量生产、再或成本如果是别人的三到五倍,也没什么实际意义。

20/22 多年来,某型号到底行不行是很多军迷争得面红耳赤的一个话题。从当年停在停机坪上“菊花残”的歼-11B到现在数百架歼-11B/BS、歼-16全面采用某型号发动机,短短十数年间我们已经见证了某型号的“巨大”进步,但是我们仍需反思的问题是,如果某型号真的“行了”,为何还是没有能够替换“歼-10杀手”——AL-31系列成为歼-10B/C的发动机?我们或许只能用产量来解释这个问题(毕竟AL-31也不可靠)。

21/22 之前,某俄媒曾评论说,中国空军虽然在近年来有非常大的发展,但仍存在一些严重的问题,比如:中国战术飞机发动机国产化比率太低。确实,在航空发动机这种关键领域,如果不能实现完全的国产化,在战时就有被卡脖子的可能。而在这一方面,不仅是美俄这样的大国,即使是英法这样国际地位已经不复从前的中等强国做的也比我们要好得多。

22/22 很多人喜欢从性能的角度谈中国国产的发动机到底“行不行”,但由于航发极高的保密性,我们很难掌握一款航发的第一手资料。这也使得任何关于国产发动机的争论都流于“空对空”的争吵。但其实这个问题也很简单:什么时候我们能让新生产的军用飞机都能用上“中国心”,什么时候我们的国产发动机就真的“行了”,因为“行不行”不是用嘴说出来的。那么本期《出鞘》就到这里,我们下期再见。

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