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深度|航空发动机单飞背后的富国强军逻辑

2016-11-28 16:17:58 zhousi1199 23

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发动机研发主要有“三难”:设计难、加工组装难、材料难。对于中国这样一个大国而言,发动机的战略地位和巨大的市场商机,需要我们这代人给蓝天装上一个属于中国自己的心脏,这是制造业的最高国家意志。

 

8月28日,中国航空发动机集团公司(中国航发)在北京成立。这是一个划时代的大事。

经过5年多的论证和筹划,中国航空发动机行业分立整合、正式成立,这意味着,发动机将脱离飞机的母体,寻求独立发展。2012年起便开始酝酿的航空发动机重大专项落地,4年之后,终于变得清脆而悦耳。

制造业皇冠上的明珠,非航空发动机莫属。美国国家关键技术计划说明文件将航空发动机技术描绘成“它是一个技术精深得使新手难以进入的领域。它需要国家充分保护并利用该领域的成果、长期数据和经验的积累,以及国家大量的投资。”

言外之意,镇国之宝,谁也不能借,谁也不能看。

飞机无疑是制造业最高技术的集大成者,而发动机正是心脏。
 

飞机心脏急需新血液


中国强军目标越来越明确了。一切都按照真正“能打仗打胜仗”来衡量。但军机的心脏却一直是短板。相比国外各种成熟的战机,中国军机都得了相思病:思念国产发动机早日进入实用阶段。涡扇15和涡扇20型发动机就是中国军机所渴望的两个典型。涡扇20用于大型运输机,而涡扇15则是备受期待的第四代战机歼-20最思念的搭档。

俄罗斯空军在叙利亚的空袭行动取得成功,给出了一个非常明显的信号。空袭行动得到了俄罗斯战略运输航空兵的强力保障。数十架安-124和伊尔-76大型运输机频繁起降位于叙利亚的空军基地,输送了大部分人员装备以及空袭所需弹药和设备。鉴于中国周边复杂的形势,我国空军的战略运输需求已经没有时间让“大运项目”四平八稳地进行。目前运-20依然采用进口发动机,过渡发动机是应急产品涡扇-18,这是以进口D-30KP-2发动机为基础的国产化动力,属于短平快项目,目前已接近完成,只能在三五年内临时作为运-20和轰-6K的国产动力。而以“太行”发动机为基础的新型涡扇20发动机,才是未来主力机的动力配置。      
 

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歼-20是中国自行研制的第一种第四代隐身战斗机,它的研制让中国成为继美国、俄罗斯之后第三个具备研制第四代隐身战斗机的国家。总体上,在亚音速续航力、超音速续航力进而在超音速持续转向能力方面,歼-20甚至优于T-50和F-22战机。

然而最大问题依然是发动机,目前歼-20战斗机使用的发动机为俄罗斯研制的AL-31F-M1,该发动机的推力仅为14吨左右,完全不能满足歼-20战斗机的实际需求。为了发挥歼-20战斗机的优秀设计,军方期盼下一代涡扇-15发动机的急迫心情可想而知,预计定型要在2020年之后。这个速度,估计会让军方望眼欲穿。
 

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民机同样有更大更艰巨的需求。中国一直是、未来也将继续是飞机和发动机的最大买家。为解决发动机薄弱的问题,中航工业在2009年联合上海电气集团等国有企业共同发起成立了中航商用航空发动机有限责任公司,其主要目标是解决国产大涵道比发动机研发、制造等方面的需求。然而公司布局进展速度似乎并不能令人满意。还好C919 2015年11月份下线,给心急火燎的国民增添无尽的欢喜。尽管这离交付还有很长的时间,我们的脖子已经伸长得跟鸵鸟一般,希望看到这一天能够早日到来。
 

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“未来20年,我们大致需要5000至6000架类似于C919这样的飞机,它所带来的经济拉动作用是巨大的。”中国商飞C919总设计师吴光辉预测道。发动机就是巨大市场经济的动力。这不是比喻,它不需要比喻。
 

技术难在何处?


发动机的落后,一直是我国飞机制造业最大的心痛。发动机研发主要有“三难”:设计难、加工组装难、材料难。航空发动机的零部件工作在高温、高压、高转速条件下,而且要有几千小时的工作寿命,达到很高的可靠性,这对设计、加工以及航空材料的要求非常高。仅仅以材料为例,航空发动机的材料达数千种之多,从钢、铝合金到钛合金、陶瓷、单晶高温合金等。制造这些材料,往往需要非常复杂的工艺。以高温合金为例,就需要定向凝固、单晶生长、粉末冶金、机械合金化、陶瓷型芯、陶瓷过滤、等温锻造等工艺。目前国产最先进的“太行”发动机仍未使用国外第三代航空动力装置广泛使用的单晶涡轮叶片和整体粉末冶金涡轮盘。
 

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然而在这三大技术难关之上,还有一个核心问题,就是发展模式。国产发动机往往并不是按照其自身规律在发展,而是发动机一直在追赶飞机型号。而一款发动机的研制周期要比研制飞机长大约五六年甚至更长的时间,所以发动机的发展,一直处于疲于奔命的状态。
 

模式卡在何处?
 

2011年,有专家呼吁启动“两机专项”即航空发动机和燃气轮机,但是专项却一直未出台。

发动机专项迟迟未获批准的原因主要在于中航工业现有的模式。中航工业集团内部既有发动机业务,也有飞机设计制造业务。正是这一点,成为了问题的症结。在现有的中航工业发展模式下面,发动机的发展依附于飞机,研制一个飞机才研制一个发动机。航空发动机只能跟着飞机走,所以航空发动机始终滞后于飞机的发展。

换言之,即使发动机专项需要国务院向下拨款,但关键问题是拨给谁?航空发动机业务如果在中航工业集团内部,即使专项资金划拨给中航工业,也很难保障专项资金不流入其他业务板块。

为了解决这一问题,就只能将航空发动机业务从中航工业集团剥离出去。考虑到发动机已经成为中国军方和民用最薄弱的链条,单独成立国家发动机公司的方案似乎是唯一的选择。

实际上,分拆发动机和飞机制造业务完全符合国际惯例。国际上的飞机制造商大多专注于飞机制造和研发,例如波音和空中客车两大巨头,而发动机则由专门的发动机公司提供,例如通用、普惠和罗尔斯-罗伊斯等。这种分线发展的好处就是,可以先将发动机研制出来,研制飞机的时候再找合适的发动机。

正如屋子里的孩子很多,是让老大独立门户的时候了。

国家发动机公司的成立,将使得发动机的发展,彻底摆脱对飞机的依附,大量发动机型号研制都会提上日程,这将使得飞机拥有充分的动力选择。

去年九月底中航旗下的三家发动机上市公司发布的停牌公告,激发了人们对中航工业“机发分离”极大想象力。单独成立国家发动机公司,将这三家公司资产植入,成为最具操作的可能。
 

制造业的国家意志

传统发动机强国无不将航空发动机产业视为保持大国地位的核心,给予长期稳定的投入。美、英、法的航空发动机年均科研投资分别为30亿、10亿和9亿美元。美国仅为了下一代发动机综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)一项预研计划就持续17年总投资达50亿美元,相当于我国20年发动机预研总投入的6倍。而且,这仅仅是预研计划。该计划在2005年告一段落,正式进入后继工程VAATE计划,完成IHPTET从实验室到工厂的实际技术转换和新技术的革新,其目标是,2017年要比2000年的基线发动机成十倍地增加可承受涡轮推进系统的能力。

中国对航空发动机投入比较少,而且又相互分散,大大地降低了中国航空发动机的发展能力。而新建的中国航空发动机集团将会改变这一局面,它把几十个发动机厂所、材料研究院所、各家修理厂等全部整合起来。

这次,所有的发动机资源,将装到一个篮子里了。

中银国际在一份研究报告中指出,一方面,国防建设装备需求迫切,军用发动机市场潜力巨大。未来10年,预计我国空军、海军新增的军用飞机总数将在3000架左右,对应发动机需求量超过6000台,军用航空发动机市场销售需求将超过1700亿元,发动机后期维修市场需求超过1100亿元。另一方面,预计未来10年在民用航空发动机市场,中国民航发动机销售需求量可达4800亿元以上,相应维修及更换零部件服务市场需求可达3200亿元以上。按照这种预测,相应的,国内军用、民用航空发动机市场规模合计将达到10800亿元。

正是如此巨大的商机,正是发动机的战略地位,对于中国这样一个大国而言,需要给蓝天装上一个属于中国自己的心脏。这正是制造业的最高国家意志。美国《最高的战争》一书里就毫不掩饰地肯定了美国对波音、欧盟对空客的补贴。在作者看来,涉及到航空业的主宰问题,即使是市场化行为,国家也是决定性的筹码。

在NASA铝合金大门上,刻着一句著名的话:如果我们有梦想,我们就能将其实现。中国,也在实现着它的梦想。


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北京国际航空展自1984年举办,见证了中国航空业30年发展,在这30多年中,中国航空业取得了举世瞩目的成绩,这些成绩背后有老一辈航空人的艰苦付出,也有新一代航空人的不懈努力,成绩已成为珍惜共勉的历史,创造辉煌的未来才是今天的使命所在。 

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