大陸要成為航空強國 就靠這家公司了!

發動機推重比是非常重要的性能指標,指發動機推力與其結構重量的比值。

有一家新的央企——中國航空發動機集團公司29日正式成立了。習近平作指示、李克強批示,大陸國務院副總理馬凱、國務委員王勇參加成立大會,規格之高實在罕見。

鳳凰資訊據環球時報、科技日報綜合報導,習近平指示:希望你們牢記使命、牢記責任,堅持國家利益至上,……加快實現航空發動機及燃氣輪機自主研發和製造生產,為把大陸建設成為航空強國而不懈奮鬥。

李克強批示:航空發動機是國之重器,是裝備製造業的尖端,儘快在這一領域實現突破,對於增強大陸經濟和國防實力、提升綜合國力具有重大意義。

這家新成立不久,由大陸國務院、北京市人民政府、中國航空工業集團公司、中國商用飛機有限責任公司共同出資,註冊資本500億人民幣,擁有職工9.6萬人的國有特大型企業,到底意味著什麼?意味著大陸要在航空發動機領域發力了。

大陸在航空發動機上,大致位於什麼水準?

航空發動機,作為飛機的心臟,被譽為飛機製造業『皇冠上的明珠』。在大陸,這顆明珠還沒有發出光彩。

『大陸航空工業經過60年的發展,取得了舉世矚目的巨大成就。然而,與世界航空強國相比,航空發動機領域仍是我們的「軟肋」。』國防973首席科學家、長江學者特聘教授、北京航空航天大學能源與動力工程學院院長丁水汀表示。

在世界範圍內,掌握一流水準渦扇發動機製造技術的僅有英國勞斯萊斯、美國普惠(普拉特•惠特尼)和通用(GE)3家公司,俄法兩國都屬於二流,這是一個真正的壟斷行業。


英國凱特王子妃在勞斯萊斯公司的發動機前。

上世紀開始,美國便把航空發動機列為僅次於核武器的第二大軍事敏感技術。航空發動機的重要性,從此可見一斑。

當大陸希望建造自己的大型客機時,卻發現沒有一顆可用的『大陸心』——『大陸幾乎所有民航飛機發動機都依賴進口,軍用發動機則是仿研+引進為主,自主研製的型號少。』丁水汀說。

大陸所有的民航飛機發動機都依賴進口。2015年11月2日總裝下線的大陸國產大飛機C919,採用的LEAP-1C發動機,由法國斯奈克瑪公司與美國通用公司合資的CFM公司研製。2015年11月29日,大陸交付的首架投入商業運營的大陸國產中短航程新型渦扇支線飛機ARJ21,使用了GE航空集團生產的CF34-10A發動機。

軍用發動機方面也並不樂觀,雖然我們首個具有自主智慧財產權的WS-10『太行』發動機推力已經相當可觀,但專業人員表示,WS-10在發動機壽命和穩定性方面比美俄的三代發動機要差一些。


大陸WS-10『太行』發動機。

即使是根據他較為樂觀的估計『我們的發動機與美國的差距不到10年』,這也需要相當程度的努力追趕。

為什麼?《瞭望東方周刊》曾總結道:『沒有制定國家層面、統一的長遠發展規劃,缺乏充足的資金投入和穩定的政策支持,這是導致大陸航空發動機長期落後的重要原因之一。』

具體一些的原因就是,航空發動機是一種非常特殊的裝備,很難透過逆向仿製的方法突破,在沒有操作手冊的情況下,要將渦扇發動機正確拆開都是很困難的。

所以,研製航空發動機並沒有什麼捷徑可走,必須專門進行連續性的自主研發。而不能受具體機型波動的影響。

而在航空發動機『設計—製造—試驗—修改設計—再製造—再試驗』的反覆摸索和反覆運算的過程中,開銷自然極為驚人。

根據《環球時報》整理的資料,目前美軍主力三代戰機機F-15和F-16的發動機F100就燒錢不少。從其核心機開始研製到1986年發動機最終成熟,橫跨28年,投入的總費用估測為336億人民幣,是1987年大陸軍費(210億人民幣)的1.5倍之多。彼時大陸的WS-10『太行』發動機才剛剛立項,大陸航空工業的不易可見一斑。

而美國目前最先進的發動機F135,研製費用已經突破了80億美元。資料顯示,美、英、法的航空發動機年均科研投資,分別為30億、10億和9 億美元;美國僅為了下一代發動機綜合高性能渦輪發動機技術一項預研計劃,就持續17年、總投資50億美元,相當於大陸20年發動機預研總投入的6倍——這還僅僅是預研計劃。


美國航空發動機F135試車。

2009年1月,大陸專門成立中航商用航空發動機公司,成為大陸大型客機發動機專案的總承制單位,並負責研製與C919飛機配套的長江1000A型發動機。

中航工業集團董事長林左鳴透露,中航工業當時自籌了100億資金,推動發動機的研製。林左鳴還表示,資金投入不足是制約航空發動機取得突破性進展的主要因素之一。

2015年全國『兩會』期間,政府工作報告首次將『航空發動機、燃氣輪機』列入國家戰略新興產業中。報告提出,要實施航空發動機、燃氣輪機等重大專案,加大國防科研和高新技術武器裝備建設力度。經過2015年年底和今(2016)年初的一系列動作,該領域相關的重組已經完成。

航空發動機的研發有多複雜?

『這是當今世界上最複雜的、多學科集成的工程機械系統之一,涉及氣動熱力學、燃燒學、傳熱學、結構力學、控制理論等眾多領域,需要在高溫、高壓、高轉速和高載荷的嚴酷條件下工作,並滿足推力/功率大、重量輕、可靠性高、安全性好、壽命長、油耗低、雜訊小、排汙少等眾多十分苛刻而又互相矛盾的要求。』此前大陸航發的專家接受採訪時表示。

以殲10採用的俄制AL-31FN渦扇發動機為例,其最大加力推力是13噸,1台AL-31FN可推動12噸的殲10以超過2倍音速飛行。但AL-31FN的風扇直徑不到900公釐,渦輪直徑不到300公釐;這麼小尺寸的風扇、渦輪為了提供足夠的推力,反過來要時刻承受著13噸的力。


俄製AL-31FN渦扇發動機。

高溫環境也是一個大問題,發動機燃燒室及渦輪處的溫度能達到1600—1700℃,加力燃燒室內溫度高達1800—1900℃,而目前高溫合金文件耐受的最高溫度僅為1100℃。這就必須在發動機中採用複雜的冷卻系統,設置迷宮一樣的冷卻通道、成千上萬個引入冷氣的細微小孔。

另一個難題就是,要把許多複雜的部件塞到一個圓筒裡。

一台用於超音速戰機的渦扇發動機直徑一般僅1公尺左右、長度4公尺左右。以AL-31為例,這麼小的一個圓筒狀物體,要塞進4級風扇、9級壓氣機、2級渦輪、可收斂-擴張噴管、燃燒室、加力燃燒室,還要在之間安排冷卻空氣通道,周圍安裝燃油控制系統等的。所以,設計、製造一台高性能的渦扇發動機,可謂『螺螄殼裡做道場』,難度極大。

據統計,全新研製一型跨代航空發動機,一般需要二十幾年,比全新研製同一代飛機時間長一倍。

成立了新公司會怎樣?

大陸航空發動機集團的成立,原屬中航工業的中航動力、成發科技、中航動控等公司劃歸新的大陸航發集團,航空發動機的研發將擺脫中航工業的母體,實現『飛發分離』。

航發集團的成立,將研製週期長於一般機體的發動機獨立於整機製造之外,可以不受制於整體飛機製造的限制,對於發動機製造公司而言具備更大的靈活性。也就是說,先前發動機研發依附於飛機研發的體制被打破,航空發動機研發被提上了重要議程。

而集中力量,『全面整合涉及航空發動機研製的部門機構,打破機構窠臼』將有助於帶動與航發有關的大量科研專案的同時進步。大陸發動機將『滿足飛速發展的大陸國內市場,同時集中力量向國際市場進軍。』

未來幾年內大陸無論軍民領域內,航空發動機的需求都急劇膨脹,在軍機領域大陸逐步淘汰二代機,以三代機為主體,四代機也將批量服役。軍機換代逐漸進入高峰。三四代先進戰機,大型運輸機等各類機型將陸續大批量交付,未來20年大陸國內軍用航空發動機需求近452.1億美元。

在民機領域,大陸民用航空逐漸發達,航空網路不斷擴大,相應的機場等基礎設施建設加速跟進,客運和貨運流量持續高速增長,未來20年大陸國內民用機需求約為6330架。民用航空發動機市場價值為2572億美元。

此外,航空發動機產業鏈長,覆蓋面廣,涉及機械、材料、電子、資訊等諸多行業,對基礎工業和科學技術的發展有巨大帶動作用和產業輻射效應。

『今後十年是大陸航空發動機工業發展的重要時期。』中國工程院院士干勇在5月25日的『先進航空材料技術發展論壇』上這樣表示。


大陸國產大飛機C919。