【中國航空發(fā)動機(jī)落后美國30年】最新產(chǎn)品存在缺陷

原文配圖：中美航空發(fā)動機(jī)差距對比。 [保存到相冊]

2011年4月的一次談話中，中國航空工業(yè)公司（簡稱中航工業(yè)）總經(jīng)理林左鳴曾表示，盡管中國航空工業(yè)取得了舉世矚目的成績，但在先進(jìn)噴氣發(fā)動機(jī)制造領(lǐng)域仍然存在較大差距。為了縮短差距，中航工業(yè)將把航空發(fā)動機(jī)研發(fā)放在優(yōu)先地位，未來五年內(nèi)將投資100億人民幣（15.3億美元）用于先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)研發(fā)。

中國渦扇-10“太行”渦扇發(fā)動機(jī)及其改進(jìn)型的性能指標(biāo)與美國普惠F100和通用電氣F110相當(dāng)，這兩款發(fā)動機(jī)是目前美軍F-15和F-16戰(zhàn)機(jī)的動力裝置?！疤小奔易鍝?jù)說還是殲11B的動力，可能最后取代俄制AL-31，成為殲10和殲15的動力。2010年11月有媒體報道，一款推力27 500磅（約125千牛）的渦扇10“太行”發(fā)動機(jī)已投入批生產(chǎn)，將用于裝備殲11B。盡管如此，仍然有證據(jù)表明中航工業(yè)在擴(kuò)大渦扇-10量產(chǎn)過程中質(zhì)量穩(wěn)定性控制存在問題，造成發(fā)動機(jī)可靠性不足，致使中國戰(zhàn)機(jī)仍然嚴(yán)重依賴俄羅斯進(jìn)口發(fā)動機(jī)。

俄羅斯國防工業(yè)認(rèn)為，中國目前還不能批量生產(chǎn)性能可靠的高性能軍用渦扇發(fā)動機(jī)。俄羅斯噴氣發(fā)動機(jī)制造商土星科研生產(chǎn)聯(lián)合體就預(yù)言，在2019年以前它仍然是中國殲10和FC-1戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)的主要供應(yīng)商。有消息稱，2011年中國與俄羅斯洽談過購買190臺D-30KP-2渦扇發(fā)動機(jī)事宜，這些發(fā)動機(jī)可能用于中國的俄制伊爾-76，土星的樂觀可能部分地來自于此。

中國致力于開發(fā)國產(chǎn)高性能航空發(fā)動機(jī)，用于裝備國產(chǎn)軍用飛機(jī)的戰(zhàn)略方向已經(jīng)明晰，這一戰(zhàn)略選擇包含著重大的航空技術(shù)挑戰(zhàn)，世界上僅有少數(shù)幾家大公司真正掌握著這項(xiàng)技術(shù)。這本身并不奇怪：發(fā)動機(jī)對于飛機(jī)的重要程度，不亞于心臟對于人體。發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)，面臨著溫度、壓力、過載等一系列嚴(yán)峻問題，只有最為先進(jìn)的材料，最為合適的加工方法，科學(xué)的設(shè)計(jì)，合理的使用維護(hù)，才能解決這些難題。近些年中國在材料和制造方面取得了一些進(jìn)步，但在部件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成以及根據(jù)可靠性特征制訂勤務(wù)和使用管理方案等方面仍然存在問題——這些方面是優(yōu)化發(fā)動機(jī)使用效能的關(guān)鍵。

中美航空發(fā)動機(jī)技術(shù)的差距令人感到不安，80年代，當(dāng)F-15戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)開始安裝推重比達(dá)到8的F-110發(fā)動機(jī)，而同一時期的中國還在落后的渦噴發(fā)動機(jī)上苦苦掙扎，如今，即便我們在WS15發(fā)動機(jī)上取得了巨大成就，但是我們?nèi)匀慌c美國差距至少30年。中國渦扇-10“太行”渦扇發(fā)動機(jī)及其改進(jìn)型的性能指標(biāo)與美國普惠F100和通用電氣F110相當(dāng)，這兩款發(fā)動機(jī)是目前美軍F-15和F-16戰(zhàn)機(jī)的動力裝置。“太行”家族據(jù)說還是殲11B的動力，可能最后取代俄制AL-31，成為殲10和殲15的動力。2010年11月有媒體報道，一款推力27 500磅（約125千牛）的渦扇10“太行”發(fā)動機(jī)已投入批生產(chǎn)，將用于裝備殲11B。盡管如此，仍然有證據(jù)表明中航工業(yè)在擴(kuò)大渦扇-10量產(chǎn)過程中質(zhì)量穩(wěn)定性控制存在問題，造成發(fā)動機(jī)可靠性不足，致使中國戰(zhàn)機(jī)仍然嚴(yán)重依賴俄羅斯進(jìn)口發(fā)動機(jī)。

美國空軍和工業(yè)部門自1987年開始進(jìn)行'綜合高性能渦輪發(fā)動機(jī)技術(shù)'發(fā)展計(jì)劃，到2000年前后基本完成。為了保持技術(shù)發(fā)展，后繼計(jì)劃'通用經(jīng)濟(jì)可承受先進(jìn)渦輪發(fā)動機(jī)'計(jì)劃由美國空軍實(shí)驗(yàn)室及其工業(yè)伙伴發(fā)起，2003年8月將三項(xiàng)綜合合同授予通用電氣公司、普惠公司和羅羅公司。該計(jì)劃的重點(diǎn)放在整個推進(jìn)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)可承受性方面。鎖定的目標(biāo)是使發(fā)動機(jī)的性價比在12年內(nèi)提高10倍。'自適應(yīng)通用發(fā)動機(jī)技術(shù)'項(xiàng)目是通用經(jīng)濟(jì)可承受先進(jìn)渦輪發(fā)動機(jī)計(jì)劃中的典型項(xiàng)目。目標(biāo)是發(fā)展在飛行包線內(nèi)可以改變風(fēng)扇、核心機(jī)流量和壓比，從而優(yōu)化發(fā)動機(jī)性能的能力。這些自適應(yīng)技術(shù)在發(fā)動機(jī)上的一種應(yīng)用就是變循環(huán)發(fā)動機(jī)（VCE），它既可以滿足高速飛行的需要，也可以滿足低速待機(jī)長續(xù)航時間或遠(yuǎn)程持久飛行和經(jīng)濟(jì)性要求。

宏偉的IHPTET工程作為美國的下一代發(fā)動機(jī)藍(lán)圖，其引領(lǐng)美國的發(fā)動機(jī)工業(yè)完成從80年代到21世紀(jì)初的推重比從10到20的整體性飛躍，而這個是非常值得我們這個學(xué)習(xí)者去思考與回味的。我們中國能從美國的成功經(jīng)驗(yàn)中獲取什么呢？首先是高瞻遠(yuǎn)矚的發(fā)展規(guī)劃：IHPTET和VAATE都是時間長達(dá)20年的三步走發(fā)展計(jì)劃，以現(xiàn)在人類的技術(shù)革新，準(zhǔn)確把握20年后科技發(fā)展的脈搏，了解20年后下一代發(fā)動機(jī)技術(shù)的需求是非常困難的，這也反映了美國軍方和NASA的未雨綢繆和長遠(yuǎn)目光，不斷地尋求突破也是美國之所以那么強(qiáng)大的根本性原因。

F119發(fā)動機(jī)是F-22戰(zhàn)斗機(jī)的動力來源，到目前為止，我們只能仰視它的偉大，而它僅僅只是美國上世紀(jì)90年代的產(chǎn)品。我們還需要看到的是，那些技術(shù)領(lǐng)先者在絲毫沒有放慢前進(jìn)腳步的同時，又不斷以環(huán)保等堂而皇之的理由在我們前面設(shè)置障礙。美國從上世紀(jì)50年代開始核心機(jī)預(yù)研計(jì)劃，至今已經(jīng)發(fā)展出七代核心機(jī)，而F119的核心機(jī)僅僅是其中的第四代，其航空動力工業(yè)的技術(shù)潛力由此可見一斑。但美國政府從未放松過對航空發(fā)動機(jī)技術(shù)的控制，不僅對我國保持封鎖，甚至在某些核心技術(shù)上對其歐洲盟友也實(shí)行“禁運(yùn)”。與此同時，發(fā)達(dá)國家還在人力資源方面實(shí)行看不見的封鎖，不僅限制其他國家人員進(jìn)入航空發(fā)動機(jī)核心研制領(lǐng)域，而且限制本國相關(guān)人才向國外轉(zhuǎn)移，以此來保持產(chǎn)業(yè)實(shí)力。

我國自行研制的太行發(fā)動機(jī)，到目前為止，它仍然無法成為殲-10B單發(fā)戰(zhàn)斗機(jī)的動力來源。著名航空動力專家劉大響院士曾撰文認(rèn)為中國航空發(fā)動機(jī)研制較世界先進(jìn)水平主要存在五點(diǎn)較大差距：1.基礎(chǔ)研究薄弱，技術(shù)儲備不足，試驗(yàn)設(shè)施不健全；2.國家經(jīng)濟(jì)相對落后，研制經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足；3.對發(fā)動機(jī)的技術(shù)復(fù)雜性和研制規(guī)律認(rèn)識不足；4.基本建設(shè)戰(zhàn)線過長、攤子過大、力量過散、低水平重復(fù)；5.管理模式相對落后，缺乏科學(xué)民主的決策機(jī)制和穩(wěn)定、權(quán)威的中長期發(fā)展規(guī)劃。

除了以上差距外，還存在以下問題：1.在航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展歷程中，缺少像錢學(xué)森院士那樣學(xué)貫中西的大師級人物?；仡櫋皟蓮椧恍恰钡难兄茪v程，大師級領(lǐng)軍人物所起的作用至關(guān)重要；2.雖然我國航空工業(yè)長期受俄羅斯的影響，但是并沒有很好地領(lǐng)會他們的設(shè)計(jì)理念。他們在經(jīng)濟(jì)上并不富裕、研究人數(shù)相對較少的情況下，利用系統(tǒng)的觀念把復(fù)雜問題簡單化，將蘇聯(lián)各個生產(chǎn)或研發(fā)部門提供的性能并不算高的部件和材料，集成出主要性能突出、綜合技術(shù)水平較高的航空發(fā)動機(jī)；3.我國歷來重學(xué)術(shù)而輕技術(shù)，加上我國當(dāng)前教育體制、模式的限制，使得航空發(fā)動機(jī)行業(yè)嚴(yán)重缺乏對機(jī)械產(chǎn)品悟性深刻的設(shè)計(jì)師和技術(shù)工人。航空發(fā)動機(jī)行業(yè)的一位廠長曾對筆者說：他發(fā)現(xiàn)一個兒童時代很少玩玩具的人很難成長為“心靈手巧”的技術(shù)工人。

F-135發(fā)動機(jī)是F-35戰(zhàn)斗機(jī)的主要動力。如果研究一下美國噴氣發(fā)動機(jī)和飛機(jī)發(fā)展史，可以發(fā)現(xiàn)新飛機(jī)和新發(fā)動機(jī)出現(xiàn)之間的相關(guān)性幾乎可以達(dá)到1。中國正在積極研發(fā)新型戰(zhàn)斗機(jī)，這同時也要求研制全新的發(fā)動機(jī)作為動力。對于中國正在開發(fā)的第五代戰(zhàn)斗機(jī)，俄羅斯自然不愿意出口117S等先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)。低估中國國防工業(yè)系統(tǒng)的實(shí)力是不明智的。外界估計(jì)，中國將在2到3年內(nèi)在批量制造高性能噴氣發(fā)動機(jī)方面取得突破，但對于制造可靠的頂級航空發(fā)動機(jī)，則還需要5到10年。一旦中國邁上這一臺階，將會促成中國空軍和海軍航空兵的強(qiáng)勢崛起。目前中國需要重點(diǎn)監(jiān)控的領(lǐng)域是設(shè)計(jì)能力、工裝設(shè)備、制造能力和系統(tǒng)運(yùn)營與維護(hù)能力，這些問題將會影響國產(chǎn)發(fā)動機(jī)的性能及使用效能。

美國人認(rèn)為中國的發(fā)動機(jī)發(fā)展差距巨大，主要是體制問題。比技術(shù)問題更難解決的，是體制問題。中國國防目前存在裝備來源單一的問題。中國國產(chǎn)軍用航空發(fā)動機(jī)完全由中航工業(yè)提供，該集團(tuán)公司旗下的沈陽、西安和貴州等發(fā)動機(jī)企業(yè)在某種程度上存在競爭，但競爭的積極效應(yīng)并不明顯。如果存在適度競爭，那么競爭壓力會促使企業(yè)生產(chǎn)具有創(chuàng)新技術(shù)且價格較低的產(chǎn)品，加快研制進(jìn)度，提高售后服務(wù)的水平。上世紀(jì)70年代末80年代初，針對當(dāng)時美國空軍航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域普惠一家獨(dú)大的情況，美國政府決定促進(jìn)通用電氣和普惠之間的合理競爭，此舉使得美國戰(zhàn)斗機(jī)在設(shè)計(jì)過程中可以擁有兩家競爭企業(yè)提供的諸多動力選擇方案，成果顯著。中國目前的情況與美國不同，發(fā)動機(jī)領(lǐng)域宏觀的競爭不足，而在微觀問題的競爭又過多，這會造成局部利益交換和利益保護(hù)，進(jìn)而造成重復(fù)工作，資源使用不當(dāng)，延長研制和生產(chǎn)周期。中國需要決定其航空發(fā)動機(jī)行業(yè)的組織系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，這樣才能從上層解決其結(jié)構(gòu)和體制問題。

和美英等國軍用航空發(fā)動機(jī)工業(yè)相比，中國航空發(fā)動機(jī)工業(yè)在人員規(guī)模上仍顯不足，但已經(jīng)超過了俄羅斯和法國的水平。黎明公司和西安航發(fā)這兩家中航工業(yè)最大的軍用發(fā)動機(jī)企業(yè)，人員總和接近20000人。與之相比，普惠、羅羅和通用電氣航空分部每家企業(yè)人員都超過了35000人。為了追求軍用航空發(fā)動機(jī)自給化，中國航空發(fā)動機(jī)工業(yè)可能在未來會擴(kuò)大規(guī)模。俄羅斯UMPO目前總?cè)藛T規(guī)模為15 000人，計(jì)劃在2010年生產(chǎn)109臺AL-31和AL-41發(fā)動機(jī)。通用電氣航空分部每年大約能交付200臺高性能渦扇發(fā)動機(jī)和總數(shù)800臺軍用發(fā)動機(jī)和直升機(jī)用渦軸發(fā)動機(jī)。

獲得特殊的材料并正確地加工，對于制造航空發(fā)動機(jī)以及保證制造成本的競爭力，都極為重要。日本石川島播磨重工株式會社航空發(fā)動機(jī)工廠經(jīng)理曾表示，航空發(fā)動機(jī)零部件成本的50%都來自材料本身?，F(xiàn)代高性能航空發(fā)動機(jī)需要采用一些高強(qiáng)度、耐高溫材料，包括鈦、鎳、鋁、復(fù)合材料以及鎳基和鈷基超耐熱合金。中國在鈦、鎳和鈷等金屬的產(chǎn)量十分巨大，理論上，從資源供應(yīng)量來看，對航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)構(gòu)不成任何制約，但僅僅是理論上而已。中國航空發(fā)動機(jī)制造商面臨的材料制約并非是取得鎳、鈷和其他金屬等原材料，最為復(fù)雜的問題是制造或購買到能夠用于航空發(fā)動機(jī)的耐高溫合金材料。有分析認(rèn)為，中國現(xiàn)在超耐熱合金還不能完全自給，據(jù)估計(jì)中國每年超耐熱合金的生產(chǎn)量約為10 000噸，而需求量則為20000噸。

批量生產(chǎn)的全過程質(zhì)量控制對于保證量產(chǎn)噴氣發(fā)動機(jī)的可靠性尤為重要，對民用燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片實(shí)施等離子噴涂工藝。中國希望批量制造普惠F100同級別的發(fā)動機(jī)，并開發(fā)殲20這類第五代戰(zhàn)斗機(jī)使用的高推力發(fā)動機(jī)，這些雄心在技術(shù)上和過程上都面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在技術(shù)層面，中國發(fā)動機(jī)渦輪鍛造、渦輪盤粉末冶金、鈦合金空心件成型等問題上仍然薄弱。這些領(lǐng)域在近些年都取得了不小的進(jìn)展，但由于基礎(chǔ)水平較低，問題仍然存在。

中國需要建立先進(jìn)的發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線，以保證國產(chǎn)發(fā)動機(jī)的量產(chǎn)質(zhì)量，生產(chǎn)自動化水平還需要進(jìn)一步提升。有消息稱現(xiàn)在生產(chǎn)中加工超耐熱合金材料仍然是一個難題，加工過程常常造成切割工具的頻繁損耗。就質(zhì)量穩(wěn)定性而言，同型發(fā)動機(jī)需要在同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)，這樣才能保證生產(chǎn)線的規(guī)模效益和質(zhì)量穩(wěn)定性。一旦設(shè)計(jì)定型投入批量生產(chǎn)，就應(yīng)該盡量避免分線生產(chǎn)，這樣會影響產(chǎn)品的一致性。在實(shí)驗(yàn)室制造一片渦輪葉片是一回事，而批量生產(chǎn)數(shù)以千計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化且性能可靠的渦輪葉片則完全是另一回事兒。一臺噴氣發(fā)動機(jī)往往需要400～500片各類葉片，穩(wěn)定的量產(chǎn)質(zhì)量是發(fā)動機(jī)制造業(yè)的必需。要做到這一點(diǎn)，中國必須解決冶金技術(shù)和工業(yè)流程的科學(xué)化問題。