國產航空發動機是一個什麼水平?

龍象財經


綜合公開資料,推比8一級的“太行”B型批量運用,渦軸-9五年之前已經成熟,三年之內,全部重點型號發動機可實現批量生產,如渦扇-15,渦扇-18和渦扇-20,長江-1000A,以及渦軸-16,5000千瓦級渦軸發動機等。八年之內,下一代在研型號發動機實現運用,基本不缺型號,大部分可與頂級發動機公司在質量上等量齊觀。現在的差距是部分型號仍屬空白,如民用大涵道發動機,軍用推力與推比尚有五年到十年差距,但至少可用堪用,已經開始減少進口,軍用型號對外國發動機的依賴正越來越少。應該說有現在的水平,進步不算緩慢,大部分技術已實現突破,正在進入工程化運用。若問大體上是一個什麼水平,照最尖端的航空發動機,差距十年以內吧。

眼下的狀態。重點型號都在密集展開實驗,確保三年之內全部投入大批量應用,停止進口,極個別型號需在五年以內,可以用了,為保證穩妥,還要進口一點,這是非常了不起的成就。不少人不瞭解,只在概念上聽說一個要努力,就吵吵成聲,其實就在十年前,有今天的局面,仍是不可想像的,那時都說差距至少四十年,今天我們的三代機擁有了自己的發動機,四代機發動機實現裝機只在眼前,運-20的發動機也快成熟起來,至少可以滿足使用了,所以我們說差距,也要看到成績,看到光明的前景,示人一希望,不能說差一點就盲目誇大,現在說差距,各持一詞,說差多少年的都有,根本不瞭解現在我們的水平。這非常有意思,以前說差四十年的某型號,現在裝機就在一夜之間,話說這四十年的差距在哪裡?要在不知道,根本就缺乏瞭解。

鼓足幹勁。已建立起全部的科研和生產體系,通過打造重點型號,鍛煉出一批紮實過硬的人才隊伍,現在國家把航發作為國家的發展重點,理順健全了體制,保證了長期而持續投入,不缺資金,隨著科研和生產手段的進步,實現彎道超車,正變為可期之事,照現在的速度,應當說越來越有信心,前景無限光明,氣可鼓而不可洩,怎麼一說到差距就變得非常脆弱了呢?網絡空間哀嘆聲一片,似乎不在一天之內完成超越,似乎就毫無任何追趕的希望。我們的專家總是謙虛的,談及差距,總是把困難擺得多一些,以便取得國人的理解和支持,可是自卑了多少年,有人就聽不到這倆個字,說到差距就自形漸愧,以為此種心態非常要不得,差距要看到,但也要看到希望,這才是我們真正需要的。

制空者得天下。作為高尖端,集工業技術之大成的發動機,這二年好消息也是接連不斷,2012年突破異型孔加工技術,2014第五代高溫合金和單晶渦輪葉片正式投產,2015年中國新一代PST鈦鋁單晶,猛把承溫能力提高到250度,要比世界上最先進的技術六代以上,2016珠海航展通用中國總經理就說,現在最高級的發動機80%都在中國生產,只有20%還在美國加工,因此他們說,我們的進步速度實在難以想像,正是有了這樣一次次的突破,才實現了重點型號的成功,多少以前不能做的現在都在做,2016年更成立了國發集團,只有專業才精彩,因為專業我們狂飆突進,實驗設備早就建立健全,什麼大數據,雲計算,大鏈接,極大地提高了生產自動化和智能化水平,可以這麼說,已沒有過不去的障礙,要乾的,擼起袖子加油幹,砸上錢,一項項實驗就是了,逼近科學技術極限,假以時日,定能將這顆工業王冠的寶石握之在自己手中。


魂舞大漠


軍用第二集團,民用第三集團,大約落後美英20年,只不過後勁和發展雄心很大,可以和美國比較。

世界第一集團就兩個,美國和英國

世界航發三巨頭,美國的普拉特·惠特尼公司(簡稱普惠或PW)、通用電氣公司(簡稱通用或GE)、英國的羅爾斯·羅伊斯公司(又叫勞斯萊斯,簡稱羅羅或RR)。這三家公司第一集團地位難以撼動,在軍用航發領域,都能夠研發生產第四代渦扇發動機,同時也在預研第五代航空發動機。英國羅羅研製了目前世界唯一的四代中推EJ200發動機,普惠研製了F-22的F119-PW-100發動機,並且跟羅羅合作研製了F-35的F135-PW-100/600發動機(F135項目上英國羅羅佔有40%股份),通用公司在F-22和F-35上的YF-120和YF-136上都輸給了普惠,但是有準四代水平的F/A-18E/F超級大黃蜂的F414-GE-400發動機。同時其和羅羅合作,參加美國空軍的下一代航空發動機核心機的研究,跟普惠競爭。

下一代航空發動機--自適應可變循環發動機

在當今航空發動機領域F-35使用的F135發動機,無疑是世界第一科技含量的航空發動機,他延用了普惠公司在F119發動機上的核心機設計,並且繼承了反向旋轉轉子、隱身燃燒室設計、陶瓷複合噴管、樹脂複合材料機匣等黑科技技術。同時也將羅羅公司在EJ200發動機上的羅整體葉盤技術以及健康管理系統(EHMS),不僅性能強悍,而且可維護性和可升級性非常出色。F135-PW-100發動機,中間128.1千牛(約13噸),加力推力191.3千牛(19.5噸)。其推重比達到7.47和11.4,都是目前航發的最高數據。渦輪前溫度達到2250K水平,比F-22A的F119發動機的1970K水平領先一代,同樣是目前世界最高水平(太行發動機是1800K,俄羅斯最新研製的產品30是1950K-2100K)。不僅如此,其模塊化設計理念也非常出色。普惠第一階段增推項目,可以在生產線上更換三個硬件模塊,使發動機推力增加6-7%的推力,同時減少5-6%的燃油消耗,使發動機最大推力增加到204.12千牛(約20.4噸)。

在民用領域,這兩個家優勢更是幾乎可以用壟斷來形容,上述三家,再加上為了通用跟法國斯瑪奈克公司合作組建的CFMI集團(最初是為了打入歐洲市場),再加上羅羅拉上普惠,再加上德國和日本一些企業組成的國際航發集團IAE。這五家企業共同瓜分了世界民用航空發動機市場的95%,大型民航發動機100%的市場份額。從左到右,從上到下依次為,通用電氣、CFM公司、IAE公司、羅羅、普惠的標誌

我們距離第一集團距離至少20年

目前我們屬於第二集團行列,相當於能夠獨立研製第三代渦扇發動機水平,這個世界上能夠獨立實現這一水平的,總共就五個國家,那就是聯合國五大常任理事國。此外,日本可以說是摸到這個門檻,但是沒有高空臺以及高級試驗平臺,需要跟國外合作,再後面是印度和德國。

日本給心神研發的XF5-1達到第三代航發標準,不過他是用四代航發的材料水平硬堆出來,而且還是5噸級推力的小推,個人覺得只能算是摸到第二集團門檻。

在第二集團中,準確的講我們是剛踏入還不到十年時間,距離俄羅斯還有相當的差距,跟法國同一水平。這方面基礎和初始落後太多了,我們一直到上世紀80年代末才吃透米格-21的渦噴7發動機技術,這相當於蘇聯上世紀50年代末的技術啊,落後蘇聯30年。一直到2003年,渦扇-9秦嶺發動機才通過國產化工程技術鑑定,而且工作狀態還不大穩定, 到2005年才完成吃透。而秦嶺的仿製對象RB162“斯貝”MK202發動機可是英國羅羅公司在上世紀60年末推出的啊,落後英國將近35年。

秦嶺發動機的國產化歷程整整用了將近30年,走完這30年,才相當於補完之前的功課。

而我們踏入第二集團的標誌,渦扇-10“太行”發動機研發歷程,同樣是歷經千辛萬苦,渡過九九八十一難。從80年代開始偷偷拆CFM-56發動機,研究核心機技術。到太行-A裝機後,出現熄火、噴零件等一系列嚴重問題。再到技術和生產工藝穩定,最終到完全體的太行-B,擁有14噸級推力、推比8一級、FADEC完全數字化全權控制、AVEN矢量噴管,真正達到先進的第三代航空發動機水平。
使用太行-B的殲-10C戰鬥機裝備,標誌著太行終於行了。

如果跟美國進行比較的話,太行B的水平,相當於美國相當於1998的IPE92和2004年的F110-GE-132之間的水平,壽命上可能有所不足,略微打點折扣,估計在20年左右差距。也正是走完渦扇-9和渦扇-10發動機的歷程,我們才真正可以說掌握了先進高性能航空發動機的研發過程,才得以縮短與發達國家的差距水平。

但是放眼世界範圍,進行全系列鋪開,進行發動機研製的也就中美兩家,法國和俄羅斯受限於財力,進行選擇性有針對性的研發。而英國則趨向於成為美國航發體系的一部分,但是之後能否繼續借雞下蛋,則比較難說了。

目前,俄羅斯已經研發出給蘇-57配套的產品30發動機,已經在蘇-57上進行裝機試飛,該發動機18噸級的推力、1950K-2100K的渦輪前溫度都屬於第四代航發水平指標,可以說是一腳已經踏入第一集團的門檻。而我們的焦點則集中在給殲-20配套的渦扇-15,目前渦扇-15可以說是破繭成蝶前的最後階段,但是從央視紀錄片《大國工匠》首次進行官方報道來看,應該也快了。


五嶽掩赤城


航空發動機一直我國飛機的一塊病,無論是軍用還是民用領域,如果拿到世界上與歐美大國比,處於怎樣的水平?如果按國家來算,在軍用發動機方面,美國最強,英俄次之,法國略領先於中國,民用方面,美國依仗通用動力霸佔第一,英國靠羅羅居後,法國憑藉CFM次之,俄羅斯中國居後。

在軍用發動機領域,美國坐擁兩大航空發動機巨頭,分別是普惠和通用,其中普惠是世界上最大的軍用發動機公司,而通用則民用航空的的霸主,兩者同時在美國軍用市場競爭,熟知的F-15、F-16等世界名機同時可以裝備兩家的發動機,美軍採取策略讓兩家公司保持良性競爭,現在普惠壓通用一頭,F-22和F-35均是採用普惠的發動機,其中F-35的F-135發動機是繼承F-119(F-22的發動機)而來,最大推力達到20.4噸,為世界之最,除了推力外,壽命,可維護性都極為優秀。通用雖然敗給普惠,但是其YF-120和YF-136的技術均保留下來,作為下一代發動機研發的儲備。

英國作為傳統的航空強國,空軍就是二戰獲勝的最大功臣之一,而與空軍戰鬥力息息相關的航空發動機自然不能落後,世界第二大軍用發動機和第二大民用發動機公司羅爾斯·羅伊斯公司就在英國,空客的A380發動機-Trent 900,颱風戰機的EJ-200就是出自羅羅公司之手,EJ-2000是非常先進的中推發動機,最大推力9000千牛,中間推力6000千牛,推重比逼近10,國內還沒有與之媲美的中推發動機。不知道是不是盟友的關係,英國或者是歐洲,並不急於發展第四代大推力發動機,或者是依賴美國吧,反正美歐之間的發動機企業交流甚多,很多都是共用子供應商,技術共享也很多,所以到現在歐洲並沒有拿出與俄羅斯117S、產品30媲美的發動機。

俄羅斯自前蘇聯解體後由於財力的限制和人才的流失,已經跟不上歐美航空發動機的腳步了,但是其基礎深厚,還是在航空發動機有一定的實力。在軍用領域,俄羅斯近來爭氣了不少,不再是靠AL-31F混日子,靠一波油價上漲和東方某大國的資金收入,相繼推出了117S、99M系列以及第四代大推力發動機-產品30,117S裝備了蘇-35,最大推力14.5噸,據說壽命、操作性(FADEC)都有了較大的提升,不再是傻大粗黑,而產品30則是裝備在蘇-57上,屬第四代發動機,對標F-22的F-119發動機,最大推力18噸級。而在民用市場,幾乎看不到俄羅斯航發的影子,嚴重落後西方國家,最近才拿出PD-14裝備MC-21客機,合格水平的14噸級,這個市場幾乎被CFM霸佔完,而中俄研製的C929所需的PD-35還在路上,需推力35噸級,而通用和羅羅早有成熟產品。

中國航發是跟著蘇聯老大哥起步的,從最初的反向測繪開始,其中經歷的許多波折,等到步入正軌時,才發現已經看不到歐美同行的背影,落後是事實。現在中國軍用航發最為成熟的就是WS-10,但是還是被黑成碳,從2005年定型到現在,不敢說一定可靠,但是連殲-16都使用了WS-10B,這也側面說明WS-10已經較為可靠了,最大推力14.5噸也與117S相當,但是發動機不能只看推力,其穩定性、壽命、油耗以及可維護性也是重要指標,這點還是不如老毛子,更別說美國了。而千呼萬喚的WS-15據說現在處在重要關頭,急不來的,這是裝備在殲-20上的,與F-119同一等級第四代發動機,推測其推力應該與F-119相似,最大為18噸級。在民用航空市場,俄羅斯尚有PD-14撐門面,中國連一款可靠的噴氣式發動機都沒有,真的沒有,連C919都是使用CFM的LEAP發動機,國產動力CJ-1000A現在還沒有裝機試飛,日期不明,而軍用的WS-20已經試飛,但是目前還沒有裝備運-20的跡象,現在很多國產特種平臺都在等著可靠噴氣式發動機,真的是迫在眉睫。

現在看新聞,時不時就冒出中國航發某某領域、某某材料獲重大突破,領先美國幾十年等等,航空發動機是極為複雜的系統,工業皇冠上的明珠,裡面涉及冶金、材料、機構、設計、熱力學、空氣動力等等,不是單單一個什麼材料就可以獲得突破,也不是一兩年就可以獲得成果的,有突破固然可喜,但是這種急功近利的氛圍不利於科研人員的研究,要明白一件事,現在歐美就比你強,強十幾年,人家不是停下來等著你來超越,人家也在發展,只有比人家發展的更快才能拉近距離!


巴爾幹尖刀


水平怎麼樣,要看用什麼指標衡量。

航空發動機種類很多,比如噴氣式飛機用的渦噴、渦扇。螺旋槳飛機用的活塞和渦槳,直升飛機用的渦軸。我想問的可能是噴氣式飛機的發動機吧。

世界上能生產噴氣式飛機發動機的國家有6個,就是聯合國5個常任理事國,美、英、法、俄羅斯和中國和烏克蘭。技術水平目前中國排在最後一名。

能完全獨立生產,且產品種類齊全的有4個,即美、英、俄羅斯和中國。中國排在最後一名。

能夠製造大涵道大推力高性能民用渦扇發動機的國家現在有2個,即美國和英國。中國正在努力加入這個俱樂部。邁入這個門檻,就意味著進入中國國產航空發動機進入世界先進水平行列。當然在這行列裡暫時還是排在最後一名。

但是大家不要小看輕了這最後一名的位置。這在世界上也是很難得的。

最近這10年,中國航發技術突飛猛進。主要得益於各個相關基礎學科領域的長期投入,在設計、材料、工藝等方面取得突破。比如超級計算機運算能力大幅提升,對發動機設計起到很大促進作用。

一個好消息是,為C919配套的國產發動機CJ-1000AX“長江”裝配完成。最近已經進行了100%轉速測試。

下圖為國產發動機CJ-1000AX“長江”

這款發動機瞄準了商用大涵道發動機第四代技術水平,但根據目前國內相關配套產業的能力所限,部分設計指標有所降低。我判斷主要是為了“穩妥”。這次發動機開放強調的是一定要成功,而不是盲目求新、求高,只要第一步成功邁出去,以後就有了改進的基礎。所以這款發動機整體水平在第三到第四代水平之間,可保障C919發動機的國產化順利完成。

該發動機是一型雙軸大涵道比直驅渦扇發動機,由1級風扇、3級增壓級、10級高壓壓氣機、單環形燃燒室、2級高壓渦輪及7級低壓渦輪組成,採用全三維氣動設計、貧油預混燃燒、主動間隙控制等先進技術,以及寬弦空心風扇葉片、整體葉盤、新一代單晶、粉末冶金等先進材料工藝,具有高效率、低燃油消耗,低排放、低噪音,高可靠性、長使用壽命,低維護成本、良好的維修性等產品特性。

該款發動機預計於2025年服役。

下圖是商飛在上海浦東臨港新建的發動機生產基地。未來的“長江”將在這裡起航。


仁觀天下


利益相關,回答一下。

國產航發從以前的全面落後,發展到現在是局部接近,大部分落後。

沒有網上吹的進步那麼多,畢竟設計指標先進的型號大部分還在試驗檯。

多的不說了,腳踏實地加油吧!


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