中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)迎來(lái)井噴？

在強(qiáng)大資金投入的推動(dòng)下，中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在材料、設(shè)計(jì)、工藝等方面已取得重大突破，并引起國(guó)內(nèi)外媒體高度關(guān)注。本文摘編自國(guó)內(nèi)權(quán)威媒體報(bào)道，本刊刊發(fā)此文并不表示同意其中觀點(diǎn)，亦非證實(shí)所述內(nèi)容，僅供有興趣的讀者及專業(yè)工作者參考。

近日，《中國(guó)航空?qǐng)?bào)》透露了一條重要消息——中國(guó)在先進(jìn)高溫合金領(lǐng)域取得重大成果。在世界先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)研制中，高溫合金材料用量已占到發(fā)動(dòng)機(jī)總重的40%至60%。因此高溫合金材料也被譽(yù)為“先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)基石”。無(wú)獨(dú)有偶，西方多家媒體近日也刊文宣稱，中國(guó)未來(lái)用于軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)資金高達(dá)3 000億人民幣，相關(guān)研制單位正在多款先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目中齊頭并進(jìn)。美國(guó)軍事專家據(jù)此認(rèn)為，中國(guó)很可能會(huì)在5到10年時(shí)間里量產(chǎn)足以為殲20提供真正五代機(jī)性能的強(qiáng)大發(fā)動(dòng)機(jī)。

如果真的解決了先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)問題，那么中國(guó)航空工業(yè)將迎來(lái)真正的井噴，而航空發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)去一直是制約中國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)研制和批量裝備的最大障礙。

600攝氏度與2萬(wàn)倍離心力

高溫合金是一種能夠在600攝氏度以上及一定應(yīng)力條件下長(zhǎng)期工作的金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，及出色的抗疲勞、斷裂韌性等綜合性能，已成為軍民用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件不可替代的關(guān)鍵材料。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)進(jìn)步與高溫合金的發(fā)展密切相關(guān)。高渦輪工作溫度是當(dāng)代先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的最顯著標(biāo)志，提高渦輪工作溫度是增加推力、提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的重要手段，而影響發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度的首要因素就是渦輪葉片和渦輪盤的耐溫水平。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件的設(shè)計(jì)者無(wú)一不是窮盡一切手段，追求應(yīng)用承溫能力更高的渦輪盤和葉片材料。同時(shí)，在飛行過(guò)程中噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片還要能承受高達(dá)自身重量20 000倍的離心力，人們因此常常用“冰質(zhì)調(diào)羹攪動(dòng)熱湯”來(lái)形容渦輪葉片在這種環(huán)境下面臨的挑戰(zhàn)。

先進(jìn)高溫合金正是為滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)材料的需求而出現(xiàn)，并隨發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而快速發(fā)展。其中，鎳基單晶高溫合金是在等軸晶和定向柱晶高溫合金基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片材料。與其他高溫合金相比，鎳基單晶高溫合金具有更優(yōu)異的綜合性能，成為高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵材料。據(jù)《中國(guó)航空?qǐng)?bào)》報(bào)道，自20世紀(jì)80年代中期研制成功第一件單晶空心渦輪葉片以來(lái)，中航工業(yè)航材院為多種型號(hào)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)提供了數(shù)萬(wàn)件單晶葉片，某些裝配單晶渦輪葉片的發(fā)動(dòng)機(jī)已翱翔于藍(lán)天。

此外，粉末高溫合金是用粉末冶金工藝制備的高溫合金，是制造先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤不可或缺的關(guān)鍵材料。20世紀(jì)80年代，中航工業(yè)航材院開始研究粉末高溫合金，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，已研制成功第二代粉末高溫合金，并應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)用渦輪盤及導(dǎo)流盤，且性能水平達(dá)到國(guó)際同類合金的A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了粉末高溫合金盤件在高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。

美國(guó)航空技術(shù)專家魯本·約翰遜稱，在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中，必須全部掌握最先進(jìn)的高溫合金、粉末冶金及單晶葉片技術(shù)。在中國(guó)“師從”的俄羅斯，有5家繼承自蘇聯(lián)的大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究機(jī)構(gòu)，其中就有一家專注于發(fā)動(dòng)機(jī)材料研究，在俄羅斯的所有航空發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目中，熱障涂層技術(shù)都是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，這同樣有賴于掌握先進(jìn)材料的制造。但與英國(guó)的羅羅，美國(guó)的通用及普惠公司相比，盡管對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的綜合性能相當(dāng)，但俄制發(fā)動(dòng)機(jī)仍然相對(duì)較重，采用的也并非最頂級(jí)材料，燃油消耗率更高，壽命更短。

3千億砸向五代機(jī)動(dòng)力

一些國(guó)外專家指出，中國(guó)在先進(jìn)高溫合金領(lǐng)域創(chuàng)造出了一批令人矚目的研究成果，為先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。美國(guó)軍事專家吉伯·柯林斯宣稱“中國(guó)WS-15發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)計(jì)劃的存在表明，掌握制造本土研發(fā)的F119級(jí)別發(fā)動(dòng)機(jī)（F-22采用）的能力，從而為殲20戰(zhàn)斗機(jī)提供動(dòng)力是中國(guó)的重中之重”。他認(rèn)為，中國(guó)要制造出這種級(jí)別的發(fā)動(dòng)機(jī)還需要5到10年。

不過(guò)柯林斯同時(shí)也指出，中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)的最大弱點(diǎn)在于渦輪葉片制造時(shí)的流程標(biāo)準(zhǔn)化，在地面測(cè)試和模擬飛行中，中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常面臨葉片彎曲、破損等問題?！八麄儸F(xiàn)在確實(shí)已經(jīng)很接近F100-PW-100（F-15C采用）的水平。不過(guò)如果中國(guó)航空業(yè)不能完全掌握軍用規(guī)格質(zhì)量控制流程，他就很難制造出足夠多的高質(zhì)量發(fā)動(dòng)機(jī)，從而真正降低中國(guó)對(duì)俄羅斯高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的依賴。”

柯林斯的觀點(diǎn)在美國(guó)防務(wù)圈引起了爭(zhēng)論。軍事分析家理查德·阿布拉菲亞認(rèn)為，中國(guó)要制造出與美國(guó)最先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)相媲美的產(chǎn)品，需要的時(shí)間遠(yuǎn)不止5到10年。“他們與F119、F135和F136的技術(shù)水平相去甚遠(yuǎn)。他們必須在材料、設(shè)計(jì)以及制造方面取得重大突破。等他們走到那一步時(shí)，西方又向前跨出了很遠(yuǎn)”。

然而，著名智庫(kù)列克星敦研究所的武器專家洛倫·湯普森不同意這種看法，他表示：“美國(guó)學(xué)者和情報(bào)分析人士一再低估中國(guó)在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上取得進(jìn)展的速度”。湯普森的理由是中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商預(yù)計(jì)近期將投入1 000億人民幣的研發(fā)資金，到2015年可能還會(huì)提高至1 500億人民幣。路透社提供的數(shù)據(jù)更加驚人：接下來(lái)20年里，北京將在軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域投入多達(dá)3 000億人民幣（約490億美元）。普惠公司為F-35“閃電II”戰(zhàn)機(jī)研制F135發(fā)動(dòng)機(jī)前后共投入約84億美元。我們甚至可以據(jù)此認(rèn)為，中國(guó)投入了可同時(shí)維持多款先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)研制的資金。而中國(guó)同時(shí)上馬殲20與殲31兩款五代隱身戰(zhàn)機(jī)的事實(shí)，已經(jīng)證明了中國(guó)航空工業(yè)同時(shí)管理多個(gè)未來(lái)大型科研項(xiàng)目的能力。

國(guó)產(chǎn)戰(zhàn)機(jī)加速裝“太行”

吉伯·柯林斯在相關(guān)文章中透露，目前中國(guó)正在學(xué)習(xí)如何實(shí)現(xiàn)WS-10型發(fā)動(dòng)機(jī)的系列化生產(chǎn)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)正在為部分殲10、殲11及殲11B戰(zhàn)機(jī)提供動(dòng)力。雖然中國(guó)國(guó)內(nèi)媒體報(bào)道稱，目前生產(chǎn)的殲11B戰(zhàn)機(jī)全部配備了國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，但柯林斯認(rèn)為，中國(guó)最近的航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口數(shù)量證明，解放軍的戰(zhàn)機(jī)仍嚴(yán)重依賴俄羅斯發(fā)動(dòng)機(jī)。在中國(guó)最現(xiàn)代化的作戰(zhàn)飛機(jī)中，由國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的僅占20%。

美國(guó)國(guó)際戰(zhàn)略評(píng)估中心的文章稱，從2007年起中國(guó)開始出現(xiàn)新的殲11B單座多用途戰(zhàn)斗機(jī)，早期產(chǎn)品采用的是俄羅斯AL-31F發(fā)動(dòng)機(jī)，但后續(xù)生產(chǎn)的殲11B都采用了沈陽(yáng)黎明公司生產(chǎn)的WS-10A“太行”發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)2012年珠海航展上的相關(guān)人士透露，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的最大推力為12.5噸，比AL-31F略低。更重要的是，WS-10A的工作壽命等指標(biāo)尚不及俄同類產(chǎn)品。在2010至2012年的3年時(shí)間里，沈陽(yáng)黎明公司已經(jīng)生產(chǎn)了266臺(tái)“太行”，以保障殲11系列戰(zhàn)斗機(jī)的生產(chǎn)。盡管中國(guó)方面自己也承認(rèn)“太行”存在缺陷，但WS-10A的性能對(duì)于蘇-27系列戰(zhàn)斗機(jī)來(lái)說(shuō)還是不錯(cuò)的。緊隨其后，從2010年開始生產(chǎn)的雙座型殲11BS戰(zhàn)斗機(jī)也配備了WS-10A發(fā)動(dòng)機(jī)。

到2012年，中國(guó)可能已生產(chǎn)了12架殲15艦載戰(zhàn)斗機(jī)，都采用WS-10A發(fā)動(dòng)機(jī)，2013年預(yù)計(jì)將再生產(chǎn)8架殲15。2012年11月3日，第一架雙座型殲15BS戰(zhàn)斗機(jī)首次曝光，同樣采用WS-10A發(fā)動(dòng)機(jī)。殲15BS很有可能被定位為專用的航母艦載教練機(jī)，也有可能與美國(guó)海軍的EA-18G類似，被發(fā)展成航母艦載機(jī)中隊(duì)專用的電子戰(zhàn)飛機(jī)。

國(guó)際戰(zhàn)略評(píng)估中心的文章還透露，到2020年，國(guó)產(chǎn)殲11B型戰(zhàn)斗機(jī)的總生產(chǎn)量可能達(dá)到260多架，再加上大部分仍然服役的殲11A和蘇-30，那么由沈飛生產(chǎn)的各種殲11系列和蘇-30戰(zhàn)斗機(jī)總數(shù)將達(dá)到約430架。所謂的“殲16”和殲15戰(zhàn)斗機(jī)在加裝了有源相控陣?yán)走_(dá)，及更強(qiáng)勁的WS-10A改進(jìn)型發(fā)動(dòng)機(jī)后，預(yù)計(jì)將能夠達(dá)到四代半戰(zhàn)斗機(jī)的水平。

另外，雖然殲31的原型驗(yàn)證機(jī)可能采用的是俄羅斯RD-93渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，推力8.3噸，但是在2008年珠海航展上，中國(guó)一家發(fā)動(dòng)機(jī)公司就披露了一款推力達(dá)到9.5噸的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)模型，而且具備推力矢量技術(shù)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)可能是WS-13的后繼改進(jìn)項(xiàng)目，以俄羅斯RD-33/RD-93為基礎(chǔ)。該發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)進(jìn)度可能比推力15噸的WS-15更快，據(jù)稱WS-15主要是為殲20戰(zhàn)斗機(jī)研制的。不過(guò)，中國(guó)目前還無(wú)力生產(chǎn)其未來(lái)國(guó)產(chǎn)大型運(yùn)輸機(jī)或加油機(jī)所需的大型高涵道比非加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。（本文摘編自人民網(wǎng)）

責(zé)任編輯：王宏亮