■ 廖忠權(quán) / 中國(guó)航發(fā)研究院
韓國(guó)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)從發(fā)動(dòng)機(jī)的修理起步,通過(guò)許可證生產(chǎn)和轉(zhuǎn)包生產(chǎn),以及研發(fā)能力和生產(chǎn)設(shè)施的建設(shè),逐步形成了一條能基本進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈。在此基礎(chǔ)上,韓國(guó)開(kāi)始自主研發(fā)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī),借助產(chǎn)品研制投資增強(qiáng)國(guó)家產(chǎn)業(yè)能力。
韓國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)規(guī)模小,從業(yè)人數(shù)非常少,根據(jù)全國(guó)航空工業(yè)1.4萬(wàn)人左右的總從業(yè)人數(shù)判斷,航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)從業(yè)人數(shù)不會(huì)超過(guò)7000人。在過(guò)去較長(zhǎng)時(shí)期里,航空發(fā)動(dòng)機(jī)業(yè)務(wù)主要集中在維修和部件生產(chǎn),年產(chǎn)值在3~5億美元,不足韓國(guó)航空產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值的10%。近年來(lái),航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)值處于快速增長(zhǎng)中。
韓國(guó)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)頗有特點(diǎn),即“麻雀雖小,五臟俱全”,已經(jīng)具備了必要的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。2023年,韓國(guó)決定成立一個(gè)國(guó)家航空航天管理機(jī)構(gòu)——航空航天廳,以改變過(guò)去數(shù)十年沒(méi)有國(guó)家專(zhuān)門(mén)管理機(jī)構(gòu)的局面。目前,韓國(guó)已有兩個(gè)國(guó)家級(jí)航空科研機(jī)構(gòu),韓國(guó)航空航天研究院(KARI)和韓國(guó)國(guó)防發(fā)展局(ADD);有一家整機(jī)制造企業(yè)韓華航空航天公司,也是韓國(guó)唯一具備航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)組裝能力的企業(yè);還有幾家與航空發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的配套企業(yè),建有壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪實(shí)驗(yàn)室,以及高空臺(tái)等配套基礎(chǔ)設(shè)施。
韓國(guó)航空航天研究院
2022年11月,韓國(guó)總統(tǒng)尹錫悅宣布《未來(lái)航天經(jīng)濟(jì)路線(xiàn)圖》,旨在將韓國(guó)建成航空航天經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó),路線(xiàn)圖中包括建立航空航天廳。2023年2月,韓國(guó)政府?dāng)M定《成立及運(yùn)營(yíng)航空航天廳特別法》草案,計(jì)劃在2023年12月成立航空航天廳,旨在效仿美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)。
KARI成立于1989年,現(xiàn)有員工1000余人,其中與航空相關(guān)的約150人,總部位于大田市,并在羅老島、高興郡和濟(jì)州島設(shè)有試驗(yàn)設(shè)施。航空業(yè)務(wù)年均總經(jīng)費(fèi)為3300萬(wàn)美元,政府直撥經(jīng)費(fèi)約為35%,即1200萬(wàn)美元,主要負(fù)責(zé)支持包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、電推進(jìn)系統(tǒng)和超聲速動(dòng)力等動(dòng)力系統(tǒng)在內(nèi)的未來(lái)飛行器相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究,協(xié)助韓國(guó)政府制定國(guó)家航空航天發(fā)展政策,規(guī)劃航空項(xiàng)目,對(duì)重要飛機(jī)型號(hào)開(kāi)展方案評(píng)估,開(kāi)展科技情報(bào)收集和航空航天科普,以及大型基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃和管理工作。
韓華航空航天公司航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)車(chē)間
ADD是韓國(guó)效仿美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局(DARPA)成立的先進(jìn)技術(shù)研究機(jī)構(gòu),是國(guó)防部直屬裝備研究中心,對(duì)包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的先進(jìn)裝備技術(shù)開(kāi)展預(yù)研和攻關(guān)。
韓國(guó)航空產(chǎn)業(yè)集群集中,地域分布主要匯集在東南部的慶尚南道和釜山地區(qū),兩地占據(jù)了韓國(guó)航空生產(chǎn)能力的92%。僅慶尚南道一地就擁有接近80%的產(chǎn)值,號(hào)稱(chēng)“韓國(guó)航空硅谷”。航空發(fā)動(dòng)機(jī)頭部企業(yè)韓華航空航天公司的總部就位于慶尚南道昌原市。
韓華航空航天公司發(fā)展歷程
韓華航空航天公司(原三星特克溫公司),是韓國(guó)唯一的航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)制造企業(yè),公司最初從發(fā)動(dòng)機(jī)基地級(jí)維修起步,逐步過(guò)渡到研制發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)零部件,向包括韓國(guó)在內(nèi)的全球各國(guó)提供航空發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)。目前主營(yíng)業(yè)務(wù)包括:制造航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī);開(kāi)發(fā)小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助動(dòng)力裝置和壓氣機(jī);開(kāi)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的維修。
值得一提的是,韓國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的新進(jìn)入者也在增加,典型代表就是斗山重工集團(tuán)。
斗山重工是韓國(guó)著名的電力設(shè)備集團(tuán),有較強(qiáng)的燃?xì)廨啓C(jī)開(kāi)發(fā)能力,已成功開(kāi)發(fā)了國(guó)產(chǎn)大功率重型燃?xì)廨啓C(jī)。2023年8月,公司與ADD簽訂合同,為ADD正在開(kāi)發(fā)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)渦輪葉片等高溫部件,預(yù)計(jì)將在2027年前交付,這標(biāo)志著斗山重工集團(tuán)將業(yè)務(wù)從燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域擴(kuò)展到了航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。
韓華航空航天公司從1979年開(kāi)始為美國(guó)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)建立大修線(xiàn),為GE公司的J85、J79和霍尼韋爾公司的T53、T55等軍用發(fā)動(dòng)機(jī)提供維修服務(wù)。進(jìn)入21世紀(jì),韓國(guó)引進(jìn)F-15K戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行許可證生產(chǎn),配套建立了配裝F-15K戰(zhàn)斗機(jī)的普惠F100渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的大修線(xiàn)、總裝線(xiàn)和試車(chē)臺(tái)。
KARI自1995年開(kāi)始逐步構(gòu)建壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪,以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)和評(píng)估設(shè)施,并建有一座小型高空臺(tái)。此外,ADD也擁有一座高空臺(tái),用于中等推力軍用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)、核心機(jī)試驗(yàn)以及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。
配裝F100發(fā)動(dòng)機(jī)的F-15K戰(zhàn)斗機(jī)
韓國(guó)在2019年之前,都沒(méi)有自主研發(fā)過(guò)航空發(fā)動(dòng)機(jī),所有在役飛機(jī)和直升機(jī)均采用國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī),例如,KUH-1通用直升機(jī)的動(dòng)力是美國(guó)GE公司的T700渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)、LAH輕型攻擊直升機(jī)的動(dòng)力是法國(guó)賽峰直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)公司的阿赫耶(Arriel)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī),而T-50/FA-50輕型戰(zhàn)斗機(jī)采用的是GE公司的F404渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。韓國(guó)航空工業(yè)公司在研的4.5代戰(zhàn)斗機(jī)KF-21目前動(dòng)力也是采用GE公司的F414渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
韓華航空航天公司立足國(guó)內(nèi)研發(fā)環(huán)境和自身技術(shù)積累,具備較強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件開(kāi)發(fā)能力,參與了GE90、GEnx、PW1000G等先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制,為GE公司、普惠公司和羅羅公司提供零部件,并已經(jīng)成為其風(fēng)險(xiǎn)合作伙伴。韓華航空航天公司既是GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)合作商,也為GE公司的LM2500航改燃?xì)廨啓C(jī)提供低壓渦輪模塊;還擁有普惠公司PW1200G發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目1%的股份,PW1900G發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目3%的股份,以及PW1100G發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目2%的股份。
從韓華航空航天公司承接的國(guó)際轉(zhuǎn)包任務(wù)看,公司已具備較強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件研制生產(chǎn)能力,但承接的任務(wù)多是冷端部件,如發(fā)動(dòng)機(jī)低壓壓氣機(jī)葉盤(pán)。據(jù)此判斷,目前該公司的技術(shù)能力優(yōu)勢(shì)還是偏重冷端部件和其他零部件,在熱端部件尤其是核心機(jī)領(lǐng)域的能力偏弱。
韓國(guó)通過(guò)發(fā)起國(guó)家和民間研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃開(kāi)展技術(shù)研究,例如,韓國(guó)直升機(jī)開(kāi)發(fā)計(jì)劃(KHP)開(kāi)展了發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助動(dòng)力裝置的開(kāi)發(fā),研究了發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)部件的設(shè)計(jì)、分析和試驗(yàn)相關(guān)的技術(shù);通過(guò)與美國(guó)、英國(guó)和俄羅斯的技術(shù)合作,獲得壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪,以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)和性能評(píng)估試驗(yàn)技術(shù)。2010年以后,開(kāi)展了高增壓比壓氣機(jī)技術(shù)、低排放燃燒室技術(shù)和渦輪冷卻技術(shù)等發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)技術(shù)研究,并力圖提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)高空試驗(yàn)的可靠性。
近年以來(lái),為了成為航空航天強(qiáng)國(guó),韓國(guó)在此前積累的航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,開(kāi)始自主研發(fā)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)。目前,韓國(guó)有3型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)正在研發(fā)中。
24.5kN(2500kgf)推力級(jí)的小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),自2019年開(kāi)始研發(fā),計(jì)劃于2025年完成,2026年開(kāi)始配裝在ADD和KARI開(kāi)發(fā)的KUS-LW忠誠(chéng)僚機(jī)上進(jìn)行飛行測(cè)試。
44.1kN(4500kgf)推力級(jí)的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),計(jì)劃研發(fā)周期為2024—2030年,之后將安裝在KUS-FC隱身無(wú)人偵察機(jī)上。
配裝F414發(fā)動(dòng)機(jī)的KF-21戰(zhàn)斗機(jī)
93.2kN(9500kgf)推力級(jí)的小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),研發(fā)周期為2024—2037年,尺寸和特性將與KF-21戰(zhàn)斗機(jī)目前的動(dòng)力F414發(fā)動(dòng)機(jī)相似,研發(fā)成本約38億美元,包括開(kāi)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)、建造測(cè)試和評(píng)估設(shè)施以及建立渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)適航認(rèn)證系統(tǒng)的費(fèi)用,將由韓國(guó)國(guó)防部(MND)采購(gòu)部門(mén)國(guó)防采辦計(jì)劃局(DAPA)和韓華航空航天公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)。
研發(fā)此3型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)將提高韓國(guó)的國(guó)防工業(yè)能力,并將拓展韓國(guó)有人戰(zhàn)斗機(jī)和無(wú)人機(jī)的出口市場(chǎng),目前這些飛機(jī)受到出口許可證和導(dǎo)彈技術(shù)控制制度的限制。
KARI正在推進(jìn)高超聲速動(dòng)力技術(shù)發(fā)展,通過(guò)渦輪沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)等研究為高速發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)用化制定了框架。
在高超聲速動(dòng)力方面,從2005年開(kāi)始,KARI對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究,制造了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的地面試驗(yàn)用縮比模型,在國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)設(shè)備中都進(jìn)行了設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn),目前正在推動(dòng)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)用化。
KARI自2010年開(kāi)始開(kāi)展電推進(jìn)系統(tǒng)研究,2011年集成韓國(guó)開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能電池、燃料電池、鋰電池和主動(dòng)電力控制的電推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用在平流層太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)EAV-2上;2012年EAV-2H電推進(jìn)無(wú)人機(jī)開(kāi)展了25h以上的驗(yàn)證飛行;2015年平流層太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)EAV-3在18.5km高空連續(xù)飛行12h。KARI于2016年開(kāi)始進(jìn)行小型混合電推進(jìn)系統(tǒng)研究;2018年開(kāi)始48kg級(jí)傾轉(zhuǎn)旋翼無(wú)人機(jī)用混合電推進(jìn)系統(tǒng)研究,無(wú)人機(jī)利用該系統(tǒng)比單純采用鋰電池的飛行時(shí)間延長(zhǎng)一倍,達(dá)到1h;近些年還開(kāi)展了有人/無(wú)人兩用私人飛機(jī)(OPPAV)的電推進(jìn)系統(tǒng)和150kW級(jí)電推進(jìn)系統(tǒng)研究。
KAI的eVTOL概念設(shè)計(jì)圖
KAI電動(dòng)航空技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展規(guī)劃
韓國(guó)航空航天工業(yè)公司(KAI)發(fā)布了電動(dòng)航空技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展規(guī)劃,2025年以后的工作包括:進(jìn)入城市空中交通(UAM)市場(chǎng),全面掌握電動(dòng)垂直起降(eVTOL)技術(shù),建立生產(chǎn)體系并生產(chǎn)整機(jī),成為eVTOL整機(jī)原始設(shè)備制造商(OEM);eVTOL軍用改裝的產(chǎn)業(yè)化;eVTOL民用應(yīng)用的推廣;進(jìn)入電動(dòng)飛機(jī)市場(chǎng),擴(kuò)大電動(dòng)飛機(jī)業(yè)務(wù),目標(biāo)是中型商用飛機(jī)和小型客運(yùn)飛機(jī)。
在2019年以前,韓國(guó)都沒(méi)有自主研發(fā)過(guò)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。建國(guó)之初,航空工業(yè)基礎(chǔ)非常薄弱,直到20世紀(jì)70年代,國(guó)家開(kāi)始大力扶持,包括航空工業(yè)在內(nèi)的國(guó)防工業(yè)開(kāi)始獲得較快發(fā)展,但航空工業(yè)發(fā)展不均衡、配套體系不全的問(wèn)題始終存在。韓國(guó)雖然研制了KT-1教練機(jī)、FA-50戰(zhàn)斗機(jī)及KUH-1直升機(jī),但在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制方面一直未能突破。這是由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)復(fù)雜、研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)高、研發(fā)經(jīng)費(fèi)巨大,發(fā)展難度超過(guò)飛機(jī),這些因素使得韓國(guó)在建國(guó)后數(shù)十年里都沒(méi)有自主研發(fā)過(guò)航空發(fā)動(dòng)機(jī)。
韓國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)規(guī)模雖小,但具備相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)、主機(jī)廠和包括高空臺(tái)在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室等基礎(chǔ)設(shè)施,擁有整機(jī)集成能力以及培育發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)能力的基本硬件基礎(chǔ)。韓國(guó)包括發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的航空產(chǎn)業(yè)采取的是高度集中的產(chǎn)業(yè)集群模式,便于形成集群配套優(yōu)勢(shì)。不僅如此,相關(guān)科研機(jī)構(gòu)也采用的是集群模式。例如,KARI所在的大田市是韓國(guó)第6大城市,有59所高級(jí)教育機(jī)構(gòu),高校學(xué)生人數(shù)超過(guò)11萬(wàn);該地區(qū)也是韓國(guó)的科技中心,有大約70家科技研究所,近800個(gè)高科技企業(yè),這也使得KARI可以充分利用該地區(qū)的科技資源。
世界航空發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)鏈
韓國(guó)長(zhǎng)期可以從美國(guó)獲得價(jià)值不菲、技術(shù)先進(jìn)的軍援裝備,可以方便地采購(gòu)包括發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的航空裝備,獲得包括GE公司的F100和F404渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的生產(chǎn)許可證,也獲得了GE公司提供的F414發(fā)動(dòng)機(jī),這有助于韓國(guó)獲得一些先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。此外,韓國(guó)長(zhǎng)期為GE公司、普惠公司和羅羅公司提供發(fā)動(dòng)機(jī)零部件轉(zhuǎn)包服務(wù),并成為風(fēng)險(xiǎn)合作商,這有助于韓國(guó)累計(jì)技術(shù)和學(xué)習(xí)西方的管理經(jīng)驗(yàn);而且韓國(guó)還可以通過(guò)國(guó)際合作從西方采購(gòu)國(guó)內(nèi)暫時(shí)不具備研發(fā)能力的子系統(tǒng)。
通過(guò)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品、技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的分析可知,韓國(guó)具備研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)的初步能力,這也是其決定自主研發(fā)3型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ),但由于韓國(guó)畢竟從未自主研發(fā)過(guò)先進(jìn)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī),經(jīng)驗(yàn)并不豐富,而且研發(fā)人員非常有限,勢(shì)必面臨難以預(yù)見(jiàn)的不確定因素。
韓國(guó)提出建設(shè)成航空航天強(qiáng)國(guó),并開(kāi)啟自主研發(fā)航空發(fā)動(dòng)機(jī)之路,具有其憑借的基礎(chǔ)。除了高度集中的航空產(chǎn)業(yè)集群,還建設(shè)了一條規(guī)模不大,但滿(mǎn)足基本需求的航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈,而產(chǎn)業(yè)鏈則是產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展并最終開(kāi)發(fā)出整機(jī)產(chǎn)品的基礎(chǔ)。世界所有航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)國(guó)都有一條完善或相對(duì)完善的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈,進(jìn)而形成涵蓋國(guó)內(nèi)國(guó)外供應(yīng)商的供應(yīng)鏈,而世界領(lǐng)先的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商也都汲汲于構(gòu)建、完善和優(yōu)化自身的供應(yīng)鏈。
此外,韓國(guó)在通過(guò)國(guó)際合作學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的同時(shí),在國(guó)內(nèi)建設(shè)了生產(chǎn)線(xiàn)和包括高空臺(tái)在內(nèi)的各種實(shí)驗(yàn)室,更通過(guò)發(fā)起技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃培育進(jìn)行技術(shù)積累,這是在培育內(nèi)生能力。一個(gè)國(guó)家自主研發(fā)航空發(fā)動(dòng)機(jī)乃至建設(shè)航空強(qiáng)國(guó),最終憑借的還是產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)積累所形成的內(nèi)生能力。