该型发动机由日本中岛飞机公司研制,目前日本拥有大型航空和发动机企业共24家

汽车发动机一直是中国汽车工业的痛点,长期以来,自主车企由于无法独立研制出具有自主知识产权的汽车发动机而被迫受制于人,自主品牌因此也长期处在合资品牌的阴影之下。我们在探讨国产汽车发动机落后的原因时,往往会将汽车工业起步晚、缺乏专业技术人才、国外技术封锁等因素列为国产发动机发展滞后的罪魁祸首,可如果横向对比美、日、英、德等传统汽车强国的话,就会发现中国不甚先进的航空发动机工业也是造成中国汽车发动机发展滞后的一个重要原因。

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写在前面

当我们还为航空在中国科技界的地位而奋争时,世界已悄然形成了一个远比飞机行业更严苛、更高度垄断、更严密技术封锁的全球航空发动机格局。

美英法德日等西方国家通过其寡头企业,垄断了世界航空发动机和燃气轮机(本文暂不涉及燃气轮机)市场。美英法寡头企业,包括其合资公司,占领了世界航空发动机市场的70%,而在新机市场上的价值份额更高达90%。

全世界能造飞机的公司十数家,而独立的航空发动机供应商只有几家。

美、俄两国的航空发动机底蕴深厚,但俄罗斯这只“老虎”一打盹,就被西方远远甩在身后,尤其在民用航空发动机方面,俄罗斯在世界市场几无份额。

世界大型民用航空发动机

美国通用电气

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美国普拉特·惠特尼

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英国的罗尔斯·罗伊斯

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以及这三家公司同法国赛峰集团相互间合资成立的:

斯奈克玛国际CFMI(Safran/GE)

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IAE

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EA

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这些企业具有独立研制航空发动机整机的能力,几乎控制了全球大型民用航空发动机的核心技术研发、总装集成、销售及客户服务等全产业链。

军用和小型航发领域

法国斯奈克玛

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美国霍尼韦尔(Honeywell)

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德国MTU

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意大利Avio

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俄罗斯土星

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俄罗斯礼炮公司

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它们具有较完整的生产能力,除了各自领域的整机研发与市场能力外,还是为顶级企业提供大部件和核心机部件的一级供应商。

再下一级的供应商

日本三菱重工

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日本川崎重工

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日本石川岛播磨重工

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韩国三星科技公司

以日韩企业为代表的供应商拥有强大的零部件加工制造能力,主要为上一级企业提供发动机零部件产品。

西方国家为长期保持在航发领域的领先和优势地位,在政府和企业层面,采取了许多措施。在研发投入、项目投资、产业链控制、知识产权保护、技术输出控制等方面,构筑了极高的产业门槛,封堵其他国家和企业的发展与追赶,更不要说后来居上。

这就是航空发动机的世界格局。面对这样一个格局,我们只能从民族大义、国家利益出发,担起艰难的历史使命。

如同在大型民机领域,不管多难,我们也要像变现在的A+B两霸并立为A+B+C三极鼎立的新格局那样,在航发领域,我们也要加入世界航空发动机“强人俱乐部”,让世界的东方形成一极,从而逐步改变航空发动机世界格局,尽管这个进程将十分漫长。

未来20年军用发动机需求预测

综合“产研智库”和“中商产业研究院”发布的两份预测报告,进行必要修正后,未来20年中国军用航空发动机总需求量22000台(其中出口军机需要量1000台),价值600亿美元(约4000亿RMB)。年平均1100台,价值200亿RMB。按价值计,新军机装备、老军机维护和直升机各占80%、5%和15%。

新战斗机发动机单价按高低型别均价计算。新机装备比按1.15、换发次数按1计算。部分数据作归整处理。军机发动机原则上应全部使用国产产品,或至少占比90%以上。

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F-16

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F-16战斗机的F100涡轮发动机

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F-35

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F-35的F-135发动机

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F-22

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F-22的F-119发动机

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歼-10

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歼-10的AL-31发动机

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歼-15

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歼-15的AL-31H发动机特写

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歼-31

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歼-31的RD-93发动机

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歼-20

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歼-20使用的某型号发动机特写

未来20年中国客/货机用发动机需求预测

基于空客和波音两公司对未来20年中国新增客/货机数的预测,分别为5363架/8300亿美元和6330架/9500亿美元。取均值后,按发动机占飞机价值的30%计,未来20年民用航空发动机市场为2580亿美元,发动机整机约5700台。考虑到国产民用发动机处于成长期,力争分享20~30%份额,即1100~1700台,约值500~770亿美元。

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A380客机

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安装在A380原型机上的遄达900

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波音787客机

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安装在波音787上的瑞达1000

飞机诞生百年有余,从飞行36米到环球飞行,人类航空技术不断前进,而动力的不断进化才使更多飞行方式成为可能,那么飞机的发动机有多少种呢?今天我们来简单粗暴的列举一下,争取让你秒懂。

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首先,得到大量应用的航空发动机简单分类只有两种,即“活塞式发动机”和“燃气涡轮发动机”,燃气涡轮发动机也常被简单称为“喷气发动机”。

活塞式发动机系列

活塞式航空发动机与现在常见的汽车发动机原理一致,依靠燃气在气缸内爆燃,推动活塞做工,所有活塞式发动机都依靠此原理。活塞式发动机根据不同的气缸排列形式分为以下几种。

星型活塞式发动机

早期飞机多采用气冷方式给发动机降温,说白了就是直接给气缸吹风,星形布置的气缸正好可以使每个气缸均匀散热。

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▲星型发动机示意图

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▲星型发动机及螺旋桨

星形发动机自1903年就被使用在飞机上。

星形发动机有一个缺陷,就是气缸越多,功率越大,直径就越大,因此飞机只能越粗……这意味着阻力变大。于是后来出现了直列式发动机和V型发动机。

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▲这是个大功率星型发动机的例子。嗯,非常非常粗。

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▲直列发动机原理示意

直列式发动机

直列式发动机与今天的汽车发动机基本一致,气缸站成一排,纵向安装在机头时,明显比星形发动机纤细不少。但直列式也有缺点,气缸越多,发动机越长,如果想和星形一样使用7缸,9缸,那长度简直不可理喻。于是紧凑的V型发动机出现了,让气缸站成两排。

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▲这种纤细美观的机头只有直列发动机或V型发动机才能实现。

V型发动机

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▲正面看,V型发动机气缸排列成字母V形状

于是V形发动机在长度增加不多的情况下,气缸数可以成倍增加。

水平对置发动机

把V型的夹角变成180度,还可以做成水平对置发动机。

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▲水平对置发动机气缸排列,水平对置发动机具有扭力大震动小的特点,现金很多活塞式发动机的固定翼飞机和直升机在使用这种形式的发动机。

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▲西锐SR20飞机和罗宾逊R22直升机是常见的空中游览机型,均使用水平对置活塞发动机,经济可靠。

喷气式发动机系列

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涡轮喷气式发动机

涡轮喷气式发动机是使用燃气爆燃膨胀后,直接向后喷出做功的一种发动机。

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▲涡轮喷气发动机示意图,涡轮喷气发动机简称涡喷发动机,其历史也很悠久。

1937年,世界上第一个涡轮喷气发动机就开始运行了。

涡喷发动机启动时需要先将发动机转子旋转到可运行转速,涡喷发动机由前部压气机进行空气压缩,压缩空气在燃烧室与然后回合点燃,燃气向后喷出的同时推动涡轮旋转,涡轮靠转轴与前部的压气机连接,周而复始即可连续运转。

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▲涡喷发动机连续运转的状态

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▲1970年,通用电气的J85-GE-17A涡喷发动机

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▲能达到3倍音速的米格25战斗机也是用的是涡喷发动机

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涡轮风扇发动机

很容易就能发现,涡扇发动机和涡喷发动机两者之间的区别。涡喷只有一个空气通道,专业上叫做“涵道”,而涡扇发动机却有两个空气通道。也就是说,涡喷发动机是单涵道发动机,而涡扇是双涵道发动机。

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涡扇发动机分为内涵道和外涵道,内涵道原理与单纯的涡喷发动机无异,称为核心机。核心机驱动前方一个大风扇,推动气流向后,再加上外部整流罩行程外涵道。

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发动机在运转时,外涵道与内涵道空气流量的比值叫做涵道比。规律是,涵道比越大越省油,经济性越好,高涵道比的发动机在亚音速时有非常好的能效,所以它广泛地运用于客机、运输机等。

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▲客机和公务机普遍使用大涵道比涡扇发动机

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▲战斗机使用的低涵道比涡扇发动机,节省燃油的同时还能在高速下提供更多动力

高涵道比的发动机,主要推力不是来自于向后喷出的高温燃气,而是来自于外涵道高速向后喷出的空气。

现代战斗机也大多采用涡扇发动机,只是,为了追求高空的超音速性能,使用低涵道比的发动机。

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bob体育黑平台网 ,涡轮螺旋桨发动机

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▲涡桨发动机工作原理示意图

涡轮螺旋桨喷气发动机,简称涡桨发动机。

涡桨发动机的本质类似于涡喷发动机接上一个减速器,并带动外部的螺旋桨。

涡桨发动机通常用在小型或低速的亚音速飞机上。

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▲国产新舟60支线客机,使用涡桨发动机

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▲国产世界最大水上飞机,蛟龙600同样使用涡桨发动机

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▲图-95轰炸机的涡桨发动机

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▲同轴反转螺旋桨示意图

战斗民族的战略轰炸机图-95使用涡桨动力,双层对转螺旋桨,把涡扇发动机飞机的速度推到了925公里的高亚音速,是个比较极端的例子,也是目前噪音最大的轰炸机。大多数涡桨发动机飞机速度在800公里以下。请加微信公众号:工业智能化(robotinfo) 马云都在关注

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桨扇发动机

涡桨发动机的燃油效率通常高于涡扇发动机,但它也不是尽善尽美,原因之一是,涡桨发动机上多了一个减速器,也就是变速齿轮。

变速齿轮的存在一是增加了发动机重量,二是多少会带来一些功率上的损耗。

为此,一种不需要变速齿轮的发动机应运而生,它就是桨扇发动机。也可以把桨扇发动机理解为没有外涵道的涡扇发动机。

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桨扇发动机加双螺旋桨对转就变成这个样子,由于桨扇发动机的螺旋桨与发动机同速,因此桨扇的螺旋桨转速比涡桨发动机高得多,带来更大动力,更高燃油经济性的同时,也因为转速的大幅增长桨扇发动机的噪音也十分可怕,一般不会用在需要舒适安静的客机上,目前基本上只有军用运输机在使用。

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▲桨扇发动机的螺旋桨直接装在发动机中心的主轴上。因此螺旋桨转速与发动机转速相同,噪音也十分巨大。

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▲桨扇发动机也有螺旋桨在后边的。

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▲GE36桨扇发动机起初打算用于客机,能进一步提升燃油经济性,但由于噪音巨大,最终被放弃了。

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涡轮轴发动机

涡轮轴发动机顾名思义就是使用轴来传输动力。这种发动机一般适用于并不需要直接提供空气推力的航空器,比如直升机。

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▲直升机的传动原理其实非常复杂,但这个简单的原理图更容易理解涡轮轴发动机的使用方式。

直升机的涡轮轴发动机就是将发动机的功率,通过传动轴输送给主旋翼,再由主旋翼转动提供升力,因此这与一般活塞式发动机的输出类似,有很多坦克和军舰也使用涡轮轴发动机,比起一般的柴油机和汽油机,涡轮轴发动机重量更轻而功率更大,是非常不错的动力源。

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▲阿帕奇直升机机身背部的两个方筒就是它的两台涡轮轴发动机。

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冲压发动机

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▲涡喷发动机冲压发动机,可以看到冲压发动机省去了一系列的压气机和涡轮结构,变得更加轻巧,但只有高速下可以正常运转。

冲压发动机从工作原理来说和涡喷发动机的一样的,但实际上由于省去了所有涡轮结构,冲压发动机又不能归入燃气涡轮发动机的范畴。

冲压发动机去掉了前部的一连串压气机结构。因为,飞行器飞得越快,迎面而来的空气就越快,当达到高超音速时,空气自然被压入进气道,并形成高气压。高压空气进入燃烧室,混入燃油,剧烈燃烧并向后高速喷出以得到动力,与涡喷发动机原理无异。需要说明的是:冲压发动机只有在非常高的速度下才可以运行。

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▲目前投入使用的最快的飞机SR-71黑鸟高空高速侦察机

目前成功使用的例子是美国的超高音速侦察机SR-71“黑鸟”,黑鸟可以达到3倍音速,在3倍音速的状态下,它的发动机内部结构可以通过调整结构,改变为冲压发动机模式运行。

现代工业皇冠上的明珠

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航空发动机和地面燃气轮机被誉为现代工业的“皇冠”, 是国家综合实力的重要标志之一。提高航空发动机的性能就必须提升其关键部件——涡轮叶片的性能。涡轮叶片由于处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为第一关键件,并被誉为“皇冠上的明珠”。 涡轮叶片也称动叶片,是涡轮发动机中工作条件最恶劣的部件,又是最重要的转动部件。

先进航空发动机的燃气进口温度达1380℃,推力达226KN。涡轮叶片承受气动力和离心力的作用,叶片部分承受拉应力大约140MPa;叶根部分承受平均应力为280~560MPa,相应的叶身承受温度为650~980℃,叶根部分约为760℃。未来发动机叶片的铸造工艺直接决定了发动机的性能 ,也是一个国家航空工业水平的显著标志。

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除了高温条件,热端叶片的工作环境还处在高压、高负荷、高震动、高腐蚀的极端状态, 因而要求叶片具有极高的综合性能,这就需要叶片采用特殊的合金材料,利用特殊的制造工艺(精密铸造加定向凝固)制成特殊的基体组织, 才能最大可能地满足需要。

复杂单晶空心涡轮叶片已经成为当前高推重比发动机的核心技术,正是先进单晶合金材料的研究使用和双层壁超气冷单晶叶片制造技术的出现, 使单晶制备技术在当今最先进的军用和商用航空发动机发挥关键作用。目前, 单晶叶片不仅早已安装在所有先进航空发动机上,也越来也多地用在了重型燃气轮机上。

涡轮叶片制造技术

涡轮叶片的发展经历了细晶强化、定向凝固和铸造单晶三个阶段。

半个多世纪以来,涡轮叶片的承温能力从上世纪 40 年代的 750℃提高到了 90 年代的 1500℃左右再到目前的2000℃左右。而镍基高温合金单晶叶片与定向凝固叶片相比可提高工作温度 25℃~50℃,而每提高 25℃从工作效率的角度来说就相当于提高叶片工作寿命 3 倍之多。应该说,这一巨大成就是叶片合金、铸造工艺、叶片设计和加工以及表面涂层各方面共同发展所做出的共同贡献。

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现代航空发动机涡轮前温度大大提升,F119 发动机涡轮前温度高达 1900~2050K,传统工艺铸造的涡轮叶片根本无法承受如此高的温度,甚至会被熔化,无法有效地工作。单晶涡轮叶片成功解决了推重比 10 一级发动机涡轮叶片耐高温的问题,单晶涡轮叶片优异的耐高温性能主要取决于整个叶片只有一个晶体,从而消除了等轴晶和定向结晶叶片多晶体结构造成晶界间在高温性能方面的缺陷。

单晶叶片的凝固缺陷

单晶涡轮叶片是目前航空发动机所有零件中制造工序最多、周期最长、合格率最低、国外封锁和垄断最为严格的发动机零件。制造单晶涡轮叶片的工序包括压芯、修芯、型芯烧结、型芯检验、型芯与外型模具的匹配、蜡模压注、蜡模X 光检验、蜡模壁厚检测、蜡模修整、蜡模组合、引晶系统系统及浇冒口组合、涂料撤砂、壳型干燥、壳型脱蜡、壳型焙烧、叶片浇注、单晶凝固、清壳吹砂、初检、荧光检查、脱芯、打磨、弦宽测量、叶片X 光检查、X 光底片检查、型面检查、精修叶片、叶片壁厚检测、终检等制造环节。除此之外,还必须完成涡轮叶片精铸模具设计和制造工作。

近日,一段疑似日本石川岛播磨重工业公司研制的XF9-1军用加力涡扇发动机验证机,的最大推力实验视频在网络媒体上疯狂传播,这也引发了国内军事发烧友的热烈讨论。从公布的视频可以看出,XF9-1验证机已经达到了要求的11000千克力的最大推力和15000千克力的加力推力,成为继美国、俄罗斯之后,第三个能够自行研制大推力级军用超音速巡航涡扇发动机的国家。第二次世界大战结束后, ,日本作为战败国曾一度被禁止从事航空产品的研究和制造,因此当战争结束后其发达的航空工业也随之被迫完全解体,科研生产人员流失严重,即使在1952年这一禁令被解除后,美国出于其本国战略利益的考虑,也在相当长的时间内限制甚至禁止日本进行高性能军用涡轮发动机的自主研究,只许其通过引进许可证进行仿制生产。

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然而战后的日本航空和航发工业通过航空修理组装、引进许可证生产仿制、自行研制和国际合作相结合, 仍然生产和研制了不少飞机和航空发动机,并发展到相当的规模和水平。进入20世纪90年代后,日本的国力发展到了顶峰,成为当时世界第二经济和科技大国,日本的航空工业也成为世界航空业中一股不可忽视的力量,据不完全统计,目前日本拥有大型航空和发动机企业共24家,职工30200人,另有附件和机载设备企业约16家。然而与其他国家的专业航空企业不同的是,这些企业大都为日本汽车、船舶、机械、动力设备或电器、电子等综合性大型公司下属的航空分公司,在职工人数、年产值和年销售额等方面都只占总公司的一小部分,可以说是“军民合作”的成功范例。

图注:近日飞抵珠海航展现场的量产版歼—10B战斗机,其发动机仍然是从俄罗斯采购的AL—31FN(从尾喷口长于水平尾翼、黑色、敛散条密集等特征可以辨别),这间接证明国产WS—10“太行”的性能和产能均存在问题

日本政府对航空工业也一贯非常重视,一直采取支持和保护的政策,为了让本国航空和航发企业具备自主研发生产能力,在那些耗费巨资的航空和发动机工业基础设施建设上也不遗余力。除了拥有亚洲第二大规模的风洞群外,从1993年起,日本防卫厅技术研究本部投资约2000亿日元,在北海道北部的千岁县军事基地内建成了该国第一座航空发动机高空试车台,该试验装置由气源、冷却/加热装置、试验室、数据测量装置、排气冷却装置和消装置等组成,具有完整的航空发动机高空模拟试验能力。该高空台于1999年正式投入使用,成为了继中国之后,第二个拥有大型高空试车台的亚洲国家。日本政府对航空发动机的型号研究和技术预研也给予了很大支持。

纵观美、日、英、德等汽车发动机强国的发展史,其发展基础都是建立在先进的航空发动机工业之上的。美国有普拉特·惠特尼、日本有三菱和中岛、英国有罗尔斯·罗伊斯、德国有巴伐利亚飞机制造厂。在上述提到的这些公司中,有的至今仍处于全球航空发动机领域的第一梯队,比如普·惠和罗·罗;有的虽然不再从事航空发动机的研发,但此前打下的技术基础后来转化为了它们研发汽车发动机的特有优势,这些公司也由此成为了汽车发动机领域的佼佼者,比如宝马和三菱。

例如在1971至1982年间,为本国T4中级喷气式教练机配套的F3-IHI-30涡扇发动机涡扇发动机投入达200亿日元;从1989年起,为未来超音速运输机研制的新原理发动机原理样机研发投入达280亿日元;而为日本自行研制的第4代重型双发战斗机配套的先进战斗机用发动机验证机研发总费用为364亿日元。可以说,日本政府对航空产品开发的资助是日本航空工和航发工业快速发展的重要保证。积极引进国际人才也是日本航空及航发工业快速发展的重要原因之一。例如该国研制的第三代和第四代镍基单晶高温合金(TMS-75,TMS-138),以及在世界上首先研制出的第五代镍基单晶高温合金都是由某亚洲邻国某金属研究所的赴日本留学科技人员和日本科学家共同研制成功的,其第四代单晶叶片还被用于XF9-1发动机验证机上。

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由于日本的粉末涡轮盘技术并不过关,XF9-1发动机验证机仍然采用了使用传统锻造和铸造技术的TMW-24高温合金涡轮盘,但其性能与欧美研发生产的最新粉末涡轮盘基本相等,而该高温合金主要由来自亚洲邻国的赴日科研人员研发成功。另据公开资料报道,1700℃至1800℃的燃气轮机及联合发电机组用的新型高温材料及高温耐蚀ODS合金,以及综合性能位居世界前列的日本大部分牌号的铸造及粉末变形高温合金,都是由来自亚洲邻国的科研人员和日本本国的科技人员共同研发成功的。

图注:日本三菱重工零式战斗机使用的活塞发动机,该型发动机由日本中岛飞机公司研制,如果追踪溯源的话,中岛飞机公司可以看作是斯巴鲁的前身

为了满足第4代重型双发战斗机和配套发动机批量生产需要,日本近年来投巨资引进了24吨真空感应熔炼炉、1 万吨自由锻机、高速4面锻机、840吨环轧轧机以及三台大型热处理炉,2012年还从美国的威曼高登公司购买了5万吨级压力的巨型模锻液压机,从根本上强化了日本国内的航空及航空发动机工业的科研生产实力。从上述资料可以看出,日本谋求航空强国、军事强国的决心从未停歇、从未放松,甚至也从未动摇,值得热爱和平的国人高度关注。(作者署名:小鹰说科技)

除了这种直接的继承关系外,先进的航空发动机技术还具有行业间的技术溢出效应,这种技术溢出效应直接体现在汽车发动机工业中,这方面典型的例子是日本。在第二次世界大战前后,日本国内涌现出了很多专注航空工业的公司,比较知名的有三菱重工、中岛飞机、川崎重工这三家。在二战空战中,这些公司的航空发动机展现出了卓越的性能,最著名的莫过于令盟军飞行员都头疼的“零式”战斗机,虽然零战超强的机动性很大程度上得益于较轻的机身和超低的翼载,但中荣飞机公司研制的“荣12”气冷发动机也是功不可没的。中岛飞机公司研制的“荣”系列气冷星型活塞发动机采用了复式多气缸、底置凸轮轴、机械增压等先进技术,生产出来航空发动机功率很可观,其中功率最大的“荣31”发动机单台就可提供1226马力的拉力,这一数据在当时是相当先进的。

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图注:现收藏于博物馆日本中岛飞机公司“荣21”型气冷发动机涡轮叶片特写,日本航空工业的金属锻造工艺在上世纪40年代就已经达到了非常高的水平

二战结束之后,中岛飞机公司分解为多家公司,斯巴鲁就是其中的一家。鉴于日本在二战中犯下的罪行,日本在二战结束后受到了《和平宪法》的限制,这部宪法对战后日本航空工业的发展做出了严格的限制,原先在中岛飞机公司从事航空发动机研发的工程师大量进入新成立的斯巴鲁汽车公司,并在随后成为了斯巴鲁汽车研发的主力,从此开创了属于斯巴鲁的一个时代,这和瑞典萨博汽车的发展历史非常相似。我们可以看到,斯巴鲁的汽车发动机产品在当前都是非常先进的,最近5年的沃德十佳发动机榜单中,斯巴鲁3次上榜,这已经足够说明很多问题了,而斯巴鲁之所以能取得如此高的成就,很大程度上靠的正是源自中岛时期的机械增压和凸轮轴技术。

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图注:日本本田和美国通用电气合作研制的HF120涡扇发动机,该型发动机目前已取得美国FAA的适航许可

20世纪50年代,美国因为朝鲜战争开始逐步放宽对日本航空工业的限制,此后,不少公司开始进入航空领域,其中就包括今天的本田公司。摆脱束缚之后的日本航空企业又重新投身于航空发动机的研制中,三菱重工、川崎重工、富士重工、本田等公司相继在小推力涡扇发动机领域取得了不小的进步,涡扇发动机的燃烧室铸造材料、设计制造工艺、齿轮滑油系统、燃油喷嘴设计和汽车发动机有很多共通之处,这些技术对汽车发动机的研制具有相当重要的指导意义。在行业间技术溢出效应的影响下,日本车企的整体汽车发动机研制能力都得到了很大的提升,本田、丰田、日产、三菱、斯巴鲁、马自达都研制出了技术比较成熟的发动机。其中,三菱的发动机产品在很长一段时间内一直是众多中国自主车企的赖以生存的心脏,而三菱的技术输入,更是成为了不少“国产”汽车发动机的技术蓝本。

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图注:英国罗—罗公司为美国洛克希德马丁公司F—35B战斗机研制的发动机升力系统,可实现战斗机STOVL能力,这套系统对整体叶盘和轴承的制造工艺有很高的要求

横向对比中日两国航空工业的发展,我们可以看到,在日本的现代航空发动机技术足以比肩欧美的时候,新中国尚在襁褓之中,工业基础近乎为零,航空工业更是无从谈起。建国之后,中国的工业发展经历了和前苏联类似的过程,工业结构过于偏向重工业,但是航空工业并没有囊括在其中,这一时期的军用飞机全部从苏联进口,中国航空工业还仅仅停留在对苏联军机的模仿、借鉴阶段,远远没有触及到最关键的航空发动机这个层面。此后一系列粗放而缺乏科学指导的生产方式又给中国工业,特别是钢铁工业的正常发展造成了极大的损伤。众所周知,不管是航空发动机还是汽车燃油发动机的燃烧室,都对燃烧室的材料和铸造工艺有着非常高的要求,即使是毫米级的杂质,都会影响到整台发动机的性能和寿命,中国当前的航空发动机和汽车发动机正遭受这个问题的困扰,而一开始就粗放而简陋的铸造工艺,无疑要承担很大一部分责任。

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图注:英国罗—罗公司研制的涡扇发动机燃烧室结构特写,燃油喷嘴和燃烧室的制造工艺与汽油发动机有很多共通之处

当以涡扇发动机为主的航空发动机进入第二个发展阶段的时候,中国的涡扇发动机才刚刚开始引进、仿制,以国产“斯贝”为开端,中国航空工业迈出了制造涡扇发动机的第一步,但对精密机械制造稍有了解的人都知道,精密机械的制造就像做菜,同样的原料、同样的工序,好厨子和蹩脚的厨子做出来是完全不同的两道菜,涡扇发动机的制造也一样。我们引进了图纸、购买了机床、备足了金属材料,但是我们就是造不出来和别人性能、寿命相同的航空发动机。举个例子,中国引进苏—27已经有20多年了,对配套的AL—31发动机技术应该早已摸透了,但事实是,我们的涡扇—10“太行”发动机性能和寿命至今仍然无法达到AL—31FN的水平,最要命的是产能还跟不上,歼—20和量产版歼—10B使用的发动机仍然要从俄罗斯进口,运—20和轰—6K配套的D30涡扇发动机也是如此。这样的航空发动机制造水平,如何给亟待技术支撑的汽车发动机产业带来技术溢出效应?

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图注:汽油发动机缸体的铸造不仅涉及到铸造工艺的问题,还有铸造原料的问题,如果能将航空发动机燃烧室的铸造原料和工艺彻底掌握,那么汽油发动机的问题自然也会迎刃而解

航空发动机和汽车发动机之间有着千丝万缕的联系,二者同时又是相辅相成的,一者的技术进步会给另一者带来重要的指导作用,但总体来讲,航空发动机对汽车发动机的影响要大一些。很简单的一点,现代军用涡扇发动机的涡前温度可以达到1700K(开氏,约合1400摄氏度),而汽油发动机燃烧室的温度通常不会超过600K,如果能把工作温度超过1700K的涡扇发动机燃烧室造好,还有什么理由担心造不出高效耐用的汽油发动机?

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图注:2016年日内瓦车展上的泰克鲁斯·腾风电动超跑驱动模块特写,航空涡轮—电动是这套驱动系统的精髓

最后再说一点,有人说今后汽车都进入电动时代了,我们只要造好电动机就好了,汽油发动机造不好也没关系。然而就目前蓄电池的水平来看,未来航空涡轮—电动可能会是电动汽车的一个重要的发展方向,今年3月惊艳日内瓦车展的“黑科技超跑”泰克鲁斯·腾风正是运用了基于微型航空发动机的涡轮—电动的增程技术,才达到了2000公里的超长续航里程。如果蓄电池技术在短时间内无法取得突破性的进展的话,涡轮—电动的混动方式可能真的会成为解决电动汽车巡航里程不足的措施,到时候又回到比拼航空发动机实力的时候了,现在还不夯实航空发动机基础,到时只会被别人第三次甩在身后。