戰鬥機發動機差距：一代半 中國航空發動機現狀、癥結、差距

張聚恩/文

近年來，中國的航空事業呈現井噴發展之勢，每年各型新飛機以超過大眾想像的速度展現在人們的面前，但是，一個不可迴避的問題也常常被業內外人士提出：現在中國的航空發動機到底怎麼樣？何時能迎頭趕上？

中國航發有值得珍視的「家底」

我國航空發動機事業創建於抗美援朝時期，歷經維護修理、測繪仿製、改進改型、自主研製等發展階段，從無到有、由小到大。如果從開始整機研製的1956年算起，至今恰好62年。回顧往昔，在極為困難的情況下，不僅為航空武器裝備發展和國民經濟建設做出了重要貢獻，也為航發事業的進一步發展奠定了技術與產業基礎。這是不爭的事實，有值得我們高度珍視的「家底」。

家底1. 基本建成航空發動機研製生產體系

以發動機設計研究院所和主機生產企業為核心，建成了包括一批專業化配套生產企業和科研所在內的航空發動機研製生產體系。迄今，我國以航空發動機為主業的企事業單位共26家，其中設計研究所4家，主機生產企業6家。年銷售收入大約300億元，軍航發和民航發之比大致7:3，其中軍航發的製造與維修比例5:1，民航發維修與零部件轉包比例接近1:1。中國航空發動機集團公司（AECC）成立時，對外公布的集團從業人員9.6萬，總資產1 100億元。

家底2. 基本具備研製生產所有種類航空發動機的能力

關於中國航發的產能似乎一直未作正式發布。筆者從2009年的中國航空博物館空軍裝備展上獲得了一組公開數據（截止時間應為2008年），在對未列品種和產量數據進行補正後，筆者估算：從1956年至2008年的52年間，五類航空發動機總產量約57 000台。按年平均數外推10年，即從1956年到2018年的62年間，我國航空發動機的總產量不低於67 000台。即年產量大約1 100台，包括渦扇、渦噴、渦槳、渦軸和活塞式發動機等。國產航空發動機數量占現役軍用配套總數的90%以上，基本滿足了國產殲擊機、強擊機、轟炸機、運輸機、教練機和直升機等航空裝備的需求。近年來，一批新的高性能發動機開始研製，有的已經獲得突破，如「太行」系列大推力、推重比8一級渦扇發動機，並有了一定的量產能力。

家底3.構建了基本完整的科研條件與基礎設施

即使是在國家財力不夠、投入不足的過去，仍然構建了包括高空試驗台等在內的一大批高水平基礎科研設施。近十多年來，國家對航空發動機的投入大幅增加，科研設施條件得到全局性的顯著改善。

中國航發的癥結

那麼，如今國人深深憂慮的航空心臟病究竟指的是什麼？又是怎麼造成的呢？

現代航空的發展歷史並不長，是在第一次工業革命的孕育、第二次工業革命的催生下問世和成長的，最基本的推動力就是發動機的進步。可以毫不誇張地說，發動機既是航空器的動力，也是整個航空產業的「動力」。從活塞時代到噴氣時代，帶來了現代航空的飛速發展。從上世紀中葉開始，燃氣渦輪發動機成為航空動力的主力樣式，而且在可預見的今後尚無其它可以替代的樣式。新中國的發動機事業起步不晚，初期走過的道路、特別是在渦噴發動機仿製批產方面的儲備較厚實，能力已很強。

中國航發與世界先進國家的差距

戰鬥機的發動機差距：一代半

戰鬥機的發動機的差距用以上圖表示例。運輸機是典型的軍民兩用品種，國際上用於此類飛機的先進大涵道比渦扇發動機最大推力已超過50 000daN，空中停車率降到每百萬飛行小時5次以下；熱端部件壽命最長達到4萬小時，耗油率在現有水平上再降15%的新一代產品，將在2020年前後進入市場。

我國因尚無實物商用渦扇發動機，只能以在研的產品預期性能與國際水平作比較。上世紀90年代用於A321的CFM56-5B2（斯奈克瑪國際公司產品），推力14 000千克力，涵道比5.5；我們計劃用於大運的在研FWS20推力12 000千克力，涵道比5.4，與之性能相近。即使按時完成研製任務，在時間上相差20年。

我們自研的CJ1000A與計劃替代的、C919選用動力Leap－1C（斯奈克瑪國際公司產品）推力同為13 600千克力，涵道比10～11，但在時間上也至少相差20年。此外，還有其他重要指標也存在差距，諸如首翻期（在規定條件下，產品從開始使用到首次翻修的工作時間和(或)日曆持續時間）為國外同類產品的1/2～3/4。

2017年12月25日我國大型客機發動機驗證機（CJ-1000AX）首台整機在上海完成裝配，同一天，該發動機核心機實現100%設計轉速穩定運轉。該機採用3D列印燃燒室燃油噴嘴、鈦合金寬弦高空心率風扇葉片、鋁合金大型薄壁風扇包容機匣等多項新技術。近日，該台整機在上海點火成功。CJ-1000AX直徑1.95米，長3.29米。其結構包含風扇，增壓級、核心機、低壓渦輪和附件傳動機匣裝置，由近35000個零組件組成。（5月20日，聽聞CJ-1000AX首台整機一次點火成功的好消息，我滿懷喜悅，特加寫了這段圖片注釋）

即使在基礎較好、自主保障率較高的中等功率渦軸發動機方面，也有一定差距。此類發動機已經發展了四代，前三代我們基本解決了有無問題，代表型別為WZ6、WZ8A、WZ9，比國外同類型別服役晚約15～20年，分別裝備了我們的直8、直9、直10。但以CTS800-4（羅羅與霍尼韋爾的合資公司輕型直升機渦輪發動機公司LHTEC的產品，配裝英國「山貓」直升機）為代表的第四代渦軸發動機國外已在本世紀初服役，我們尚在研製，服役時間預計滯後約15年。

而尤其需要重視的是先進發動機的技術儲備之差距。美國用於未來六代機或F35替代動力的自適應變循環發動機已呼之欲出。用於高超音速臨近空間飛行器和水平起降、可重複使用的空天飛行器的渦輪衝壓組合動力將分別在15年、25年內達到6級技術成熟度。美國、歐洲正不約而同地實施新的一批航空發動機的科技發展計劃，以持續保持技術領先優勢。如果我們缺乏強有力的戰略應對和特殊舉措，我們同世界先進水平的差距不僅不會縮小，還會進一步拉大。

歷史的遺憾

當我們回首與中國航空事業相關的歷史進程時，不能不說我們今天的困窘來自歷史的遺憾。

1956年2月17日，受到周恩來總理的鼓勵，回國不久的錢學森向中央提出《建立中國國防航空工業的意見》，從當時剛剛成立的新中國的現實情況出發，認為應集中力量發展火箭和導彈。其後，中央在進行一系列調研討論後，把航空航天作為一個整體看待，在統籌飛機發展（照蘇聯的改進圖紙仿製生產）時，將注意力先行集中於突破導彈和火箭。

歷史證明，中央的兩彈一星戰略決策完全正確。這一決策大大提升了我國的國際地位，為我們贏得了寶貴的戰略緩衝期。但遺憾的是，在以後的一個長時間裡，在作為突破口的導彈和火箭取得重大進展時，未對航空科技發展進行整體規劃，使飛機、特別是發動機的自主研發缺乏戰略牽引和推進。

而同期蘇聯發生的情況同樣值得我們回味。上世紀五六十年代，蘇航空工業水平不遜歐美，如繼續關注航空發展，應能研製出性能比肩西方的飛機與發動機。但當時的蘇聯人忽視航空，造成航空遲滯不進，拉大了同西方的差距。當意識到必須奮力急追，重返航空大國地位時，付出了慘痛的代價。蘇-27的研製坎坷曲折，推重比8.0發動機研製也歷盡艱辛。

兩彈一星成功之後，本應把全面推動航空發展提到日程上來，遺憾的是，航空的地位不僅沒有提升，反而在持續下降。以至連航空是否高技術都成了問題。在20世紀中葉全球性「要導彈，不要飛機」的浪潮中，國內一些專家也認為，導彈可以替代軍用飛機。軍用飛機只是一種常規武器，航空技術只是保障常規武器的常規技術。在這種意見的影響下，我國科技界長期把航空排除在高新技術之外。

1995年下半年，在《中共中央關於制訂國民經濟和社會發展九五計劃和2010年遠景目標的建議（徵求意見稿）》中，再次將航空技術排除在高新技術領域以外，引起廣泛的異議與憂慮。中國航空學會在時任理事長朱育理和副理事長張彥仲領導下，組織研究航空技術屬性，並據此向中央建言。9月22日，王大珩、師昌緒、馬賓、高鎮寧、庄逢甘、張彥仲、顧誦芬等7位知名學者、專家，聯名向中央領導書信陳情，闡明航空技術確屬高技術的理由。

專家們認為，自20世紀40年代以來，軍、民用航空器的性能發生了質的變化，航空技術飛速發展；海灣戰爭充分證明空中力量在現代戰爭中的決定性作用；航空工業對國民經濟的先導作用也十分突出，對國家冶金、橡膠、石化、輕工、電子、機械等基礎工業部門的帶動作用日漸顯著。從現實情況看，我國航空技術與國外航空發達國家差距較大，如再不把航空技術抓上去，我國將在綜合國力競爭中存在嚴重的危機，在軍事上將陷於被動挨打的困境，國內民機市場也將被國外佔領。

中央聽取了業界的強烈呼聲，終於將航空列進了國家需重點發展的高技術領域。在1996年3月17日全國人大八屆四次會議通過的我國2010年遠景目標發展綱要中明確：「要把握世界科學技術發展的趨勢，重點開展電子信息、生物、新材料、新能源、航空、航天、海洋等方面的高新技術，在一些重要領域接近或達到國際先進水平」。至此，航空高技術地位在我國方予確立，其時已步入20世紀末。

整個航空技術在長時間裡都處於這樣一個尷尬的處境，作為航空器配套分系統的發動機，處於什麼位置，更可想而知。我們欠的賬實在是太多了，我們缺的課也實在是太多了。不能不說，這是歷史的遺憾。

應該形成的共識

人的認識有時很奇怪，當初說航空太難了，所以先發展火箭導彈。等火箭導彈有所突破了，怎麼航空倒變成一般常規技術了？當我們今天充滿詩情地說航空製造業是現代工業之花，說航空發動機是皇冠上的明珠時，怎麼連它的高科技屬性都長期得不到承認。我們認識上走的彎路太遠太大了，而認識和理念上的偏差，直接導致戰略誤判和規劃缺失。

欠賬終歸要還，缺課一定要補。航空發動機的今天就是吞下這顆歷史苦果後造成的。終結歷史的遺憾，需要我們堅定地形成以下共識，今後無論發生什麼樣的風吹草動，千萬不要再動搖。

我國航空發動機與世界先進水平的差距整體上相差一代或一代半，在時間上大致落後20年，填補空白，提升性能，加速追趕，時不我待。

航空發動機太重要了，如果不解決這一瓶頸制約，我們的航空武器裝備，就像被綁在別人的戰車上；我們或是航空大國，但永遠不能成為航空強國，我們將至多是一個跛腳的巨人。

航空發動機產品太複雜了，其綜合難度在當今的工業產品中，無出其右。

航空發動機的技術覆蓋寬、涉及面廣、內容博大精深，在當今的科學技術體系里，是當之無愧、應列前位的高新技術。

世界航空發動機科學技術發展神速，我們既要在傳統發動機領域負重前行，急起直追，又要重視基礎研究，自主創新，另闢蹊徑，彎道超車，否則我們會被拋得越來越遠。

上述這番話，絕不是怨天尤人，而是痛感：只有對歷史做出實事求是的反思、形成真正符合發展規律的共識，方能同心同德向前看，制定應對之策，找出正確的發展之道。

航發難在哪裡？

國人對這個問題十分關切，對材料製造之難關切尤甚。但這是一個多層面的問題，必須全面認識，綜合施治。首先表現在極高技術難度和可靠性要求。發動機涉及的學科和技術領域之多幾乎與整個飛行器相同，甚至技術要求還更高。航空發動機所需的主要科學基礎是支持其高溫、高速、旋轉和長壽等工作特點的科學學科，如工程熱力學、氣體動力學、燃燒學、傳熱學和現代控制理論等。而其所需技術幾乎覆蓋材料、製造、試驗等所有現代技術門類，特別是高溫材料和熱工藝。

航空發動機的工作過程極為複雜。以燃氣渦輪發動機的核心機為例。壓氣機將進入發動機的空氣逐級增壓，增壓比可達25以上；壓氣機葉片的氣動、強度和幾何形狀十分複雜，承受極高的由離心力產生的載荷。燃燒室是保證增壓後空氣與燃油充分混合，並穩定燃燒的特殊結構，需精心設計，有效冷卻和選擇耐高溫材料、塗層等綜合措施。渦輪的作用是將氣流的能量轉換為機械能，為了獲得更大功率，要求渦輪進口處燃氣溫度盡量高；先進發動機的渦輪前溫度已達1 850～1 950開爾文，大大超過渦輪葉片材料本身能承受的溫度，需探索使用耐更高溫度的材料，並採用新的冷卻技術。

發動機裝載在航空器上，處於嚴酷的使用環境下，需要在高溫、高寒、高速、高壓、高轉速、高負荷、缺氧、振動等極端惡劣環境下，穩定可靠地工作。在飛行中決不可能停機維修，因而可靠性要求極高，目前每百萬飛行小時的空中停車率只允許2～5次。若以單台發動機計量，相對於使用90～200年停車一次。目前，民用航空發動機的首翻期（機上平均壽命）已達2萬小時，相當於一天24小時連續飛行2年以上；按正常的每天使用6小時計算，一台發動機可連續使用9年以上不拆下翻修。如此之高的可靠性要求，是其他任何工業產品不可比擬的。

航空發動機如此之難，涉及眾多技術領域，離不開國家基礎工業的支撐。難點之二便表現為與國家基礎工業的高度關聯。沒有強大基礎工業能力的國家，絕不可能進入航空發動機領域。當年專家學者向中央建言時，曾指出：航空對國家冶金、橡膠、石化、輕工、電子、機械等基礎工業部門的帶動作用日漸顯著。其中，冶金、電子、機械等對航空發動機尤其高度關聯。

以發動機的熱部件為例，它們強烈依賴如定向凝固高溫合金、單晶、金屬間化合物、金屬基複合材料和陶瓷基複合材料等先進特殊材料。而由於目前基礎工業提供的支撐還不夠，直接導致發動機的性能及可靠性等關鍵指標達不到設計要求，或者無法完成穩定生產。

航空發動機的難度高於裝載平台，研製周期長於平台，在以先進航空器的需求來牽引發展的同時，更要遵循獨立和超前的發展規律，提前謀劃，超前發展。離開裝載平台，航空發動機沒有獨立的實用價值。但這決不意味著，航空發動機的研製必須依附於特定的航空器型號。在過去很長一個歷史時期，我國航空發動機的研發緊緊依附於飛機型號，即要研製一款飛機，才會去研發配套發動機；飛機如果下馬，發動機隨之下馬。這類實例，舉不勝舉；發動機少有走完研製過程、積累完整工程數據的型號，這方面的教訓十分深刻。

航空發動機的研發周期一般比飛機機體長5年以上，且新型發動機研發所需時間不斷延長。早期，每隔5～10年出現一代新發動機，而從F100到F119（F22配裝發動機）竟相隔30年。20世紀70年代的實踐表明，新一代發動機從部件研究到投入使用需要8～14年時間。F119從1973年概念研究到1999年產品定型，則經歷了26年，如以F-22在2005年入役計算，則長達32年。

在《美國國家關鍵技術計劃》說明文件中，把航空發動機描繪成「一個技術精深得使一個新手難以進入的領域，它需要國家充分保護並穩定利用該領域的成果，長期的專門技能和數據積累，以及國家大量的投資」。航空發動機產業是資金密集的高投入和高產出行業需要國家資源的強力支持與保障。據統計，在航空研發總投入中，航空發動機佔比約1/4。統計數據表明，研製一台大中型發動機，大致需要15～30億美元。美國一直通過國家長期、穩定的大力支持和投入，實施多項超前於具體型號的純粹技術研究性的中長期研究計劃和短期專項研究計劃，為發動機研製提供充足的技術儲備，以降低工程研製的技術風險，縮短研製周期。

航空界有「航空發動機是試出來的」一說，揭示了航空發動機研發的一大特點，即對試驗和高性能設施的高度依賴。由於技術難度大，航空發動機的研製是研究—設計—試驗—修改設計—再試驗的反覆迭代過程。研製一台新型發動機，一般需要10萬小時的零部件試驗、4萬小時的附件試驗和1萬小時的整機試驗。航空發動機是設計、製造的產物，更是試驗工程的產物。

航空發動機的試驗是一個體系，含性能試驗、通用性試驗、耐久性試驗、環境試驗和飛行試驗，每一個類別的試驗又包括若干試驗項目。而每一個試驗的背後，一定是高性能的各類試驗手段與設施。

以2016年5月為里程碑，中央決策成立中國航發集團公司，中國終於有了自己的專業化航空發動機國家級企業集團。承載著國家和民族的重託，以AECC為主力軍的中國航發事業建設者們承擔著光榮而艱巨的歷史使命。為應對複雜國際政治軍事形勢，必須實現軍用航發的自主保障。現階段的幾乎所有先進航空武器裝備，從戰鬥機到轟炸機到運輸機到特種飛機，都翹首以待國產高性能航空發動機。為實現民用航空強國的夢想，必須加快填補商用渦扇發動機的空白。所有具有市場前景的航空發動機品種都需要提高性能，提高產能，控制成本，發展成為有市場競爭力的優質產品。

在科學技術飛速發展的今天，我們既要在傳統樣式的發動機方面迎頭追趕，又要開展新概念、新原理、新能源、新樣式航空發動機技術的研究和開發，要力爭在影響未來的前沿技術領域有更大的突破，為長遠持續發展提供更多的技術儲備。

在儘早解決航發的瓶頸與制約、加快發展航空發動機，上升為國家意志後，中國航發事業正開啟發展的歷史新紀元。讓我們把奮鬥融入這個新時代的偉大任務，迎接中國航發事業春天的到來！

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