“千人計劃”專家：中國航空發動機哪些技術被“卡脖”
科技日報6月24日消息，6月21日下午，由科技日報社主辦的“是什麽卡了我們的脖子 • 亟待攻克的核心技術” 科學傳播沙龍在中國科技會堂召開。國家“千人計劃”特聘專家、天驕航空創新研究院常務副院長王光秋做了主題演講。他重點介紹了航空發動機產業的特點及發展趨勢，並對大家關心的卡脖子的關鍵技術進行了闡釋。全文如下：我在歐洲羅爾斯·羅伊斯公司工作了20多年，在國內商飛工作了五年，對航空領域了解比較多。今天演講的主要分三個方面：第一是航空發動機的產業特點；第二是技術現狀和發展趨勢；第三是卡脖子。在最後這一部分，我將以歐盟和美國在航空發動機領域對中國出口的限制，來說明哪些領域我們還比較欠缺。
航空發動機產業的特點
航空領域的特點很簡單——安全性第一。高投入、高風險、高科技，最後一點也很重要，長周期、慢回報。簡單說，光有錢搞不出發動機，還需要一定條件，需要時間。但是最重要的還是安全性。
例如，空客A380用的羅羅公司的遄達900發動機。有一次我正在新加坡出差，在新加坡起飛的這個飛機就發生了事故，盤旋了近2個多小時後才著陸。由於發動機的失效，中壓渦輪葉片飛出，在機翼上打了一個洞，機翼上導線也打斷了，導致另一側的發動機無法控制。好在飛行員能力很強，安全著陸，沒有造成任何人傷亡，但是事故還是很嚴重的。
後來發現，事故的原因其實很簡單：發動機設計、制造都沒有問題。問題出在一個軸承支座上幾公分大的噴油嘴上。這是一個機油的噴油嘴，由於在加工時車刀走得不均勻，飛行了8000小時出現了疲勞斷裂。最終導致漏油並在軸承腔發生燃燒，造成事故。
高科技意味著高風險。在羅羅公司發動機研制投資回報圖中，能看到水平線下面的發動機都是賠錢的，研發費用有的花10億，有的花30億美元，這些研發費用要賣發動機才能掙回來，如果要走到上面才說明開始盈利，一般來說10-15年很正常。一個中等的發動機，大概得賣2000台才能收回研制成本，所以說在航空發動機領域必須有耐心，有耐性。
一般的風投恐怕不會投資這個領域，因為10-15年才能開始盈利，而且還是在一切順利的情況，有些機型則很難盈利。就拿波音787來說，正常情況下賣400-600架飛機能到達收支平衡。盡管787這個項目很成功，賣了1000多架飛機，但由於延誤多次，很可能需要1300—1400架才能達到收支平衡。而空客A380僅賣了240架，就很難盈利。發動機這個行業一旦進入大量服役以後，維修和賣配件是利潤很高的產業。
技術現狀和發展趨勢
航空發動機的技術挑戰，在役的典型是737、320，中國也搞了919，新一代的787，A350，商飛在搞CR929，也是同類的和這些相競爭的。在未來新產品的方案方面，波音也有一些介紹，如翼身融合飛機（BWB）。我們下一代有可能開始專注超音速發動機，匹配超音速飛機。
發動機的基本結構，這個是傳統結構，傳統結構是兩軸、三軸的，和汽車類似。寶馬、奔馳汽車都是後軸驅動，奧迪是前軸驅動，各有特色。而羅羅生產的大型發動機都是三個軸，GE和普惠是兩軸。這兩年航空發動機有技術革命，普惠公司發明了一種齒輪發動機，成功用於現在的A320NEO，還有俄羅斯的幹線飛機，MC21，還有日本的支線飛機，把低壓去掉安了一個齒輪，這是革命性的。現在最先進的民用發動機，787是典型的在役代表，GEnx和Trent1000，比這個更好的是GE9X，這個沒有服役，TrentXWB已經服役了，這是民機領域絕對第一的。
舉一個例子，3D打印在航空裏真正應用的很少，GEnx發動機噴油嘴是3D打印的。結合中國的情況，3D打印技術，國內高校和私營企業、國營企業，估計幾千家在搞，非常多。我認為，只有真正把3D打印的成果用到飛機上、航天器上才算是成功的。
還有複合材料我國也搞得很多，私營企業碳纖維、樹脂的工廠得有四五十家。我們的產能在世界上數一數二，但是我們自己生產的複材在航空領域用了多少？數量和產能差距非常大。而GE9X和GEnx都已經用複材的風扇了。
再講一下齒輪傳動，齒輪傳動是了不起的突破，國內我們也在學習，這可以說是航空發動機的革命性的一項技術，進一步降低了耗油率，降低了噪音。當然技術不是一蹴而就的，普惠公司從1980年開始，搞30年才成熟，解決散熱的問題。盡管A320用齒輪傳動有點小問題，但是不能抹殺普惠公司做出的革命性貢獻。
下面來說說在軍用航空領域，我們面臨的挑戰。民用領域我們看得很清楚，軍用領域歐盟咄咄逼人，這方面的資料非常少。但是我們可以回顧一下背景，SR-71動力系統是普惠公司1958年生產的，1958年到現在60多年了，這個發動機用在SR-71黑鳥偵察機上。飛行高度達到30000米，最大速度可以達到3.5倍音速。它飛到2萬米高空時，我們根本追不上，導彈也夠不著，1958年就出來了。
這種飛機採用的是渦輪衝壓組合發動機，它是渦輪(渦噴、渦扇)和衝壓兩種發動機組合工作的推進裝置，兩種發動機共用進氣道和尾噴管。2倍半以上音速時有一個閥門打開，渦輪發動機就變成衝壓發動機，速度達到音速3倍。現在國內外都在搞的渦輪衝壓組合發動機，1958年美國已經做了，並且已經普遍應用了。
在這個基礎上，美國有兩種主力戰鬥機——F22和F35，F22是重型的戰鬥機，當時有兩種備選發動機，一是F119，二是F120，F119是傳統發動機，普惠公司的，F120是GE公司的。我們航空發動機目標是讓飛機飛得遠，飛得快，也就是航程長，速度要快，這個思想和剛才一樣。低速是渦扇發動機，高速是渦噴發動機，兩者合一。這樣在沒有任務的時候，巡航就用渦扇發動機，飛的距離長。如果有任務，需要超音速飛行，就用渦噴發動機。
美國覺得F120的技術風險過高，最終選了F119。但是美國國防部很聰明，繼續資助GE公司在這個領域研究，所以又開發了下一個更先進的ADVENT技術，它能讓飛機油耗和機動性根據不同的任務要求得到充分的發揮。
與此相關的資料非常少。我們認為，這個資料還是五六年前的，現在美國已經非常成熟了，美國有一些計劃，F35和F22換發動機會要新一代的自適用循環發動機，這是戰鬥力領域的又一次革命。
過去美國洛馬公司搞了SR-71，現在搞了SR-72，雙模態超燃衝壓，高速下還能點火，就是在超音速以內用的，甚至馬赫數1.5倍，用高速渦輪燃氣發動機。1.5-3倍用亞燃發動機，3-6倍用超燃衝壓發動機，馬赫數6以內的所有性能都能具備。這種察打一體的戰鬥力，美國第一期要無人，以後要有人，這個非常可怕，它可以飛幾千公里，速度是3-6的音速倍數，我們一般導彈可能都追不上。當然這方面資料也非常少。
歐美管制的卡脖子技術
下面說一下歐盟出口管制的卡脖子技術，這也是公開資料。過去北約組織有一個出口管控，1996年以來實施了有41個國家以歐盟為主導的瓦森納協議。這裏有個相對過去來說的一些放鬆，北約組織是50年代成立的，對中國封鎖了已經有六七十年了，理論上講管制要鬆一些。但是至今管制還是很嚴，列的清單基本上差不多。
一台發動機從控制系統，軟件、硬件，整機可以給你；軟件、原程序裏面的相互關系不給你；風扇、複合材料、碳纖維、T800以上的不許給你；高性能樹脂不許給你；制造、加工技術不能給你；發動機實時監測，模擬到哪去了，工作技術如何，這些也不許對中國出口。此外，發動機的高空實驗台也是封鎖的，金屬基複合材料，用在渦輪高溫部件上都不給。在整個發動機性能上，要求渦輪溫度不能超過1650K，現在我們搞的發動機都是1800以上，所以給我們溫度降這麽低，在這個溫度以下引入的技術沒什麽大用，他們都有很具體的限制。而且所有的工藝、制造，包括蠟模、陶瓷芯都不許出口。
羅羅公司開發的新技術，風扇、渦輪盤、粉末盤，凡是它搞的基本上都對我們限制，這個限制的力度非常大。
我再說一個卡脖子的問題，在航空發動機這個領域，因為處處都是卡脖子，已經卡了四五十年了，所以今天這個卡脖子現象就不那麽明顯了。北約組織就卡你，中國的路是走自主研發道路，軍用產品，各個領域都比它落後，已經沒有什麽依賴它的，是完全走自己的路。在民用發動機領域，我們的ARJ飛機用的是美國GE的發動機，919用的是GE和法國公司的合資公司做的，在民用發動機我們目前只能依賴他們。
我總結一下。
第一，航空發動機產業是高投入、高風險，但是安全性第一。第二，在航空領域裏不光有資金，還要有技術積累，像羅羅、GE公司都是一百多年的老公司，而且還不斷有一些技術問題。第三，航空發動機領域的技術發展日新月異，很多技術我們沒想到，人家把產品拿出來了，我們感到非常驚訝。第四，也就是說我們現在在航空發動機領域的研究論文很多，科研成果很多，在應用轉換上，用我們自己發動機飛的報道並不多。
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