国产航空发动机是一个什么水平?

龙象财经


航空发动机一直我国飞机的一块病,无论是军用还是民用领域,如果拿到世界上与欧美大国比,处于怎样的水平?如果按国家来算,在军用发动机方面,美国最强,英俄次之,法国略领先于中国,民用方面,美国依仗通用动力霸占第一,英国靠罗罗居后,法国凭借CFM次之,俄罗斯中国居后。

在军用发动机领域,美国坐拥两大航空发动机巨头,分别是普惠和通用,其中普惠是世界上最大的军用发动机公司,而通用则民用航空的的霸主,两者同时在美国军用市场竞争,熟知的F-15、F-16等世界名机同时可以装备两家的发动机,美军采取策略让两家公司保持良性竞争,现在普惠压通用一头,F-22和F-35均是采用普惠的发动机,其中F-35的F-135发动机是继承F-119(F-22的发动机)而来,最大推力达到20.4吨,为世界之最,除了推力外,寿命,可维护性都极为优秀。通用虽然败给普惠,但是其YF-120和YF-136的技术均保留下来,作为下一代发动机研发的储备。

英国作为传统的航空强国,空军就是二战获胜的最大功臣之一,而与空军战斗力息息相关的航空发动机自然不能落后,世界第二大军用发动机和第二大民用发动机公司罗尔斯·罗伊斯公司就在英国,空客的A380发动机-Trent 900,台风战机的EJ-200就是出自罗罗公司之手,EJ-2000是非常先进的中推发动机,最大推力9000千牛,中间推力6000千牛,推重比逼近10,国内还没有与之媲美的中推发动机。不知道是不是盟友的关系,英国或者是欧洲,并不急于发展第四代大推力发动机,或者是依赖美国吧,反正美欧之间的发动机企业交流甚多,很多都是共用子供应商,技术共享也很多,所以到现在欧洲并没有拿出与俄罗斯117S、产品30媲美的发动机。

俄罗斯自前苏联解体后由于财力的限制和人才的流失,已经跟不上欧美航空发动机的脚步了,但是其基础深厚,还是在航空发动机有一定的实力。在军用领域,俄罗斯近来争气了不少,不再是靠AL-31F混日子,靠一波油价上涨和东方某大国的资金收入,相继推出了117S、99M系列以及第四代大推力发动机-产品30,117S装备了苏-35,最大推力14.5吨,据说寿命、操作性(FADEC)都有了较大的提升,不再是傻大粗黑,而产品30则是装备在苏-57上,属第四代发动机,对标F-22的F-119发动机,最大推力18吨级。而在民用市场,几乎看不到俄罗斯航发的影子,严重落后西方国家,最近才拿出PD-14装备MC-21客机,合格水平的14吨级,这个市场几乎被CFM霸占完,而中俄研制的C929所需的PD-35还在路上,需推力35吨级,而通用和罗罗早有成熟产品。

中国航发是跟着苏联老大哥起步的,从最初的反向测绘开始,其中经历的许多波折,等到步入正轨时,才发现已经看不到欧美同行的背影,落后是事实。现在中国军用航发最为成熟的就是WS-10,但是还是被黑成碳,从2005年定型到现在,不敢说一定可靠,但是连歼-16都使用了WS-10B,这也侧面说明WS-10已经较为可靠了,最大推力14.5吨也与117S相当,但是发动机不能只看推力,其稳定性、寿命、油耗以及可维护性也是重要指标,这点还是不如老毛子,更别说美国了。而千呼万唤的WS-15据说现在处在重要关头,急不来的,这是装备在歼-20上的,与F-119同一等级第四代发动机,推测其推力应该与F-119相似,最大为18吨级。在民用航空市场,俄罗斯尚有PD-14撑门面,中国连一款可靠的喷气式发动机都没有,真的没有,连C919都是使用CFM的LEAP发动机,国产动力CJ-1000A现在还没有装机试飞,日期不明,而军用的WS-20已经试飞,但是目前还没有装备运-20的迹象,现在很多国产特种平台都在等着可靠喷气式发动机,真的是迫在眉睫。

现在看新闻,时不时就冒出中国航发某某领域、某某材料获重大突破,领先美国几十年等等,航空发动机是极为复杂的系统,工业皇冠上的明珠,里面涉及冶金、材料、机构、设计、热力学、空气动力等等,不是单单一个什么材料就可以获得突破,也不是一两年就可以获得成果的,有突破固然可喜,但是这种急功近利的氛围不利于科研人员的研究,要明白一件事,现在欧美就比你强,强十几年,人家不是停下来等着你来超越,人家也在发展,只有比人家发展的更快才能拉近距离!


巴尔干尖刀


军用第二集团,民用第三集团,大约落后美英20年,只不过后劲和发展雄心很大,可以和美国比较。

世界第一集团就两个,美国和英国

世界航发三巨头,美国的普拉特·惠特尼公司(简称普惠或PW)、通用电气公司(简称通用或GE)、英国的罗尔斯·罗伊斯公司(又叫劳斯莱斯,简称罗罗或RR)。这三家公司第一集团地位难以撼动,在军用航发领域,都能够研发生产第四代涡扇发动机,同时也在预研第五代航空发动机。英国罗罗研制了目前世界唯一的四代中推EJ200发动机,普惠研制了F-22的F119-PW-100发动机,并且跟罗罗合作研制了F-35的F135-PW-100/600发动机(F135项目上英国罗罗占有40%股份),通用公司在F-22和F-35上的YF-120和YF-136上都输给了普惠,但是有准四代水平的F/A-18E/F超级大黄蜂的F414-GE-400发动机。同时其和罗罗合作,参加美国空军的下一代航空发动机核心机的研究,跟普惠竞争。

下一代航空发动机--自适应可变循环发动机

在当今航空发动机领域F-35使用的F135发动机,无疑是世界第一科技含量的航空发动机,他延用了普惠公司在F119发动机上的核心机设计,并且继承了反向旋转转子、隐身燃烧室设计、陶瓷复合喷管、树脂复合材料机匣等黑科技技术。同时也将罗罗公司在EJ200发动机上的罗整体叶盘技术以及健康管理系统(EHMS),不仅性能强悍,而且可维护性和可升级性非常出色。F135-PW-100发动机,中间128.1千牛(约13吨),加力推力191.3千牛(19.5吨)。其推重比达到7.47和11.4,都是目前航发的最高数据。涡轮前温度达到2250K水平,比F-22A的F119发动机的1970K水平领先一代,同样是目前世界最高水平(太行发动机是1800K,俄罗斯最新研制的产品30是1950K-2100K)。不仅如此,其模块化设计理念也非常出色。普惠第一阶段增推项目,可以在生产线上更换三个硬件模块,使发动机推力增加6-7%的推力,同时减少5-6%的燃油消耗,使发动机最大推力增加到204.12千牛(约20.4吨)。

在民用领域,这两个家优势更是几乎可以用垄断来形容,上述三家,再加上为了通用跟法国斯玛奈克公司合作组建的CFMI集团(最初是为了打入欧洲市场),再加上罗罗拉上普惠,再加上德国和日本一些企业组成的国际航发集团IAE。这五家企业共同瓜分了世界民用航空发动机市场的95%,大型民航发动机100%的市场份额。从左到右,从上到下依次为,通用电气、CFM公司、IAE公司、罗罗、普惠的标志

我们距离第一集团距离至少20年

目前我们属于第二集团行列,相当于能够独立研制第三代涡扇发动机水平,这个世界上能够独立实现这一水平的,总共就五个国家,那就是联合国五大常任理事国。此外,日本可以说是摸到这个门槛,但是没有高空台以及高级试验平台,需要跟国外合作,再后面是印度和德国。

日本给心神研发的XF5-1达到第三代航发标准,不过他是用四代航发的材料水平硬堆出来,而且还是5吨级推力的小推,个人觉得只能算是摸到第二集团门槛。

在第二集团中,准确的讲我们是刚踏入还不到十年时间,距离俄罗斯还有相当的差距,跟法国同一水平。这方面基础和初始落后太多了,我们一直到上世纪80年代末才吃透米格-21的涡喷7发动机技术,这相当于苏联上世纪50年代末的技术啊,落后苏联30年。一直到2003年,涡扇-9秦岭发动机才通过国产化工程技术鉴定,而且工作状态还不大稳定, 到2005年才完成吃透。而秦岭的仿制对象RB162“斯贝”MK202发动机可是英国罗罗公司在上世纪60年末推出的啊,落后英国将近35年。

秦岭发动机的国产化历程整整用了将近30年,走完这30年,才相当于补完之前的功课。

而我们踏入第二集团的标志,涡扇-10“太行”发动机研发历程,同样是历经千辛万苦,渡过九九八十一难。从80年代开始偷偷拆CFM-56发动机,研究核心机技术。到太行-A装机后,出现熄火、喷零件等一系列严重问题。再到技术和生产工艺稳定,最终到完全体的太行-B,拥有14吨级推力、推比8一级、FADEC完全数字化全权控制、AVEN矢量喷管,真正达到先进的第三代航空发动机水平。
使用太行-B的歼-10C战斗机装备,标志着太行终于行了。

如果跟美国进行比较的话,太行B的水平,相当于美国相当于1998的IPE92和2004年的F110-GE-132之间的水平,寿命上可能有所不足,略微打点折扣,估计在20年左右差距。也正是走完涡扇-9和涡扇-10发动机的历程,我们才真正可以说掌握了先进高性能航空发动机的研发过程,才得以缩短与发达国家的差距水平。

但是放眼世界范围,进行全系列铺开,进行发动机研制的也就中美两家,法国和俄罗斯受限于财力,进行选择性有针对性的研发。而英国则趋向于成为美国航发体系的一部分,但是之后能否继续借鸡下蛋,则比较难说了。

目前,俄罗斯已经研发出给苏-57配套的产品30发动机,已经在苏-57上进行装机试飞,该发动机18吨级的推力、1950K-2100K的涡轮前温度都属于第四代航发水平指标,可以说是一脚已经踏入第一集团的门槛。而我们的焦点则集中在给歼-20配套的涡扇-15,目前涡扇-15可以说是破茧成蝶前的最后阶段,但是从央视纪录片《大国工匠》首次进行官方报道来看,应该也快了。


五岳掩赤城


综合公开资料,推比8一级的“太行”B型批量运用,涡轴-9五年之前已经成熟,三年之内,全部重点型号发动机可实现批量生产,如涡扇-15,涡扇-18和涡扇-20,长江-1000A,以及涡轴-16,5000千瓦级涡轴发动机等。八年之内,下一代在研型号发动机实现运用,基本不缺型号,大部分可与顶级发动机公司在质量上等量齐观。现在的差距是部分型号仍属空白,如民用大涵道发动机,军用推力与推比尚有五年到十年差距,但至少可用堪用,已经开始减少进口,军用型号对外国发动机的依赖正越来越少。应该说有现在的水平,进步不算缓慢,大部分技术已实现突破,正在进入工程化运用。若问大体上是一个什么水平,照最尖端的航空发动机,差距十年以内吧。

眼下的状态。重点型号都在密集展开实验,确保三年之内全部投入大批量应用,停止进口,极个别型号需在五年以内,可以用了,为保证稳妥,还要进口一点,这是非常了不起的成就。不少人不了解,只在概念上听说一个要努力,就吵吵成声,其实就在十年前,有今天的局面,仍是不可想像的,那时都说差距至少四十年,今天我们的三代机拥有了自己的发动机,四代机发动机实现装机只在眼前,运-20的发动机也快成熟起来,至少可以满足使用了,所以我们说差距,也要看到成绩,看到光明的前景,示人一希望,不能说差一点就盲目夸大,现在说差距,各持一词,说差多少年的都有,根本不了解现在我们的水平。这非常有意思,以前说差四十年的某型号,现在装机就在一夜之间,话说这四十年的差距在哪里?要在不知道,根本就缺乏了解。

鼓足干劲。已建立起全部的科研和生产体系,通过打造重点型号,锻炼出一批扎实过硬的人才队伍,现在国家把航发作为国家的发展重点,理顺健全了体制,保证了长期而持续投入,不缺资金,随着科研和生产手段的进步,实现弯道超车,正变为可期之事,照现在的速度,应当说越来越有信心,前景无限光明,气可鼓而不可泄,怎么一说到差距就变得非常脆弱了呢?网络空间哀叹声一片,似乎不在一天之内完成超越,似乎就毫无任何追赶的希望。我们的专家总是谦虚的,谈及差距,总是把困难摆得多一些,以便取得国人的理解和支持,可是自卑了多少年,有人就听不到这俩个字,说到差距就自形渐愧,以为此种心态非常要不得,差距要看到,但也要看到希望,这才是我们真正需要的。

制空者得天下。作为高尖端,集工业技术之大成的发动机,这二年好消息也是接连不断,2012年突破异型孔加工技术,2014第五代高温合金和单晶涡轮叶片正式投产,2015年中国新一代PST钛铝单晶,猛把承温能力提高到250度,要比世界上最先进的技术六代以上,2016珠海航展通用中国总经理就说,现在最高级的发动机80%都在中国生产,只有20%还在美国加工,因此他们说,我们的进步速度实在难以想像,正是有了这样一次次的突破,才实现了重点型号的成功,多少以前不能做的现在都在做,2016年更成立了国发集团,只有专业才精彩,因为专业我们狂飙突进,实验设备早就建立健全,什么大数据,云计算,大链接,极大地提高了生产自动化和智能化水平,可以这么说,已没有过不去的障碍,要干的,撸起袖子加油干,砸上钱,一项项实验就是了,逼近科学技术极限,假以时日,定能将这颗工业王冠的宝石握之在自己手中。


魂舞大漠


水平怎么样,要看用什么指标衡量。

航空发动机种类很多,比如喷气式飞机用的涡喷、涡扇。螺旋桨飞机用的活塞和涡桨,直升飞机用的涡轴。我想问的可能是喷气式飞机的发动机吧。

世界上能生产喷气式飞机发动机的国家有6个,就是联合国5个常任理事国,美、英、法、俄罗斯和中国和乌克兰。技术水平目前中国排在最后一名。

能完全独立生产,且产品种类齐全的有4个,即美、英、俄罗斯和中国。中国排在最后一名。

能够制造大涵道大推力高性能民用涡扇发动机的国家现在有2个,即美国和英国。中国正在努力加入这个俱乐部。迈入这个门槛,就意味着进入中国国产航空发动机进入世界先进水平行列。当然在这行列里暂时还是排在最后一名。

但是大家不要小看轻了这最后一名的位置。这在世界上也是很难得的。

最近这10年,中国航发技术突飞猛进。主要得益于各个相关基础学科领域的长期投入,在设计、材料、工艺等方面取得突破。比如超级计算机运算能力大幅提升,对发动机设计起到很大促进作用。

一个好消息是,为C919配套的国产发动机CJ-1000AX“长江”装配完成。最近已经进行了100%转速测试。

下图为国产发动机CJ-1000AX“长江”

这款发动机瞄准了商用大涵道发动机第四代技术水平,但根据目前国内相关配套产业的能力所限,部分设计指标有所降低。我判断主要是为了“稳妥”。这次发动机开放强调的是一定要成功,而不是盲目求新、求高,只要第一步成功迈出去,以后就有了改进的基础。所以这款发动机整体水平在第三到第四代水平之间,可保障C919发动机的国产化顺利完成。

该发动机是一型双轴大涵道比直驱涡扇发动机,由1级风扇、3级增压级、10级高压压气机、单环形燃烧室、2级高压涡轮及7级低压涡轮组成,采用全三维气动设计、贫油预混燃烧、主动间隙控制等先进技术,以及宽弦空心风扇叶片、整体叶盘、新一代单晶、粉末冶金等先进材料工艺,具有高效率、低燃油消耗,低排放、低噪音,高可靠性、长使用寿命,低维护成本、良好的维修性等产品特性。

该款发动机预计于2025年服役。

下图是商飞在上海浦东临港新建的发动机生产基地。未来的“长江”将在这里起航。


仁观天下


利益相关,回答一下。

国产航发从以前的全面落后,发展到现在是局部接近,大部分落后。

没有网上吹的进步那么多,毕竟设计指标先进的型号大部分还在试验台。

多的不说了,脚踏实地加油吧!


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