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美媒称中国歼20发动机制造获惊人突破

时间:2012-08-25 17:02:02  来源:  作者: 已有条跟贴

 美国《洞察中国》(China Sign Post)网站曾登载文《中国喷气发动机的发展:国产高性能涡扇发动机是实现战斗机制造完全独立自主的最后环节》,该文所述观点被中国媒体评为“极具前瞻性”,文章称“低估中国国防工业系统的实力是不明智的。”“中国独立生产高性能喷气发动机技术仅需达到美国20年前的水准就可以具备为歼-20战机提供稳定而强劲的动力支持。”“未来两三年内,中国就将取得令人惊奇的突破。”

仅极个别国家掌握军机发动机技术

在研发国产高性能航空发动机、用于装备军用飞机方面,中国的战略关注很明晰,这一战略选择包含着重大的航空工程技术挑战。世界范围内,仅有屈指可数的几家公司真正掌握这项技术。

这并不奇怪:发动机就是飞机的心脏,与人体系统不同,发动机可以独立设计研发,但是这面临着温度、压力、过载等多种挑战,只有最先进的材料、最合适的机械加工,才能搞定。
 

 

中国两款主要战机发动机发展历程

近年来,中国在材料和制造方面取得了一些进步,但在部件、系统的设计集成(这都是发动机发挥最大效能的关键因素)以及基于可靠性特征制订后勤和使用管理方案等方面,进步依然有限。

掌握最先进发动机 中国还需十年

中国将会花上2到3年才能获得与当前在航空发动机方面聚集投资相称的综合技术能力;5到10年后,中国才能持续地批量生产第五代战斗机所需的高端涡扇发动机。一旦达到这个阶段,中国就将跻身高端发动机制造国俱乐部,战略意义重大深远,同时,又能消除一个为数不多的依赖俄罗斯技术的瓶颈。

寻求能够制造高性能军机发动机的中国航空工业,由以下四项战略急需驱动:(1)部件对外依赖;(2)俄罗斯提供意愿不足;(3)飞机外销自主;(4)糟糕的俄罗斯售后服务。

中国不希望国家最现代化的战机在核心部件尤其是动力方面依赖从国外进口。俄军在未来10年采购的军用发动机数量将超过苏联解体后20年的总量。当年苏联解体、军备采购下滑才迫使俄方对华出售航空发动机。

如今,俄强化空军,翻新飞机,为现有飞机平台换发,以及采购苏-34、苏-35和T-50等先进战机,这将导致俄罗斯航空发动机制造业的出口意愿削弱,甚至限制出口数量。俄罗斯可能更愿意优先出售战斗机整机。俄印联合研制的五代机项目也将拉动对先进发动机的需求,即便中国能够获得一些先进的俄制发动机,也将无法满足战机生产的需要。

中国正日益成为先进战斗机出口国,比如向巴基斯坦出口歼-10和FC-1“枭龙”战机,中国不希望外国发动机供应商拥有军售问题上的否决权。FC-1与米格-29使用相同的RD-33发动机,但FC-1售价低廉,在发展中国家军购市场上成为俄制飞机的强力对手。
 

 

美媒对中国在2011-2020年非俄制军用涡扇发动机的需求数量预测(最低量、基本量和最大量)。

虽然俄方最终准许中国出口这款战机,但这段经历让中国飞机制造商认识到,如果配备了自己的航空发动机,中国战机才能更容易出口。歼-10和歼-11B战机也面临类似问题,一旦中国决定出口这两款飞机,同样可能在发动机问题上遭遇掣肘。此外,中国在俄方发动机以及其他零部件售后服务方面有过惨痛的经历。

中国五年投百亿只为一台发动机

2011年4月,中国航空工业公司(中航工业)掌舵人林左鸣曾表示,尽管中国航空工业取得了快速发展,但在先进喷气发动机制造领域仍然存在醒目的弱势方面。为缩短差距,中航工业将把航空发动机研发放在优先地位,未来五年内将投资100亿人民币(15.3亿美元)用于先进航空发动机的研发。

中国涡扇-10(WS-10)“太行”涡扇发动机及其改进型的性能指标与美国普惠F100和通用电气F110系列发动机相当,它们是目前美军F-15和F-16的动力。“太行”家族据说还是歼-11B的动力,可能最后取代俄制AL-31,成为歼-10和歼-15的主要动力。

据中国媒体2010年11月报道,一款推力27 ,500磅(约125千牛)的涡扇-10“太行”发动机已投入批量生产,将用于配备歼-11B。尽管如此,仍然有证据表明中航工业在扩大涡扇-10量产过程中存在着维护稳定性和质量控制的问题,造成发动机可靠性不足,致使中国战机仍然严重依赖俄制发动机。

俄罗斯国防工业认为,中国不能量产性能可靠高性能军用涡扇发动机的现状将会持续下去。俄罗斯主要喷气发动机制造商土星科研生产联合体(NPO Saturn)预言,2019年之前它将仍然是中国歼-10和FC-1战斗机发动机的主要供应商。

有消息称,2011年中国与俄罗斯洽谈购买190台D-30KP-2涡扇发动机事宜,这些发动机可能用于中国的俄制伊尔-76运输机,土星公司的乐观估计可能部分基于此事。

国产发动机为歼-20量产制造难题

由于缺少足够数量的国产高性能涡扇发动机供应,未来歼-10、歼-11、歼-15乃至歼-20战机的量产都将受此影响。歼-20项目尤其需要国产发动机的研发生产取得突破,因为俄罗斯显然不愿向中国出售117S系列发动机,这种发动机具备足够的推力,能够使歼-20实现超音速巡航,从而在性能上与美国五代机F-22和俄罗斯五代机T-50/PAK FA相匹敌。
 

 

2002号歼-20战机准备试飞

控制软件是航空发动机技术的关键环节,中国必须加以掌握,从而生产出自己的高性能发动机。许多航空发动机性能参数可以通过软件进行调整,看似简单的软件升级却能显著提升发动机性能,发动机制造商往往因此向用户收取高额费用。

军用发动机软件源代码的编写耗费巨大,任何发动机出口方,都会把软件问题当作重大问题。尽管以色列等国屡次要求美国转移控制软件源代码,美国始终拒绝泄露。

高性能喷气发动机的生产难度极大,虽然今年来的发展来看,任何低估中国航空工业的做法都是不明智的,但西方还不能确定中国航空发动机的设计能力。

为了登上航空发动机研发制造的顶峰,中国航空工业必须对整个体系进行规范、升级和优化,这就要求必须使用高水平全寿命周期管理工具、软件,并建立从始至终的技术支持体系。

 

用来表征航空发动机性能的最重要指标就是平均故障时间(MTBF)和平均大修间隔(MTBO),它们对发动机维护管理和预估发动机性能至关重要。优良的航空发动机系统唯有在设计、监控和全寿命管理等环节同样优良,但是对于中国来说,在这方面尤其薄弱,因为此前中国一直严重依赖对国外设计产品的拷贝和仿制,这种做法无法获得发动机的研制和管理能力。

中国航空发动机制造技术工艺优与劣

近年来,中国航空发动机制造技术与工艺获得明显提升,中国的专家表示,本国的航空工业水平已经在诸多关键领域提升了航空发动机的制造能力,这主要体现在以下几个方面:

——精密切割、焊接和机械加工(如生产涡轮叶片所需的五轴铣削);
——特种材料叶片制造,据称,涡轮叶片质量合格率已超过95%;
——空心风扇叶片制造(空心钛合金风扇叶片要比同类叶片减重15%-20%,能提升发动机节油性能,同时,空心叶片还能降低发动机的旋转惯量,提高飞机机动时发动机的加速性;
——生产过程中的自动化水平,提升标准化水平和效率;
——计算机辅助过程建模;
——高品质标准化零部件的生产能力提升。

中国希望开发歼-20第五代战斗机使用的高推力发动机,但由于基础差,这一雄心面临挑战。

——现在生产中加工超耐热合金材料仍是难题;
——中国现在超耐热合金还不能完全自给;
——中国发动机工业应该设法将研究和制造部门整合;
——中国需要努力实现的全面质量管理能力,确保质量管理的有效性;
——中国目前尚未采用西方企业使用的全寿命设计工具;
——中国航空发动机已经在设计环节广泛应用了计算机辅助设计和制造工具,但在服役使用方面应用还很不足。

当然,中国航空发动机有自己的后发优势,可以从先进国家航空发动机研制中获取经验教训,显著缩短研发时间。

中国航空发动机人才缺口很大

和美英等国军用航空发动机工业相比,中国航空发动机工业在人员规模上仍显不足,但已经超过了俄罗斯和法国的水平。黎明公司和西安航发这两家中航工业最大的军用发动机企业,人员不足20 ,000人。
 


全球军用涡扇发动机主要生产商的产量对比表,从左到右分别是中航工业西安航空发动机公司、俄罗斯阿维达维格特尔发动机公司(AviaDvigatel)、俄罗斯土星科研生产联合体(NPO Saturn)、法国斯奈克玛发动机公司(SNECMA) 、俄罗斯乌法发动机制造联合体(UMPO)、中航工业黎明航空发动机公司、美国普惠公司(Pratt & Whitney)、英国罗罗公司(Rolls-Royce)、美国通用电气航空公司(GE aviation)。

与之相比,普惠、罗罗和通用电气航空分部每家企业人员都超过了35,000人。为了追求军用航空发动机自给化,中国航空发动机工业可能在未来会扩大规模。俄罗斯UMPO目前人员规模为15, 000人,计划在2010年生产109台AL-31和AL-41发动机。通用电气航空分部每年大约能交付200台高性能涡扇发动机和总数800台军用发动机和直升机用涡轴发动机。

在改善现有发动机性能和延寿方面,中国已取得明显进步,有消息称,中国已经成功使俄制AL-31F发动机的使用寿命从900小时延长至1,500小时。中国涡扇-10以及其他新型航空发动机也会采用类似的延寿技术。

在体制上,中国国防存在装备来源单一的问题。发动机领域宏观竞争不足,微观竞争过多,造成局部利益交换和利益保护,资源配置不合理将延长研制和生产周期。中国需要优化航空发动机行业的组织结构和运行方式。

中国C919大飞机成新鲜血液

CFM国际是世界上最大的商用喷气式发动机制造商,中国C919大飞机选定该公司的LEAP-X1C发动机作为动力,该发动机的核心机应用了整体式叶盘设计,叶片和轮盘由一整块金属加工而成,大大提高可靠性的同时,最多可减重30%。

通用电气F414(用于F/A-18E/F“超级大黄蜂”战机)、普惠F119(用于F-22“猛禽”战机)、F-135和通用电气F136(用于F-35“闪电”II战机)都应用了这项技术,鉴于中国致力于涡扇-15和其他先进军用涡扇发动机的研发,如果能够通过商用发动机合作项目掌握上述技术,对于中国航空发动机工业将大有裨益。

中国军用航发即将获惊人突破

低估中国国防工业系统的实力是不明智的。中国已经进入了更加迅速的飞机研发时代,正在研发或准备量产一系列飞机,其中包括歼-15、歼-16、歼-20等。未来2-3年内,中国在独立生产高性能喷气发动机的能力方面,将取得令人惊奇的突破,但真正制造可靠的顶尖发动机,则还需5-10年。
 

 

高性能涡扇发动机生产中加工超耐热合金材料是难题;中国需要努力实现的全面质量管理能力,确保质量管理的有效性。

如果中国的航空发动机制造者的技术能力达到美国20年前的水准,中国就将具备用国产发动机驱动本国第4代和第5代战机的实力。对于促使中国成为令人生畏的地区空中力量,上述发展至关重要。这值得美国政策制定者密切关注。

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