为什么中国航空发动机这么落后，看完后沉默了！

2015-10-28 10:14

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为啥中国的航空发动机技术落后？

中国的火箭都能到月亮了，国产民用大客机也开始发展了，四代战机也诞生了，为什么战斗机上的发动机一直不能国产化呢？

贺羽的回答：

（因文中有大量关键标注，为保留原汁原味，本文保留原文字体，请见谅。）

这个世界上能自行制造第三代战斗机的国家/地区有12个

（暂不算配套航发按制造地区计按服役计按中国战机世代划分美俄中瑞法欧韩日台印还有按照wiki标准我很不要脸的把巴基斯坦和伊朗也算上了请拍砖）

能自行制造核武器的国家有9个

（美俄中英法印巴以朝）

能自行制造洲际弹道daodan的国家有5个

（美俄中英法）

能自行制造大推力军用涡扇发动机的国家有3个

（美俄中）

能自行制造大涵道大推力高性能民用涡扇发动机的国家则就只剩2个了

（美英：GE 罗罗普惠或者我打肿脸再撑死算你一个IAE）

（我知道以上标准里争议太多咱可以评论区慢慢讨论请轻拍。。）

可以很直观地看到在这个残酷竞争的人类金字塔上中国目前距离塔顶还真是有段距离的。

工业之花人类工业皇冠上的明珠：航发涡扇航发大涵道大推力高性能高可靠度涡扇航发。可也同时是我们目前怎么绕也绕不开的心脏病。

一、航发为什么这么难？

想象一下，苏27的AL-31涡扇发动机最大加力推力是12.5吨，2台AL-31可推动苏27以超过2倍音速飞行。但AL-31的风扇直径不到900毫米，涡轮直径不到300毫米；基本物理学原理，力是相互作用的，也就是说这么小尺寸的风扇、涡轮反过来要时刻承受着12.5吨的力。形象一点说，大家应该都看过壮汉用喉咙顶着钢枪推动汽车的表演，涡扇发动机也大概如此，只是壮汉推汽车是慢慢挪动，而涡扇发动机要推动飞机以2倍音速飞行，各部件要承受住异常严酷的高温高压考验。

另外，一台用于超音速战机的涡扇发动机直径一般仅1米左右、长度4米左右。以AL-31为例，这么小的一个圆筒状物体，要塞进4级风扇、9级压气机、2级涡轮、可收敛-扩张喷管、燃烧室、加力燃烧室，还要在之间安排冷却空气通道，周围安装燃油控制系统等。所以，设计、制造一台高性能的涡扇发动机，可谓"螺蛳壳里做道场"，难度极大。

在世界范围内，掌握一流水平涡扇发动机制造技术的仅有英国罗·罗、美国普惠和通用3家公司，俄法两国都属于二流，这是一个真正的垄断行业。

专业一点地描述，涡扇发动机要达到更大推力、更低的油耗，首要的是提高增压比、提高热效率，涡轮前温度是衡量热效率的一个重要指标。

例如

第三代苏27的AL-31发动机的涡轮前温度是1665K，而第四代F-22的F-119发动机将这个指标提高到了1977K；AL-31的涡轮前温度尚在普通钢材熔点之下，但F-119的已超出约200度。要在这样高的温度下正常工作，F-119的涡轮采用了第三代单晶空心叶片。

具体什么是单晶空心叶片，在此很难展开描述，只能说一片面积仅几平方厘米的叶片具有大量自由曲面、复杂的内腔（用于进气冷却），还要控制合金晶体生产连续一致，这需要极高超的精密铸造工艺。俄罗斯、中国至今尚未或是刚展开单晶空心涡轮叶片的工业化制造。（不过3/19我们在这方面有好消息：《中国突破发动机单晶叶片核心技术打破垄断》中国突破发动机单晶叶片核心技术打破垄断）

令美帝骄傲的F119 F22标配动力。

而发动机要提高推力与自身重量之比，还要将压气机和涡轮造得更轻巧。压气机和涡轮的传统制造工艺是将叶片以榫头、榫槽锁紧的方式连接在叶盘上，但西方先进发动机已开始采用整体叶盘。即用电子束焊接等方法将单晶空心精铸叶片固定在叶盘上，重量可比传统工艺制造的降低30%。整体叶盘的制造工艺有10多种，但除了上述的美英3家航发巨头，其它国家也还未能应用于批量生产。

涡扇发动机的风扇远离燃烧室，热负荷低，但它的气动效率也被继续精进。通用F-119和罗·罗瑞达900发动机的风扇都采用了宽弦叶片，其加工方法是将钛合金毛坯用切削方法加工成两半叶片，用真空扩散焊成一整体空心叶身，最后超塑成极为复杂的曲面。这又是一种全新的加工工艺。

这么说，美军F-22A隐身战机所采用的F-119涡扇发动机为例，它的6级压气机、2级涡轮全部采用带空心单晶叶片的整体叶盘，3级风扇则全部采用宽弦叶片，所以它的推重比达到10，在迎风面积较小的情况下，最大加力推力超过15吨。所以，美军F-22A隐身战机能以1.7倍音速进行超音速巡航；而中俄的四代机歼20、T-50只能暂时采用第三代涡扇发动机，要等待第四代发动机研制成功，飞机才能真正完成研制。

凯特王妃为罗罗公司发展的宽弦叶片宣传。

二、中国航发水平为何与世界一流差距巨大？

我国军事工业以苏联技术援助起家，擅长逆向仿制，在过去解决了多个领域的"有无"问题，甚至有轻武器专家以"山寨之王"自居。对于很多一般装备，逆向仿制即便"不知其所以然"，也至少做到"知其然"。

但涡扇发动机这个"工业王冠"，应用有各种新理论、新材料、新工艺，要做到"知其然"都难，可以说是无法简单复制的。甚至，在没有操作手册的情况下，要将涡扇发动机正确拆开都困难。例如，我们非常熟悉的CFM-56，其使用在波音737、空客A320这些主流商业客机上，是世界上使用范围最广的涡轮风扇发动机之一，但是拆解CFM-56的难度仍然很大，几平方厘米的叶片上分布着许多小孔，这些孔隙的作用是散热的，小孔的位置设置极为讲究，是根据气路走向而定的……因此CFM-56的维护都是由专业公司来完成的。

即便是能制造出各种类型的发动机构件，但是在装配上仍然需要技术、工艺支撑，同一生产线上制造出来的不同批次发动机都存在差别，推比相差甚至可以达到0.2。随着推比达15以上的发动机开始研制，各种新材料被大量应用，发动机结构也越来越复杂，对加工工艺要求也更高。你要仿制别人的新型发动机，所要花的时间可能比自己从零开始研发还要多，而且仿制产品的性能还很可能不及原型机。

这方面我国是有惨痛教训的，例如"太行"涡扇发动机，其核心机就源于CFM-56，太行发动机在05年完成设计定型，但8年过去了仍然问题不断，只用在双发的歼11战斗机上。单发的歼10战斗机对发动机可靠性要求高，直到歼10B量产，歼10系列战机都只能采用俄制AL-31FN发动机。

从科研体制来看，我国以前航空发动机的研发是跟随型号的，即要研制一款飞机，才会去研发一款配套的发动机；飞机如果下马了，发动机也就随之下马了。但美英等发达国家，发动机与飞机研发基本是分开的，发动机核心机的研发提前很多。例如，美国F-22战机所用的F-119发动机属于第四代发动机，但美国的核心机技术已发展到第六代，用于接替F-119的第五代发动机核心机也已制造出来。

美第五代发动机的核心机已经问世了

但正因为难，没有任何捷径可走，才更要完全自主研发，下工夫，花时间，砸银子，在所不惜。

三、别说中国毛子都落下一大截了

苏（俄）的航空发动机制造理念不同。美国制造发动机，考虑了翻修期和寿命，因为一台发动机能更长时间的使用，就说明飞机能更少的更换发动机，这样比较经济。可是苏联根据卫国战争经验，发现坦克和飞机的实际战场寿命往往只有几十到一百多个小时，然后就被摧毁了，所以苏联设计武器就以简单、便宜、容易大规模生产为原则。而二战后苏联军队总是枕戈待旦准备打第三次世界大战，所以更认为航空发动机没有必要需要长寿命和翻修期。在这种指导思想下，苏联制造的发动机翻修和寿命要比美国的短得多。

苏联解体以后，俄罗斯认识到了这种思想已经过时，所以也在改正。现在AL31的改进型号的首翻期和总寿命已经比早期型号有所增加，但是因为基础设计问题，俄罗斯航空发动机的推力、寿命、耗油率、噪声水平和环保水平等主要指标都落后于世界先进水平，所以仍然远不及美国同类的发动机。美国则由于有强大的工业基础，生产武器不计成本，精益求精，不怕最贵，但求最好，所以美国有很多天价武器装备，而且都是做工精良，技术先进，使用寿命也很长。

这里就讲一个段子：

“记得原来有一门课是航空发动机，讲课老师是北航一个毛系航发大师级人物，（俄语说得绝对比汉语标准，妥妥的），参与过WP11，WP7，（等等）的研制，后面就不方便透露了。

一次上课，老师给我们讲解毛系发动机和鹰系对比的时候，拿的老先生最得意的WP7，一个同学很细心的问燃烧室边上为什么会有两个像热水瓶胆容器，而美国发动机没有，老先生说，两个瓶子一个装的汽油，一个装的纯氧，大伙不解，老先生悠然自得地说，因为毛发有个毛病，容易熄火，加上J7的设计机头进气，导致每次daodan发完几乎必然熄火，然后老先生转而一脸得意，傲娇万丈启动：这个时候就打进雾化汽油混合纯氧，加上内燃装置2000K+打火，所以，我们的发动机虽然容易熄火，但是空中再点火成功率百分之百！同学们不要担心！”

“。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。”