国产航空“心脏”要升级

孙爱民

自主研发是一条漫长而艰险的路，虽然中国航空发动机实现了从第二代向第三代的跨越，可民用发动机几乎还是空白。中央拟成立的这个专为研制航空发动机的企业也许会带来新变化

2016年4月12日，成都航宇超合金技术有限公司（下称成都航宇），向外界展示其研发的高温合金产品、多款航空发动机叶片和燃气轮机叶片，这项成果被视为中国航空工业的一项突破。高温合金材料、单晶涡轮叶片，是制造航空发动机和燃气轮机的关键材料。

去年11月，当中国自主研制的C919大型客机首架机正式下线时，舆论“欢呼雀跃”，但随之而来的讨论却发生逆转，因为C919零部件的国产化率约不足50%。航空发动机，正是中国航空界的痛点。

继英国、法国、美国、俄罗斯之后，中国因几款自主研发的军用发动机，成为第五个能够自主研制航空发动机的国家。但国产航空发动机与航空发达国家相差较大，即使与乌克兰相比也差十年以上。

中国的航空发动机实现了从第二代向第三代、从涡喷向涡扇的跨越，从中等推力向大推力迈进，不过，军用发动机种类不全，民用发动机几乎仍是空白。

过度依赖进口与仿制

“在中国工作十几年，我非常困惑，中国为什么没有自己的民用航空发动机？”年近80岁的薛国航接受《财经》记者采访时说。

出生并成长于美国的薛国航，在航空界打拼逾60年，曾担任美国阿波罗登月计划太空船动态分析工程师，在美国拥有自己的飞机制造公司。十多年前，薛国航为打开中国通用航空市场（从事公共航空运输以外的民用航空活动），在广东珠海成立珠海雁洲飞机制造公司（下称雁洲公司）。

雁洲公司现上马了两条飞机生产线，拥有年产300架通用航空飞机的生产能力，但其所用的发动机进口自奥地利。

进口发动机价格昂贵，“发动机的进口成本约占整机成本的三分之一”，薛国航表示，技术不能总是受制于人。去年，他决定公司斥资千万美元，组建自己的发动机研制团队。

发达国家历来严禁向国外转让航空发动机核心技术，西方国家之间也不例外。中国航空发动机起步于薄弱的工业基础，建国初期，为满足部队装备的急需，采用的是引进生产和测绘仿制国外产品。

航空发动机是综合性高技术，特别是高压、高温、高速、旋转和化学反应交织在一起，涉及多领域，且许多基础科学问题需要解决。

仿制与合作的道路无法抵达核心技术的终点站。航空发动机先进与否，主要从性能指标与可靠性两方面综合评价。北京航空航天大学航空科学与工程学院飞机系主任黄俊分析，在仿制基础上研发的发动机，性能方面国内有的甚至高于发达国家，但可靠性方面做得不足，“性能不好最多使飞机功率不高或者油耗过高，可靠性却直接与生命相关”。

就飞机发动机而言，民用机型与军用机型的发动机在技术上并没有太大区别，只是民用航空发动机对精密度、稳定性的要求比军用发动机高。

60多年来，中国都是以军用发动机为主。在维护修理、测绘仿制、改进改型等方面，国内生产了几十个型号、近10万台各型发动机。但长期的测绘仿制思维，过度依赖国外产品与技术使发动机创新动力大打折扣。“原创技术太少，与世界水平存在较大差距。”中科院院士、工程热物理专家徐建中表示。

目前，国产航空发动机基本是在陈旧型号的基础上进行改进，甚至是在40年前设计的发动机上进行提高功率、降低油耗等性能方面的改进。原因是，专利引进或测绘仿制的发动机型号过多，延续时间过长；且在仿制过程中，没有安排足够的经费和精力去消化吸收，使许多关键技术并没有吃透，对促进自主研发的作用有限。

航空发动机的研发与产业发展起源于欧洲，上世纪40年代，美、前苏联两国开启了涡轮喷气发动机的研制，最初也是购买英国产品仿制，但两国只仿制了一轮，便很快转向自主研制的发展道路。

国外研发奉行的是“动力先行”。所谓动力先行，主要是指发动机的关键技术预研、材料工艺技术、基础设备条件建设要先行，还要提前进行核心机与验证机的综合技术验证。

在“动力先行”原则的指导下，飞机设计与发动机研发往往是分开进行。

然而，在国内，长期以来，这两项工作都是由中国航空工业集团公司同时开展，而且发动机的研发是跟随飞机型号的，即要研制一款飞机，才会去研发一款配套的发动机。这导致如果飞机项目下马，发动机研发也得下马，或者如果与国外谈成合作项目，在研的发动机研究项目也将被中止，前期的研发投入付诸东流，积累的研发成果也很难适用于下一个型号。

一位航空发动机业内专家介绍，国内在研发设计“歼十”时，飞机早于发动机先设计出来，发动机的研发项目一度被叫停，后来前苏联解体，“歼十”用上了俄罗斯的发动机，上述项目的支持便被中断。

“运十”的研制也碰到同样的状况。当时中美关系缓和后实现了发动机的交易，专为“运十”配套的发动机研发项目被中止。

黄俊告诉《财经》记者，“直十”刚开始研制时，中国与美国普惠公司达成购买协议，美方发现发动机将用于武装直升机后便停止交易，后来通过与乌克兰技术合作才成功生产。“国内发动机的研发生产过度依赖国外合作与技术，假如不能买或者买不来的话，中国的自主研发可能更强。”

自主研发是一条漫长而艰险的路：美国从粉末冶金涡轮盘技术开发到大量应用一共用了12年；国外二代战机研制周期为5年-7年，发动机为7年-8年；三代战机研制周期为6年-10年，发动机为10年-15年；四代战机研制周期为10年，发动机的研制周期长达15年-18年，甚至更长。

可是，在国内非但未能潜心做长期专注研发，还让许多引进项目挤掉或者削弱了自主研制工作，占用大量的人力、物力和资金。

发动机的研发与制造需要经验与时间的沉淀，进口、仿制代替不了技术的积累。“乌克兰的直升机发动机产业就是继承了前苏联的遗产，才能在欧盟、美国与俄罗斯之外开辟自己的市场。”国内一位著名的航空发动机专家对《财经》记者分析。

材料终于有了突破

发动机的核心部件是空气压缩机、燃烧室与涡轮。空气压缩机在低温环境下工作，燃烧室与涡轮则为高温环境。中国在冷端部件方面有很大进展，甚至有欧美公司把空气压缩机的制造外包给中国公司来做，但是，最难的涡轮研制还没有显著进展。

燃烧室与涡轮都在1000摄氏度以上高温环境下工作，对材料本身与散热是很大的考验。30年前，黄俊还在读书时，航空业界就在研究耐高温材料，现在仍未解决，“几十年来国内都认识到工艺与材料方面不足，具体到哪个部件存在什么问题不清楚，都说是‘综合问题。”

用于装配发动机热端的高温合金技术严重落后于国外，是涡轮研发的短板之一。即便是轻型的通用航空机型，如雁洲公司生产飞机所使用的材料，也从国外进口。“国内造的铝合金材料不能用于飞机机身，更别提用于发动机。”薛国航说。

目前，国产最先进的“太行”发动机仍未使用单晶涡轮叶片和整体粉末冶金涡轮盘，这在国外第三代航空动力装置中已被广泛使用。国内仍以相对落后的多晶技术为主，且成材率、使用寿命与航空发达国家比，有不小差距。

单晶高温合金叶片是航空发动机热端最为关键的部件之一，被誉为“皇冠上的明珠”，其服役环境极为苛刻，在高温、腐蚀环境下承受大载荷，而且要上有千小时的寿命。国际上的单晶合金材料已发展到第四代，承温能力提升到1140℃，接近金属材料使用温度极限。

此次，成都航宇公布的高温合金产品、多款航空发动机叶片和燃气轮机叶片，基本覆盖了目前国内在役、在研的所有机型。国际权威第三方检测机构美国麦锡金属处理技术服务有限公司出具的一份检测报告表明：送检的单晶叶片在高温拉伸性能、高温持久性能、宏观金相、显微组织等方面的测试结果，均符合欧美标准。

国内在航空材料的基础研究领域滞后、高端研发人才匮乏。成都航宇在三年内出成果，首先是通过“千人计划”，先后引进12位海外专家。

成都航宇是陕西炼石有色资源股份有限公司（000697.SZ）的全资子公司。炼石有色一位负责宣传的工作人员接受《财经》记者采访时表示，核心专家为拥有30年航空发动机供应链管理经营的王立之，曾任英国罗罗公司上海分公司亚太区供应商发展执行官，与亚太区供应链质量技术执行官。叶片制造由来自美国麻省理工学院的博士负责，合金制造则由来自英国剑桥的博士负责。

成都航宇还从国外引入“单晶炉、焙烧炉、压蜡机”等核心设备，建设了一条年产80吨含铼高温合金生产线和一条年产5.5万片单晶涡轮叶片生产线，项目投资8亿元。

炼石有色拥有世界第五大铼矿资源。铼主要用作超耐热合金与催化剂，熔点为3182摄氏度，是典型的新材料，近年发展的含铼单晶高温叶片被用于新一代航空发动机中。全球铼消费结构中，涡轮发动机部件占铼消费的60%。2012年，炼石有色依托已掌握的钼铼分离技术，开始进军航空航天高端材料行业。

上述炼石有色人士表示，发布会公布的产品将在成都航宇的体系认证和客户认证完成后，进入正式量产并实现销售。

发动机专项再受关注

航空发动机是个“烧钱”的行业，一型发动机研制费需要几十亿元，而中国通常研制一个型号经费要比国外相应型号经费少一个数量级，这使一些耗钱耗时的项目的关键试验被省却，致使一些关键技术和试验数据缺失。

美国从20世纪60年代开始，由军方和政府相继实施了十几个航空动力研究计划。过去50年中，美国在航空发动机领域的累计投入达到1000亿美元。一位业内人士在接受央视采访时曾称，50年里，中国航空发动机研发投入只有5亿元。

研发经费不足常常为业内研究专家所诟病。航空发动机几乎涉及了工程领域的所有学科，周期长、风险大，靠零打碎敲的投入和“游击式”的研发，难以形成完整的研制、生产技术体系。2012年，全国政协委员甘晓华，提交了一份将航空发动机列为国家重大科技专项的提案。他在提案中提到，中国将发动机作为飞机的附属品方式，要有一型飞机研制才能有一型相应的发动机立项，立了项才能有经费支持。这种被动的“游击式”发展方式严重制约了发动机研制、生产技术体系的发展和完善，难以形成完整的发动机型号谱系。

如果将航空发动机列入专项，意味着少则数百亿、多则上千亿元的科研经费投入，需在国家统筹之下，规划和实施其研发、生产战略，至少在研发经费上缩短与美国的差距。通过相关人力、财力和物资力量，打破部门界限，群策群力，进行关键技术攻关和资源集成，建立航空发动机技术体系和规划航空发动机型号谱系。

2012年全国“两会”以后，航空业界、学界与媒体对航空发动机列入国家重大科技专项寄予极大的期待，各方传递出的信息好像项目启动是板上钉钉的事。但三年过去了，立项的事毫无进展。

一位参与“我国航空发动机和燃气轮机工程咨询研究报告”的工程院院士告诉《财经》记者，项目之所以停滞了这么多年没有进展，主要在于体制没有理顺，“几百亿的科研经费怎么分配？媒体关注的不是哪些关键的技术有望突破，而是哪家相关的股票要涨，哪家公司得利。这也从侧面反映了重大科技专项背后的利益链条多么复杂”。

2015年政府工作报告提出，要实施航空发动机、燃气轮机等重大项目，加大国防科研和高新技术武器装备建设力度。按照惯例，每年度政府工作报告中提到的重点工程，后续都会获得政策的有效落实，航空发动机专项的推出被业内认为“最真实”的一年。不过这一年，航空发动机专项仍没有太大“动静”，只在2015年5月，国务院印发《中国制造2025》规划中，将航空发动机作为重点发展领域。

上述工程院院士称，“直到现在，中航工业与北京航空航天大学还在争论项目办公室设在哪里。”

2016年初，一个重大利好消息再度调动起业界人士的热情。2月25日，工信部部长苗圩在国务院新闻办举行的新闻发布会上表示，工信部今年一个重点任务就是要启动实施飞机发动机和燃气轮机重大专项。这一专项行动聚焦涡扇、涡喷发动机领域，同时兼顾有一定市场需求的涡轴、涡桨和活塞发动机领域，主要研发大涵道比大型涡扇发动机、中小型涡扇/涡喷射发动机、中大功率涡轴发动机等重点产品。

3月再度传出消息，中央拟成立中国航空发动机集团有限公司，专为研制国产航空发动机。一些分析人士认为，这意味着被誉为“发动机三剑客”的成发科技、中航动控和中航动力可能从中航工业中独立，航发集团组建进入实质性阶段。