众所周知,日本有十分完整和强大的工业基础,在汽车、机床、医疗器械、工程机械、工业设备、半导体、光学仪器等领域出类拔萃。但印象中日本的航空发动机似乎不太行,几乎完全依赖美国,这个也经常被国人聊以慰藉,因为不管怎么说,我国还是有几款自主研制的航空发动机,目前还进入了高速发展阶段,而航空发动机又是“工业皇冠上的明珠”。
然而,2019年6月29日,IHI(石川岛播磨重工业)向日本防卫装备厅交付了战斗机发动机原型机XF9-1,XF9-1的不开加力最大推力11吨,开加力后最大推力15吨,已经超过了AL-31F(苏27系列用发动机)和F-100(F15用发动机),以及我国的“太行”,与F119(F22用发动机)基本相当。
虽然只是原型机,但足以引起巨大震动。有的人不屑一顾“原型机而已,好多可靠性、安全性的问题还没解决,离服役还差得远”;有的人极力吹捧“日本工业那么强,做事那么认真,真要搞航空发动机,美国都不是对手”。
这两种论调都有失公允,下面我们来认真分析一下,日本到底能不能研制一流航空发动机?
一、日本一直都在航空发动机领域扮演重要配角。
在世界军/民用航空发动机领域,主角当然是GE(美国通用电气)、PW(美国普拉特·惠特尼)和RR(英国罗尔斯·罗伊斯)三巨头,日本企业则一直都在扮演重要配角,但不容忽视。
1. 航空发动机部件研发和制造
1981年,IHI、三菱重工和川崎重工合资成立日本航空发动机公司——JAEC,参与了多型民用航空发动机的研发和制造,主要包括:
1)V2500系列发动机,装备A320系列飞机,PW和RR主导研发,JAEC占据23%的份额,负责风扇/增压级和低压涡轮轴的研发和制造;
2)CF34系列发动机,装备我国商飞ARJ21、庞巴迪CRJ900等支线客机,GE主导研发,JAEC占据30%的份额,负责风扇/增压级、低压涡轮轴、附件齿轮箱等部件的研发和制造。
2. 航空发动机制造
日本企业凭借优秀的机械制造能力,在航空发动机制造上的参与更加广泛,主要包括:
1)IHI取得了一系列美国航空发动机的生产许可,包括J47、J79、F100、F110等涡喷/涡扇发动机,T56、T64等涡桨发动机,T58、T700等涡轴发动机,这些发动机主要装备于日本从美国购买的飞机;
2) 川崎重工负责RR研制的Trent-XWB中压压气机的制造;
3)日本企业负责GE研发的GEnx的高压压气机和低压涡轮等部件的制造;
4)日本企业负责PW研发的PW1100G的低压压气机、燃烧室、风扇机匣等部件的制造。
3. 成附件和原材料
1)日本NTN为多型民用航空发动机提供轴承。
2)东丽,东邦,三菱丽阳三家日本公司在世界碳纤维市场的总份额达到70%,碳纤维是制造复材风扇叶片和复材风扇机匣的原材料。
3)RR研制的Trent-1000高压涡轮使用的即是日本国家材料科学研究所(NIMS)开发的单晶材料。
虽然是配角,但通过参与GE、RR、PW三巨头主导的航空发动机的部件研发,为三巨头提供零部件、成附件和原材料,日本企业积累了大量航空发动机零部件研发和制造经验,而且几乎涵盖所有零部件,为航空发动机整机研制奠定了基础。
值得一提的是,日本为GE、RR、PW三巨头提供零部件,是切实盈利的企业行为,我国也有大量企业为三巨头提供零件,但是主要依靠的价格优势,主要目的是藉此提高我国航空发动机制造水平,获取国外先进管理经验,至今没有几家扭亏为盈。
二、日本当前还缺乏一流航空发动机研制所需的经验和设备
日本虽然除了此次公布的XF9-1,日本之前还研制过的发动机整机型号包括XF5-1战斗机用发动机和XF7-10大涵道比涡扇发动机,表示日本已初步具备了航空发动机整机研发的能力。但是XF5-1最大推力只有5吨,没有合适的装机对象,而XF7-10的装机对象为日本自研的P-1反潜机,产量很小,因此与GE、RR和PW三巨头相比,日本企业的整机研制型号较少,服役数量少,经验还很缺乏,尤其是可靠性、安全性、维修性和维护性设计等方面的经验,这些经验需要依靠发动机大量服役来暴露问题,然后不断解决问题来获取。对于像日本这样严谨、细致的民族,获取经验进而完善的速度是很快的,因此缺乏经验对于日本而言并非很大的障碍。
此外,日本当前也缺乏一流航空发动机研制所需的大型试验设施,主要包括飞行台、露天台和高空台等,因此在这方面还得依赖美国。日本缺乏大型试验设施,最主要的原因不是技术问题,而是成本问题,大型试验设施建设成本高昂,如果没有足够多数量的型号研制,自建太不划算。
也就是说,经验和设备都不是日本研制一流航空发动机的主要障碍。
我国有大量军用航空发动机型号研制经历,也有大量发动机服役,但是大部分型号主要靠仿制,而且没有建立很好的服役跟踪完善机制,因此实际航空发动机研制经验并不一定比日本多,我国对日本最大的优势是建有相对完备的试验设施。
三、日本研制一流航空发动机的最大障碍到底是什么?
1. 军用航空发动机
军用航空发动机不需要深入参与市场竞争,政府完全可以打着战略安全的旗号优先采购本国航空发动机,但是日本由于军机数量太少,对军用航空发动机的需求量就太少,而其他大国也出于战略安全和维持自身工业能力的考虑,基本不会考虑采购日本的航空发动机。而且日本今后相当长时间内不会面临被“卡脖子”的风险,耗费大量纳税人的钱支持这一产业也会面临国内的反对,因此日本政府对于本国军用航空发动机研制的支持决心和力度注定不可能太大,这是日本研制一流军用航空发动机的最大障碍。
2. 军用航空发动机
民用航空发动机需要深入参与市场竞争,目前该市场已被GE、RR、PW三巨头及其控制的合资公司垄断,三巨头均有50多年的民用航空发动机的研发、制造、维修经验,其产品不仅性能指标一流,可靠性、安全性、维修性和维护性更是顶尖水平,广受飞机制造方和航空公司的信赖。
对于新手来说,最困难的是压根没有证明自己的机会。三巨头的所有新型号研发,都是在成熟型号的基础上加以改进而来,可靠性和安全性有充分的保障,即便这样,航空公司还是会对新型号发动机提心吊胆,何况一家新入门公司的新产品,况且如果采用新入门公司的新产品,保险费用必然大幅上涨,因此所有航空公司正常情况下不可能选用新入门公司的新产品,也就是说,没人愿意拿命给你练手。因此新手压根没有证明自己的机会,而航空发动机的可靠性、安全性、维修性和维护性,又需要依靠海量的飞行时间,在不断解决问题的过程中逐步完善,如果连飞的机会都没有,何谈完善?
当然,也不是完全没有出路,依靠企业自身的力量无法突围,那就得依靠政府,办法就是日本政府对其国产民用航空发动机进行大幅补贴,至少要抵消航空公司保险费用的上涨,维修和维护成本的增加,然后靠政治力量影响国内航空公司,或者以价格优势获取部分订单,再大肆宣扬其服役期间的优异表现,以及利用服役期间的经验不断完善产品的可靠性、安全性、维修性和维护性,继而获得越来越多的订单,从而在该领域站稳脚跟。但是,对于日本来说,此举几乎不太可能,首先美国和英国必然会指责日本政府搞不正当竞争,另外日本国内也不会答应,拿纳税人这么多钱去扶持一家公司,日本政府没法交代,这是日本研制一流民用航空发动机的最大障碍。
相对于日本,我国航空发动机研制的环境要好很多,由于面临被“卡脖子”的风险,我国政府对航空发动机产业的支持决心和力度都是任何其他任何国家都不可比拟的,而且国内军/民用航空发动机市场庞大,可以提供相当充足的“练手”空间(这句话有些残忍,但事实就是如此)。因此,我国即使在航空发动机产业领先日本,其实也没有太值得骄傲的,而如果仍然落后于日本,我们真的该好好反思了。
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