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中國60年代航發比法國更先進,為何現在大幅落後?

中國和法國在二戰期間都被侵略淪陷,兩國戰後啟動航空發展計劃的時間極其接近——新中國系統性的建立航空工業是在1951年,法國實施航空振興計劃是在1950年。而在建國初期,中國和法國都大量採購國外飛機和發動機作為主力裝備;航空工業的新生,都是從仿製國外產品開始起步。



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圖:BMW 003噴氣發動機,納粹德國研製於1940年,它是法國二戰後航發的起點。論起步階段,法國條件並不比接受蘇聯全面援助和扶持的中國好多少。在60-70年代,中國在現代航空發動機的主流核心設計——雙轉子結構上開展的比法國還要早,自研和仿製的型號更多。


特別是在很長時間內,中法航空工業的發展都具備一些非常類似的關鍵特點——政府主導改革發展、企業高度集中並國有化、各企業針對不同領域分工、飛機和發動機項目國內合作。比如施奈克瑪公司的法文原意,就是「國營航空發動機研究製造公司」。


但是在後來數十年的發展中,中國在相當長時間內被長期甩開,並且甚至是越甩越遠。直到80年代初期,中央忍無可忍,要在西南另立戰鬥機研發中心,用當時領導的話說就是搞出「中國的達索」,這才有了殲10項目落戶成都,中國戰鬥機研製得以翻身吐氣的一天。


而在直升機、大飛機,特別是發動機等領域,中國和法國的差距依然巨大。世界上現在的航空噴氣發動機總體研製水平的第一梯隊,就是美國通用和普·惠,英國羅·羅,法國施奈克瑪;而別是在燃燒領域的研究水平,施奈克瑪更是頂尖水平。為什麼中國建設出「中國的達索」,卻沒有「中國的施奈克瑪」?

在法國航發的研製歷史上,最顯著的三個特點就是進取心強——是真正發自內心和意志的強,貫徹始終和各個方面,而不是只強在宣誓喊口號上;目光敏銳長遠——極少走彎路,交學費,付代價,而是能第一時間就尋找到未來的發展方向,並付出堅持不懈的努力;腳踏實地——對外來先進技術,法國一直不放棄任何機會學習,甚至是通過非正常手段,但是在發動機型號的研發上,從來不搞大躍進,而是極為講究延續性和低風險。



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圖:阿塔發動機,體積非常不緊湊,笨重,油耗高



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圖:裝備阿塔發動機的幻影F1戰鬥機


在二戰結束後的最初幾年,法國航發工業在明面上的工作,主要是維修美英的發動機等等。但在保密的情況下,法國開始在德國二戰噴氣發動機——寶馬公司的BMW-003噴氣發動機基礎上,改進和推出自己的發動機阿塔系列。


阿塔系列是一種結構簡單、不客氣的說是簡陋的單轉子渦噴發動機。軸流式發動機的基本原理並不複雜,燃燒室里燃油和空氣摻混燃燒,膨脹的高溫高壓燃氣產生推力,並且推動燃氣渦輪旋轉;燃氣渦輪又會在前面帶動壓氣機葉片(以及風扇)旋轉,不斷的吸入和壓縮空氣,使這種燃燒循環能夠維持下去。


而單轉子發動機的特徵,就是渦輪和壓氣機的葉片都是固定死在一根軸上的;渦輪轉一圈,壓氣機葉片絕對不會轉一圈多小半圈或者少小半圈。由於結構非常簡單,因此它特別適合作為「新手任務」給一國航發工業作為起步項目,設計製造簡單,可靠性也高。缺點也很明顯,這種發動機的工作狀態設定靈活性太差,適應性太窄,只在極少的情況下才有較高的效率,因此油耗高、推力小。

法國人在阿塔系列渦噴發動機上,從1945年開始做,研製改進工作一直做到近80年代;歷時三十多年,搞出了15個型號。通過不斷改進材料工藝、優化設計,替換部件,其推力從最早的1.7噸做到6.7噸;將不加力油耗從1.3公斤/公斤/小時降低到0.9;發動機推重比從1.93提升到4.7。



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圖:幻影2000和M53發動機——紙面性能上,M53絕對是最爛的三代機發動機


在1967年,法國在阿塔的技術基礎上,依舊保留其單轉子構架,開發了M53渦扇發動機,並在後來應用在幻影2000上。這種發動機設計推力低(M53-2型推力僅8.5噸),油耗高——就和阿塔一樣,幾乎所有最簡單易懂的主要指標都非常平庸,甚至可以說稀爛。


但是在阿塔和M53上,法國人的基礎打的非常紮實——體現在產品上,阿塔系列(中後期型號)和M53系列雖然指標低,但是可靠性高,檢查維護簡單,極能耐受粗暴使用。體現在技術能力上,施奈克瑪建立起來了一套非常完善的自主設計體系,已經真正開始具備正向設計、製造先進複雜發動機的能力——這是後來它有資格和美國通用公司這樣的頂級巨頭,談下50/50比例技術合作的基礎。



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圖:協和號與奧林巴斯593發動機


這其中法國通過各種機會大量引進當時美英的尖端技術,是其能力迅速提升的一個比較重要的促進作用。比如英法合作搞協和超聲速客機的時候,法國就堅持要求施奈克瑪必須參與進發動機研製過程,並且必須在法國設立獨立的奧林巴斯發動機總裝線,第一台奧林巴斯593發動機就是在法國完成的總裝。



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圖:美洲虎攻擊機和阿杜爾發動機


在這個項目中,法國接觸到了當時大量的英國頂級材料、工藝和設計技術。實際上不只是施奈克瑪,包括其它的法國航發企業,比如透博梅卡公司與英國羅·羅開發阿杜爾發動機的時候,也為法國帶來了大量的新技術,包括單晶渦輪葉片等等。但是這些外來的設計和技術,都是被法國在有序、漸進、可控的前提下,不斷消化並引入自己的發動機的改進和發展過程里;而從未出現如同狗熊進玉米地、發動機項目仿製完一個丟一個的情況。


施奈克瑪關鍵性的發展轉折點,出現在60年代後期;當時施奈克瑪極為敏銳的判斷,開發高可靠低油耗的大涵道比發動機,將在世界範圍市場內獲得極大的份額。在當時,施奈克瑪自己是沒有那個能力獨立完成這種發動機的研製的;最後由法國政府出面,付出了超過兩年的艱難談判和大量代價以後,施奈克瑪與美國通用公司在1974年成立了CFM合資公司。



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圖:B1轟炸機與F101發動機


在聯合研製的過程中,施奈克瑪依舊延續了法國航空跨國合作的50/50原則,即自身要承擔一半的研製工作。CFM項目當時美國政府並不情願——特別是國防部,因為通用公司拿出來的核心機,是B1戰略轟炸機的F101發動機的核心機,是整個美國空軍戰略的核心技術平台;後來的F110、F404、F118等發動機,都是F101衍生出來的產物。


為此法國政府做出了針對美國發動機核心機的物理和技術安全的保證——意思就是不去偷美國的技術,並且承諾不會對美國進入歐盟飛機徵收新稅的情況下,才由通用公司的大力遊說使得美國批准了該項合作。在70年代末期,CFM56發動機獲得適航認證並開始批量生產,這一項合作獲得了空前成功。



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圖:C919裝備的LEAP發動機是CFM56家族的最新型號,法國將在未來對中國出口該發動機的生產線。中國太行、渦扇20發動機均與CFM56家族有濃重血緣關係。


CFM56是有史以來最成功的大涵道比發動機,至今製造了近三萬台發動機,總運行時間超過5億飛行小時。除了滾滾不斷的利潤收入,很自然在技術方面,法國不可能真的遵守他們的承諾;通用公司的大量頂級技術不斷流入施奈克瑪,補全了施奈克瑪原來的很多短板,對其技術發展提供了極大的助益。而現在,施奈克瑪是全球最頂尖的航空發動機燃燒領域技術掌握者之一。



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圖:陣風戰鬥與M88發動機


通過CFM56的合作,施奈克瑪獲得了大量F101核心機在內的關鍵發動機技術;在這個基礎上,施奈克瑪修正、並正式開始研製自己的新一代雙轉子軍用渦扇發動機M88系列。M88雖然在地面台架推力等指標上看起來不如EJ200等型號,但它設計思想上原本就偏重於高速性能,是現在世界上超聲速推力性能最好的中推發動機。


總的來說,法國二戰後到如今的主力戰術飛機發動機,發展脈絡其實非常簡明:在最簡單可靠的單轉子框架體系下,首先搞出可靠實用的產品滿足基本國防需求——這就是阿塔/M53系列;隨著技術不斷成熟,進一步發展結構更複雜、性能更先進的產品——這就是M88系列。



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圖:在當年,渦扇六研發是中國航空發動機所謂「超越法國」的重要標誌性事件


而反過來看國內的發動機研製,中國在1968年6月就實現了雙轉子渦扇發動機WS-6的地面試車,推力高達12噸,看起來比法國簡直要領先太多;但是在數十年後的今天,中國的太行發動機在技術水平和成熟度上遠不及M88系列,渦扇20尚未定型,大涵道比發動機不論民用還是軍用,目前的現役裝備都是完全依賴進口。


如果在殲10當年立項時,中國不僅意識到了要扶持一個「中國的達索」,還該扶持一個「中國的施奈克瑪」,在30年發展之後,中國航空發動機水平本該有脫胎換骨的不同。希望在下一個三十年,中國能扶持出一個類似施奈克瑪的企業,中國航空發動機才會有真正崛起的希望。


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