文|古今科普录

编辑|炽页木苒

前言

中国在进入21世纪以后，一直是公认的世界制造大国，这次又研制出发动机叶盘耐磨性高出美国十倍的成就，会给我们航天事业带来什么影响？

国产发动机

发动机的重要性

航空发动机一直是一个重中之重的存在，它关乎着不管是客机还是战斗机的运作能力，发动机的差异也会决定飞机是否可以持久执行任务。

航空发动机是装备制造领域的最高端产品，代表着一个国家的科技水平和综合国力，一直以来都被视为可以影响国家空中运输、国防安全以及保持国家战略优势的核心技术。

作为飞机“心脏”的存在，航空发动机的可靠性和安全性都极为重要，不能有一点马虎。

发动机叶片

发动机的组成

作为飞机上的“心脏”，自然是需要多部分来组装而成，是保证航空飞行器战术技术性能和飞行安全的决定性部件。

航空涡轮发动机主要由风扇、压气机、燃烧室、涡轮以及尾喷管组成。

从进气装置进入的空气在压气机中被压缩后，进入燃烧室并在那里与喷入的燃油混合燃烧，生成高温高压燃气。

燃气在膨胀过程中驱动涡轮高速旋转，将部分能量转变为涡轮功，涡轮带动压气机旋转，不断吸进空气并进行压缩，使发动机能连续工作。

航空发动机

发动机的发展史

各位都知道发动机的发展史有多少吗？航空涡轮发动机的发展可以分为四代。

第一代的发动机采用单级高压比离心压气机和加力燃烧室等关键技术，从而增加发动机推力。

第二代发动机是双转子技术和可调静子技术的应用，这样的运用可以让总压比和工作稳定性大幅提高，推力和油耗也得到很有效的改善。

第三代发动机则是采用了众多新技术，包括高效气动设计技术、全权限数字式电子控制系统等等之前所没有的技术。

从第三代就开始运用上单晶叶片和复合材料，满足了战斗机高机动性的需求，大大提高了推重比和工作稳定性。

国产发动机

第四代的发动机采用一体化，加力燃烧室、隐身结构和涂层、矢量喷管等技术，也是很大程度上提高了发动机推重比和信号特征，可靠性与耐久性成倍增长，全生命周期费用降低。正是因为发动机的不断更新，各国才有机会进行更多的新型战斗机的研究。

我们与西方的差距

如果我们国家的发动机技术与西方国家相比，在以前肯定是落后很多的，因为我们的发动机技术起步就很晚，想超越他们也需要很长的时间。

就拿我们与美国相比较，这是存在全面的差距，我们要明确知道才可以。

最大的差距就是在规模上面，他们拥有足够的市场，也有众多企业同时拥有足够的资金周转，这方面的人才专家也非常多，长达几十年的积累经验足以领先我们。

我们的几款主力产品，如果追根溯源，那可以发现在70年代就有了它的原型存在。

欧美发动机

虽然很多飞机依然在用以前的发动机在工作，不过我们国家在这中间已经开始不断进行技术迭代升级，每次根据客户的反馈，修正原设计的不足。

再根据技术的发展，应用新技术更替老技术，40年过去了，现在的型号已经非常完善了，可以说能想到的都想到了，能发生的问题都发生过了，能改进的也都改进了。

这些痛改都是因为我们吃过亏，发动机一直是我们航空事业上最后一块短板，为了弥补这样的缺陷，我们的技术人员进行了详细的工程制定规范、工作流程、工艺手册，以及对专业人员的培训，这样有规律的进行，才可以慢慢跟西方大国进行核心竞争。

美国的技术又有多厉害？

作为曾经是这个世界上第一大的工业国家，美国因自身庞大规模的存在，存在有众多可以研发发动机的企业，自然也不缺乏大量人才进行该项研究。

自身实力强硬就可以购买到许多新材料，也可以不断发现更新颖的工艺技术，有了新技术，自然会用到更先进的材料，所以这就是一个良性循环，也是当时几十年领先我们的原因。

那中国多久可以实现完全超越？

你要问我中国多久才可以成为世界先进发动机水平的话，我觉得其实可能只是一瞬间的功夫，因为我们的问题不是出在设计方面。

我们国家从不缺乏各领域的人才，每个都十分优秀，主要航空发动机遭受瓶颈是因为材料与工艺上的缺陷。

因为我们没有跟罗罗公司以及GE强大的实验数据库支持，在设计水平上也是他们领先，不过从设计角度来说，我们可以跟他们持平，因为第四代机的发动机使我们设计出来了。

主要存在的就是加工手艺的欠缺以及先进材料不过关，所以这两方面才是重中之重。

而我们想要改变这样的状况，就需要整个国家一条心，工业实力整体上升，才会有朝一日完全成为工业强国。

航天工作人员

发动机叶盘有多重要？

我们的航空发动机技术本身起步就晚，跟西方国家拉开了很大的距离，并且因为自身技术被封锁，所以哪怕我们出钱也未必能买到好的发动机。

我们只能靠自己研发才可以，叶盘是发动机最核心的部件，也直接决定发动机是好是坏，所以对于叶片的制造要求也非常高。

不管是从厚度还是形状，都不能有一点点瑕疵，否则就会影响整个发动机的性能，不过这个难题是难不倒我们中国人的。

我们做出来的叶盘可以说是排到世界顶尖的，不过在热加工能力方面，一直是我们一个难以突破的存在。

因为发动机在运作时候，里面会是一个高温高压的状态，是非常容易导致叶片发生变形，所以发动机叶片必须采用特殊材质加工。

还需要在叶片上涂抹特殊材料，增加叶片耐温性，在以前因为我们的热加工能力短缺，导致发动机的使用寿命都非常短，国产型号每隔一天多都要进行全面检查。

不检查就代表有事故发生的可能，而放眼西方发动机则是可以几百个小时不停歇工作，这差距一目了然。

那我们这次研发出了什么？

热加工能力虽然在以前不是我们的强项，不过后续我们也是追了上来甚至可以说是超过他们。

在过去，中国因为热加工能力的不足，导致国内发动机持续工作寿命非常短，哪怕是解决了发动机短缺的问题，但是在我们国内国产型号依然需要每隔36飞行小时，就要进行一次全面的检查。

如果不选择进行检查，那就面临着事故发生的风险，针对这一问题我们的专业人员也开始了多年的探索研究，历经多年追赶让现在的中国发动机热加工能力，可以说已经排到了世界一流水平。

特别是掌握了完全自主研发的发动机叶片材料，成功解决了我们航空领域的最后一块短板。

此次研发出的发动机叶片材料，它的耐磨性是美国的十倍，这是值得我们骄傲的一件事。要知道的是，大型涡扇发动机压气机叶片不仅要承受高温高压，还要在这个前提下保证发动机自身的强度问题，才可以足够让燃气轮机或者涡扇发动机发挥出最大作用。

所以这种叶片的技术一直是被西方国家严格保密起来的重要秘密，那么我们既然现在拥有了，就代表这是我们自己自主研发出来的，唯有打破封锁才可以获得突破。

叶片制造有多困难？

叶片也分很多种类，其中制造难度系数最大的就是涡轮类叶片了，因为涡轮叶片属于热端部件。

由于涡轮进口温度非常高，所以对涡轮叶片的耐高温性、韧性还有抗疲劳性都有非常严格的要求。

正是因为它的制造要求非常高，所以涡轮叶片制造的材料一般采用高温合金，制造方式也为精密铸造加工。

所需的资源就是铼矿等众多稀有材料，但是这些材料在国内非常稀少，所以难度系数很高。

铼矿材料

然而欧美国家确实拥有大量这样稀有的金属资源，并且他们还具备非常优秀的冶炼制造技术。所以放眼整个涡轮叶片的国际市场，基本上都是欧美企业长期占据着主动权，我们的国产发动机研发受到了巨大阻碍。

不过有困难就有解决办法，中国锻造技术一直在稳定提升，因为市场需求也比较大，所以我们相关航天企业在这项技术上实现了历史性突破。

国产发动机

实现突破

在经过多年的努力，2019年的时候无锡自主研发的“两机”涡轮叶片通过了鉴定，成功进入量产阶段。

现如今国产涡轮叶片团队更是在生产这一方面，将生产周期缩短了高达60%，无锡透平叶片有限公司也成功成为中国“两机”涡轮叶片制造团队的首发队伍。

早在2013年的时候，该团队就一直努力打破外界封锁的专项研究，历经八年时间终于迎来了胜利，时间说长也长，说短也短，不过最终重要技术落在了我们手里。

这次的研发成功，也代表我们不会再陷入封锁的窘境，这项属于我们自主研发的技术也是会为我们航空航天事业增加一股巨大的力量。

这项突破能给我们带来什么？

就先拿客机方面来说，由于很多方面的原因导致我们的客机研发非常不顺利，在1992年我们曾想跟美国麦道公司共同生产MD90客机，如果合作成功就代表我们民用航空发动机技术会有突破。

但是实现这一目标远远没有那么简单，麦道公司被美国波音公司收购，谈成的交易也付之东流，甚至马上就要描绘出的图纸也被收回，可见是很害怕我们获得发动机的核心技术。

在后面我们又跟乌克兰马达西奇公司进行合作，不过最终都因美国在中实行“小动作”，让我们没能获取核心技术，所以我们觉得还是应该自主研发最保险。

正因为我们拥有了新的叶片技术，所以才可以打破西方的垄断，长江1000发动机就是个很好的例子。

CJ-1000发动机

它的叶片材料从镍基合金转换成了钛铝合金，使其重量更轻的同时更耐磨损和应对高温，在目前所有航空发动机叶片当中都属于领先地位。

这都是我们航空发动机研发获得的成就，该发动机也装载了我们国产大飞机C919的身上，目前C919也经过多次首飞，飞出国门只是时间问题。

叶片能带来什么？

刚才说了民用客机因为发动机研发成功所获得的突破，那在军事方面是不是也有不小的突破呢？答案是必然的。

就拿我们的歼20来说，它是我们在未来空中力量上的王牌存在，它拥有着非常优秀的隐身能力以及作战能力。

这都离不开我们发动机的研发成就，歼20目前装配的是国产涡扇10C航空发动机，不过我们国家也说在不久将来，将更换为涡扇15发动机。

以前美国还说我们的歼20发动机是依赖俄罗斯的发动机，殊不知其实我们早就更换为自主研发的涡扇10C航空发动机了，那已是过去式的，我们的自主研发能力已经突破他们的想象。

涡扇10C的诞生就是为歼20量身定做的一款新发动机，它是一款具有高性能发动机，与其他涡扇10系列发动机略微不同。

涡扇-10发动机

涡扇10C发动机的出众之处

涡扇10C发动机在尾部喷口进行了锯齿化处理，这样做最大的特点就是提高了战机尾部的隐身能力，从而提高战斗机的作战能力。

不光如此，涡扇10C发动机在推动力上也加强了许多，相比较其他系列的涡扇10发动机，它的推动力增加了很多，甚至超越了俄罗斯的AF-31F还要多。

这其中最为重要的是它采用的是限制数字控制技术，并且对燃烧室进行全方位改造，从而让涡扇10C发动机的最大推力可以超过15吨。

这也是第四代大推力发动机的入门水平，也逐渐满足了我国歼20战机的部分指标。

其实涡扇10C的出现也让我们摆脱对外界发动机的依赖，从我们航空建设方面来说，也有着非比寻常的意义存在。

这些成就都离不开我们的涡轮类叶片制造，如果没有突破技术封锁，我们肯定还是接触不到这些的，所以在这方面的研究突破对整个航天领域都很重要。

歼-20战机

万众瞩目涡扇15发动机

涡扇系列发动机一直深受国民的热爱，最近也是有人说歼20会更换国产涡扇15发动机，它的出现就是为了五代战斗机专门打造的发动机，设计意图就是为了可以安装到隐身战机歼20身上。

相比较以前涡扇10类型发动机，它的外观体型没有很明显的增加，只是在长度方面进行了一米的长度增加，并不会占据战斗机很大空间。

它的推动力要比其他发动机高出很多倍，涡扇15矢量发动机的推力为18吨，推重比则为11，而美国F-119矢量发动机仅17.5吨的推力和11的推重比。

从发动机核心的推力数据上来看，涡扇十五矢量发动机的性能，要稍强于美国的F-119。

涡扇-15发动机

结语

涡扇10和涡扇15发动机都离不开我们叶片的突破性成就，造就了这两款极为优秀的国产发动机，为我们的航天事业更上一个台阶，只要技术掌握在自己手里，以后新研发还会陆陆续续出现在我们面前。

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