最近，烏克蘭方面因為馬達西奇公司的事情開始對一些中國企業和個人進行制裁。這個操作又把“中國航空發動機”的話題炒起來了。

　　作為前蘇聯留給烏克蘭的重要遺產，馬達西奇公司在航空發動機領域有非常雄厚的資源和經驗。身為超級運輸機An-225的引擎提供商，馬達西奇掌握了大型航空發動機的許多核心技術和資料。說我們不眼饞是假的，所以中國民企——天驕航空計劃通過投資的方式和馬達西奇合作。

　　然而，烏克蘭卻打斷了我們的計劃，強行終止了我們的投資。天驕航空向國際仲裁提出申訴，要求烏克蘭賠償數百億人民幣，烏克蘭方面則直接宣布對中國企業和個人進行制裁。

　　其實，以烏克蘭這麼多年的表現來看，它根本無力負擔“馬達西奇”這樣偉大的企業——現在的馬達西奇財務狀況不容樂觀，如果能夠順利接下中國投資，或許還有放手一搏的資本，但現在烏克蘭拒絕了我們遞出的橄欖枝，那恐怕就無力回天了。

　　對我們來說，沒能把“馬達西奇”項目圓滿做成最多就是延緩了一些進度。但對於烏克蘭而言，馬如果馬達西奇破產，那麼這個多災多難的東歐國家的前途可能又要多幾分不確定性了。

　　繼承了蘇聯黑海造船廠的烏克蘭，現在連小小的護衛艦都要從土耳其採購——當年扎波羅熱哥薩克的後人，怎麼就變成要從土耳其蘇丹的後人手上買軍火了？

　　實際上，只要是和航空發動機有關的事情就沒有小事。在中文互聯網上，航空發動機的討論遠比芯片話題的歷史要悠久得多。兩者的重要性，也根本不能同日而語。

　　中國航空發動機的故事，至少從我還是小學生的時候（90年代末期）就已經是中國科技和軍迷圈子裡的日常話題了。以至於只要談到中國飛機，就必然有人說發動機不行；談發動機的問題，就必然有人說材料不行。

　　這種現象直到J-20出來之後才逐漸降溫，但仍然有相當大的市場。

　　今天的文章，我們就來講講關於國產航發的思考，以及中國航發的深度價值。

　　航空發動機有多重要

　　之所以“航發無小事”，主要是因為航空發動機屬於“戰略級”產品，其相關的技術也具有“戰略級”的重要性。這個戰略性，體現在了政治、經濟和軍事三個方面。

　　什麼是“戰略級”？那些能讓小國變大國，弱國變強國，棋子變棋手，病夫變英雄的東西，就是戰略級的東西。這些東西包括但不限於：原子彈、航母艦隊、隱身轟炸機、洲際導彈以及航空發動機。

　　首先，我們算算航空發動機的政治賬。

　　根據《中美貿易協定》，中國2021年應當從美國進口超過2000億美元的產品。而其中占了絕大多數的是工業製成品（Manufactured goods）。而工業製成品之中，我們能買到且價值最高的就是波音公司的客機。

　　其實，客機我們不是沒有，我們現在也有了C919，但她的發動機問題卻始終沒有進一步的消息。國產的CJ-1000A型發動機遲遲沒有進入量產，於是C919也不得不依賴於美法合資公司CFM的發動機。

　　中國是美國飛機的最大進口國，美國向中國出口的第一大產品就是飛機和發動機。·由於C919還沒有完全進入實用階段，所以我們仍然處於“依賴進口”的狀態。而如果中國有了自研大型客機和發動機的能力，那麼我們在相關談判的時候就會更有底氣。

　　政治賬算完了，我們再來算算經濟賬。

　　根據北京航空航天大學校長、中國工程院院士徐惠彬的介紹：未來20年裡，中國需要5000-6000架民用大飛機。如果完全依賴進口，將花費超過1萬億美元——這筆錢如果拿到今天的市場上，足夠把波音、空客打包起來買四次。

　　注意，如果要進口外國飛機，就要用美元來結算，那麼就一定會動用國家的外匯儲備，而今天，中國的外匯儲備一共也就只有3萬億美元出頭。

　　咱們這麼多年攢下來的家底，去外國收購點油田、礦山這樣的不可再生資源它不香嗎？

　　能獨立自主地生產航空發動機，除了能省錢，更能賺錢。

　　以美法合資的CFM公司 LEAP-1C 發動機為例（它也是C919的“候選”引擎），其單台價格在1450萬美元左右，賣出一台LEAP-1C等於賣出了18000多台IPhone12。

　　而LEAP-1C的全球訂單總量在2018年的時候就超過了20000台，相當於賣出3.6億台iPhone 12——這比蘋果手機部門10年銷量總和還要多。

　　所以，如果我們也有這樣的一家能夠在國際市場收割訂單的航發公司，那麼相當於我們又多了幾個華為、小米。

　　經濟賬算完，我們算算軍事賬。

　　眾所周知，現代戰爭的主戰場已經從陸地轉移到了海洋和天空——典型的例子就是海灣戰爭——奪取了制空權的美軍，能夠在任意時間和任意地點將精確制導炸彈丟在伊拉克軍隊頭上。這場戰爭不再是勢均力敵的較量，而是成了一邊倒的“攻擊表演”。

　　現代戰爭的精髓在空戰，空戰的核心是飛機，而飛機的命門是發動機。

　　因此，能獨立設計和製造航空發動機的國家，往往也是能夠獨立設計、製造戰鬥機的空軍強國。在高科技戰爭中，如果一方的裝備可以獨立自主，而另一方的裝備只能靠進口，那麼戰爭的結果其實在宣戰之前就已經註定了。

　　我們的確可以買到先進的裝備，但我們沒辦法買來一場勝利。

　　目前，在美軍戰鬥機群中，三代機和四代機平分秋色，各自都占了一半的份額。而在我軍之中，四代機還完全沒有形成規模，仍然處於三代機和二代機對半開的狀態。

　　儘管也有經費方面的考量，但高端軍用航空發動機的產能問題對中國空軍和海軍航空兵裝備的更新換代也有很大的影響。如果我們能夠有更大的發動機產能，那麼裝備更新換代的速度也必然會加快。

　　所以，為了獲得戰場上的優勢，我們必須要有獨立自主設計、製造高性能航空發動機的能力。

　　航空發動機雖小，但它和光刻機一樣，都反映了一個國家製造業的天花板能有多高。航空發動機和光刻機我都造得出來，那別的東西我只要稍微用點心思也肯定能造出來。這等於是明確地告訴對方——不要逼着我買你的產品，逼急了我自己造，你一分錢都賺不到——這也就是為什麼在國際政治、經濟的博弈中，光刻機、航空發動機、科技產品和生產它們的廠商往往也扮演了很重要的角色。

　　綜上所述，我們認為航空發動機具有“戰略級”的重要性。

　　航空發動機的難點

　　如此具有戰略價值的東西，自然是沒辦法輕易獲得的。

　　航空發動機的困難，來自於它特別的要求：在極端的工作條件下，滿足極端的安全性。如果是民用的客機發動機，還要考慮噪音、壽命和油耗問題，也因為如此，民航客機的發動機實際上技術難度比戰鬥機引擎要高得多。

　　現代噴氣式飛機的發動機工作條件有多極端呢？以航空發動機渦輪葉片為例：

　　戰鬥機發動機渦輪葉片面對的溫度，最高可以到達2000攝氏度，民航客機發動機渦輪葉片面對的溫度，一般也都到了1700攝氏度——這還不是最嚴酷的要求——畢竟，我們還要保證發動機葉片、軸承在這樣的高溫之下可以長時間穩定工作。

　　除了高溫之外，發動機內部的渦輪葉片還在以每分鐘數萬轉的速度高速旋轉。高速的旋轉帶來的是超強離心力，葉片末端甚至要承受其自身重量10000倍以上的離心力的撕扯，並且，由於發動機必須持續工作，這種撕扯也必須要持續數個小時。

　　如果用不鏽鋼作為葉片材料，且不說重量問題。不鏽鋼葉片在1400攝氏度左右就會開始融化，到了1700度的時候，早就已經液化了，如果同時還施加了超強的離心力，那麼整個發動機就會瞬間解體爆炸。

　　為了解決這個問題，人們就需要讓發動機葉片能夠抵禦超高的溫度，同時還能抗住超強離心力的撕扯。這就對設計能力、材料、工藝的水平發起了挑戰。

　　首先，我們看看為啥設計能力這麼重要。

　　舉個例子：為了解決葉片散熱的問題，現在的主流方法是在葉片上鑽孔，學名叫做氣膜孔——通過孔洞裡的空氣流通帶走一部分的熱量。

　　如果我是設計師，一連串的問題就朝我拋過來了：

　　每一個葉片上要打多少孔？

　　在什麼位置打孔？

　　打多大的孔？

　　怎麼打孔？

　　更絕望的是，這些氣膜孔還不完全是筆直的，中間可能還會有一定的弧度或者傾斜角，那麼到底應該用多大的弧度？傾斜多少角度？

　　這些問題的解決方案可不是拍腦袋就能想出來的，每一個孔洞的位置、形狀、大小、深淺、角度都需要經過嚴密的計算、建模和實驗，光這個“打孔”問題就足夠讓幾代科研人員花費幾十年的時間來進行研究了。

　　航空發動機上有成千上萬個零件，幾乎每種零件都需要科研人員這樣前赴後繼式的努力。

　　就算我們能夠“逆向工程”出來一個完全一樣的發動機，也只能讓我們暫時和別人站在同一起跑線而已。如果我們不知道“為什麼要這麼設計”原因，不知“所以然”，那我們的技術恐怕只能停滯不前了。

　　然後再來說說說材料的問題。

　　為了解決散熱問題，還需要一種特殊的材料——熱障塗層（Thermal Barrier Coating）——用特殊塗層把葉片包裹起來，使葉片本身不接觸高溫。

　　如果我是材料部門的負責人，那麼接下來的問題足以讓我崩潰：什麼樣的物質可以實現隔熱需求？怎麼合成這種物質？葉片在高速旋轉，這種塗層會不會因為離心力而裂開或者脫落？

　　就算我們能從外國發動機的葉片上刮下來一些碎片來進行研究，甚至就算我們有一大桶這樣的“塗料”，也並不意味着我們就能夠完美還原——可樂的配方就寫在瓶子上，也沒見誰能夠完美還原。

　　然後，怎麼把這種塗層塗在葉片上呢？一層有多厚？塗幾層？。。。。。。當然這也肯定不是幾個老師傅拿着刷子就能搞定的，也需要專門的設備和技術。

　　只是想想這些問題，就已經能感受到它的難度了。

　　除了塗層，葉片本身所用的金屬也有講究。面對1700度的高溫挑戰，現在英美航發廠商普遍都採用鎳基合金來製造渦輪葉片且還要輔助熱脹塗層和氣膜孔散熱結構。

　　暫且不論“打孔”和特種塗層的事，單純以這種鎳基合金而言，就已經是純純的高科技產品了，全球從事高溫合金的廠商加起來不超過60家，且集中在中、美、俄、英、法五大常任理事國和日本、德國這種科技強國手中。

　　只可惜，即便是日本、德國這樣擁有先進高溫合金製造能力的科技強國，如今也已經基本喪失了獨立設計和製造大型航空發動機的能力——哪怕日本在鎳基合金領域的技術非常先進，哪怕德國在精密加工領域是世界領先，但在航發領域，這兩位就像是兩個偏科嚴重的學生——一個科目考了滿分，其他科目直接交白卷。

　　其實德國和日本有不少企業能做出頂尖的航發零部件，比如美國、英國的很多款航發的渦輪和壓氣機（都是核心部件）都是德國製造，但你要讓德國人自己整一台航空發動機出來，不好意思，不存在的。

　　日本也嘗試過自己做整機，也造出了“F7”這種看上去很美的產品。但是在2013年5月，裝備4台F7發動機的海上自衛隊P-1反潛機在空中居然發生了“四發停車”的罕見事故——F7發動機的真實品質瞬間就暴露了——四台全部熄火的概率很低，但日本人居然做到了，只能說性能差到了一個新高度。

　　畢竟，全世界能夠獨立設計、製造靠譜航空發動機的國家，只有聯合國五常。在這個領域，我們即便在某些細分領域落後，最後總分也是世界前五。

　　中國航發的現狀與短板

　　“設計並製造航空發動機”本身就是一個非常艱巨的任務。但對中國來說，各種制裁和禁運，讓我們的難度係數還要乘以2。 

　　不過，在經歷幾十年、幾代人的努力之後，中國軍用航空發動機已經僅僅次於美國和俄羅斯。各類技術相繼追趕成功，除了少數型號需要從俄羅斯進口，我們已經基本實現了軍用發動機的獨立自主。以戰鬥機發動機為例，下一代國產發動機WS-15的推重比在10左右，基本和俄羅斯土星公司的117S相當，已經接近號稱“最完美發動機”的美國F135。

　　但在民用領域，因為要求更高且我國起步更晚，至今還沒有實際量產。在民用航空發動機的市場上，還沒有中國人的身影。不過，目前我們自主設計的CJ-1000A（長江1000A）發動機已經開始進行各種測試了，如果能夠投入市場，中國將成為“世界航發俱樂部”的新玩家。

　　不過，縱觀新中國航空發動機的發展歷史，我們的確也走了不少彎路，犯了許多錯誤。技術上的成敗，是科學的探索；但管理上的彎路，值得我們警惕。

　　其一就是研發體系不夠科學——在過去很長一段時間裡，中國航空發動機的研發設計是從屬於飛機研發的。這樣做的好處很明顯：作為從屬於飛機設計的一個子系統，航發和飛機之間可以實現完美的匹配。

　　但問題是，那時中國的航空工業底子還很薄弱，研發發動機的時間遠遠長於研製飛機的時間，所以經常會出現“飛機等發動機”的情況。

　　以60年代、為H5轟炸機升級而準備的“渦扇5”為例：1963年1月，渦扇5發動機設計成功，但由於葉片加工的問題，渦扇5直到1970年才試車，1971年才開始試飛。但很遺憾，隨着轟5改進項目的取消，渦扇5發動機的項目也被取消了。

　　從西方的普遍經驗來看，發動機的研發本就是一件非常長期的事情，隨着技術指標越來越高，對發動機設計和材料的要求也越來越高，導致研發時間直線上升。

　　由此可見，先進航空發動機的研發本來就是一個需要持之以恆的事情。所以，發動機的研究應當作為一個獨立的領域進行發展，而不能因為飛機項目的中斷而中斷——不同時代多個型號的飛機使用同一系列發動機的情況即便是在財大氣粗、技術先進的美軍之中也很常見。

　　目前，這個問題已經得到了妥善的解決。我們成立了中國航發集團和航發動力公司來專門進行航空發動機的相關研製工作，表明中國的航發研發和設計也已經成為了一個專門的獨立領域，不再從屬於其它項目。在經過了“聚焦主業、瘦體健身”的改造之後，航發動力裁撤了很多和核心發動機業務無關的業務，航空相關的收入占比從2014年55.98%上升到了2018年的85.33%。

　　第二個問題則是軍民融合不夠深度——出於保密和國防安全等需要，很長一段時間以來，中國航發從設計到製造都完全與民營經濟絕緣。航空發動機的零配件都是由軍工體系中的各種以數字為代號的工廠負責製造的。

　　全球範圍來看，歐美的大型航發企業都很重視軍民協調的發展。在過去，軍/民用發動機之間的銷售比值可達4：1，但如今，情形已經完全逆轉了。2017年，美國通用電氣公司的民用航發收入是軍用部門的5倍以上。

　　由此可見，儘管隨着中國未來的發展，我們會有大批新式戰機入列，會給相關軍工企業帶來巨大的收入。但不論是軍工企業還是民間企業，如果不抓住現在的基於加緊航發技術的研究，就很難吃到這波“民航紅利”。

　　▲ 中國航發產業鏈

　　今天，在航空發動機領域，中國的軍民融合已經開始逐漸走入深水區了——軍工企業的技術開始在民用市場上使用，民營企業也承接了相當一部分的軍用訂單。

　　尾聲：美國人的發展能給我們什麼啟示？

　　我一直都相信，成功是有原因的，天上不會掉餡餅。

　　今天，我們看到的是歐美廠商稱霸世界航發市場，我們看到的是歐美廠商掌握了我們沒有的先進技術。但先進技術的背後，也是歐美科研人員的付出。甚至我們可以說，因為超前的研究和較早的起步，歐美科研人員一定經歷了比我們更多的挫折和失敗。在這個領域，恐怕並不存在什麼彎道超車，只有一步一個腳印的艱難前進。

　　實際上，在航空發動機的研發歷史上，和中國最為相似的其實是美國。儘管當年美國有着比中國領先一個時代的工業基礎，但中美兩國幾乎都是在仿製別國的產品的基礎上掌握了獨立生產可靠的噴氣式航空發動機的技術。

　　後來，美國人成功地從“仿製者”蛻變成為了“創造者”——以美國普惠（Pratt & Whitney）公司為例——儘管手中掌握了英國羅羅公司發動機（其實就是勞斯萊斯）的生產許可，但普惠公司認為一味地生產別人的產品沒有前途，也無法給自己提供技術優勢。於是從1946年開始，普惠開始投入巨資進行研發，拼盡全力解決技術問題，追趕競爭對手。

　　當時，最先進的噴氣式發動機的推力大概只有5000磅一點，普惠卻把自己的目標定位10000磅。在經過五年的研發之後，普惠公司率先提出了劃時代的雙轉子方案，並於1951年推出了美國第一款推力達到10000磅的發動機——J57。

　　▲ 普惠公司J57發動機

　　我們將美國發動機廠商視為競爭對手、視為追趕的目標，不僅僅要承認對方的技術優勢，也應當對對手表示敬意——我們的科研人員為了發動機奮鬥了六十多年，很不容易，但同時，美國人又何曾停下腳步呢？ 

　　中國航空發動機一路走來，在最近的十年裡，才終於進入了一個高速發展的軌道。對於航空發動機這樣的艱巨項目、龐大工程，它不僅僅需要先進的技術和科學的管理。有時候甚至需要藝術家們所渴求的那種“靈光一現”。

　　▲ 沙丘駐渦火焰穩定器

　　北航的高歌教授年輕時候一直在青海沙漠地區的秘密基地工作。在沙漠地區，新月形狀的沙丘幾乎隨處可見，但他發現了沙丘的奇怪特性——無論如何強勁的風暴，沙丘的形狀永遠都是新月牙的樣子。

　　於是，他從流體力學的角度開始了研究，用物理學和數學的方法解釋了沙丘保持穩定的秘密，而後又將這種原理用在了航空發動機的火焰穩定器上，發明了“沙丘駐渦火焰穩定器”，極大地提高了中國航發的燃燒效率和火焰穩定性，極大地提高了國產航發的合格率，這項發明也在1984年獲得了國家科技進步一等獎，錢學森都對此讚不絕口。

　　其實，中國航發一直都在進步：之前我們提到的熱障塗層，中國已經達到了世界先進水準，和歐美廠商產品的性能不相上下。甚至在60年代，我們領先於蘇聯，率先製成了更適合散熱的空心葉片。

　　1954年8月16日，在湖南株洲的一家小工廠里，我們第一次在蘇聯老大哥的幫助下製造了自己的第一台航空發動機，儘管是一台早已落伍的活塞螺旋槳發動機，但也終於終結了我們沒有自己飛機發動機的歷史。

　　科學，的確沒有捷徑可走，有的只是勤奮、付出、對規律的尊重和偶爾靈光一現的靈感。

　　我相信，中國航發在未來的某天必然能夠達到我們現在所期待的那種強悍性能，但如果要從跟隨者變成領軍者，那麼就要做好付出更多、犧牲更多的準備。