中國航空發(fā)動機的四面突圍

任正非講過一個故事：上世紀70年代，英國羅·羅公司主動提出可以將他們的斯貝發(fā)動機賣給中國，而且愿意直接賣軍用發(fā)動機。

負責談判的中方領導人大喜過望，要向英國科學家致敬，英國科學家卻說，“要感謝的是中國科學家的偉大發(fā)明”。領導人回來后查是哪位科學家，是吳仲華。他在哪？在湖北養(yǎng)豬。那趕緊調回北京去做熱物理研究所的所長吧。 這是被戲劇化的爽文故事，后來被人證實與現(xiàn)實有一些出入。

但可以肯定的是，斯貝發(fā)動機的三元流技術，的確是建立在“葉輪機械三元流動理論”基礎上。1950年，吳仲華在紐約美國機械工程師學會年會上宣讀論文，正式提出這一理論，后來被學界定為“吳氏通用理論”，理論中的基本方程則被稱為“吳氏方程”，吳仲華的講學錄像曾一度被NASA作為培訓教材。 任正非感慨的是，如果我們當初沿著吳仲華的基礎理論，持續(xù)進行工程技術突破，今日我國航空發(fā)動機的局面或許會更加樂觀。 

2020年12月，美國商務部公布新的“軍事最終用戶”清單，58家中國公司中有八成與航空相關。這并不算是突如其來的壞消息，早在2020年初對中國商飛禁運的傳聞，就一度引發(fā)國內對C919發(fā)動機可能斷供的擔憂。2020年的一頭一尾，美國狙擊的重點都是中國的航空工業(yè)，尤其是發(fā)動機。 作為一架飛機的心臟，航空發(fā)動機是人類迄今為止最為復雜的工程技術之一。

目前能造飛機的國家不少，但真正能獨立研制航空發(fā)動機的卻只有美、俄、英、法、中五個聯(lián)合國常任理事國。我國航空發(fā)動機建設始于上世紀50年代，從仿制和改進，到部分自主研發(fā)，再到完全獨立研發(fā)，走過了一條波折重重的道路。 21世紀初期，隨著“兩機專項”的實施、中國航發(fā)的成立，我國航空發(fā)動機的發(fā)展開始進入追趕的快車道。

在軍用航發(fā)方向，自主研發(fā)的“太行”系列發(fā)動機已經(jīng)依次批產(chǎn)，逐步擺脫進口依賴。在民用方向，配套C919的“長江”發(fā)動機CJ-1000A已經(jīng)進入試制階段，35噸級的CJ-2000也已于2020年實現(xiàn)了核心機點火試車，據(jù)傳已開始首臺驗證機整機裝配。 從上世紀90年代開始，中國關于航空發(fā)動機的各種反思和討論就此起彼伏，一直綿延至今。問題早就找到了，難在如何解決。以“兩機專項”和中國航發(fā)的成立為里程碑，中國開始了從技術創(chuàng)新到體制創(chuàng)新的四面突圍。   

1、從“若有若無”到“聚力發(fā)展” 

“發(fā)展航空飛機固然重要，但趕不上發(fā)展導彈重要。——錢學森” 

1958年，被譽為我國“航空發(fā)動機之父”的吳大觀借著去英國訪問的機會，在回國途中專程去了趟蘇聯(lián)，他要去向蘇聯(lián)航空工業(yè)部求證一件事。 傳聞蘇聯(lián)成功發(fā)射世界上第一顆人造衛(wèi)星后，赫魯曉夫興奮宣稱，飛機今后都要進博物館。意思是有了導彈技術以后，飛機就沒什么用了。這個論調傳到中國，在決策層引發(fā)了激烈爭論。

當時，中國已經(jīng)在沈陽航空發(fā)動機廠根據(jù)蘇聯(lián)BK-1φ仿制出第一臺渦噴發(fā)動機渦噴-5，安裝該發(fā)動機的噴氣戰(zhàn)斗機殲5也在沈陽飛機廠沖上藍天。 那接下來還要不要研制我們自己的發(fā)動機？吳大觀去北京詢問首長，首長說的很明確，打仗首先要考慮威力大的，況且飛機可以從國外買，導彈買不來。所幸蘇聯(lián)航空工業(yè)的部長們給他吃了定心丸：美國專家是有這個說法，赫魯曉夫確實也這么講過。但他們經(jīng)過論證，認為這個說法不成立。

戰(zhàn)爭中，導彈雖然殺傷力巨大，但真正要征服對方還得靠飛機。所以，美國并沒有停止搞戰(zhàn)斗機，我們蘇聯(lián)也還在搞米格-21。 建國初期的新中國國力薄弱，只能優(yōu)先發(fā)展緊要的科技。在“優(yōu)先發(fā)展飛機還是優(yōu)先發(fā)展導彈”的爭論中，錢學森向中央提出《建立我國國防航空工業(yè)意見書》，主張集中力量發(fā)展火箭和導彈。中央在一系列調研討論后，把航空航天作為一個整體看待，將注意力先行集中于突破導彈和火箭。最終“兩彈一星”奠定了我國的國際地位和安全基石，也證明了錢學森的遠見。 

1956年2月，錢學森向中央呈送的《建立我國國防航空工業(yè)意見書》

然而在火箭技術取得突破后的較長一段時間里，中央對航空工業(yè)發(fā)展遲遲沒有整體規(guī)劃，導致飛機尤其是航空發(fā)動機的自主研發(fā)缺乏戰(zhàn)略牽引。政界學界還在為“航空工業(yè)是否屬于高新技術”這一問題爭論不休，直到1995 年“九五計劃”意見征求稿發(fā)布，航空技術依然沒有列入高新技術。

許多科學家開始著急了，由王大珩、師昌緒等7位德高望重的老專家聯(lián)名，向國家領導人寫信陳情。 專家們提出兩點大力發(fā)展航空技術的理由：一是海灣戰(zhàn)爭證明，空中力量在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中仍具有決定性作用；二是發(fā)展航空工業(yè)對國民經(jīng)濟的帶動作用明顯。專家們認為，我國航空技術與先進國家差距日益擴大，如不大力發(fā)展，不僅有軍事上的危機，未來國內民航客機巨大的市場也將全部被外國人占領。 

對于航空發(fā)動機，“兩彈一星”勛章獲得者王大珩院士更是用“游離”兩字來形容，游離不等于沒有，而是時有時無，若隱若現(xiàn)。 “游離”意味著投入不足。我國第一臺自主設計的大推力發(fā)動機渦扇-6歷時20年，研制經(jīng)費共計1.5億人民幣，在研制關鍵階段其中兩年可用經(jīng)費僅有200來萬人民幣。

而同時期美國研制一臺普通的大中型飛機的發(fā)動機，耗資約為20億美元。 上世紀80年代，美國相繼提出IHPTET(綜合高性能渦輪發(fā)動機計劃)、VAATE(先進渦輪發(fā)動機計劃等預研項目，分別投入50億和37億美元。我國也在上世紀80年代提出了兩項高性能發(fā)動機預研計劃，但20年的總投入僅僅相當于美國一個季度的投入，即使算上同期貨幣購買力的因素，兩者差距也十分巨大。 

美國的航空發(fā)動機預研計劃

直到過去了大半個世紀，我們對航空發(fā)動機的戰(zhàn)略價值和復雜性才有了更為深刻的認知。

從2011年開始，工信部牽頭對航空發(fā)動機與燃氣輪機啟動調研與論證；2012年“兩機專項”批準立項。2016年3月，國務院印發(fā)的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中，航空發(fā)動機及燃氣輪機位列第一。 “兩機專項”的實施，意味著航空發(fā)動機作為國家戰(zhàn)略重大項目，當下和未來一段時期內都將獲得政策、資金和資源方面的強大支持，從根本上解決投入不足問題。截至2020年底，“兩機專項”的投入已經(jīng)達到3000億元。在政策和資金的有力支持下，我國航空發(fā)動機和燃氣輪機技術正在加速追趕世界先進水平，實現(xiàn)歷史性跨越。   

2、從“飛機從屬”到“飛發(fā)分離”

“飛機都沒有了，還要發(fā)動機干什么？”‍‍‍‍‍‍‍ 

1982年，由于國家空軍裝備體制變化，殲-9和強-6飛機計劃相繼下馬。作為其配套動力的渦扇-6發(fā)動機，也因為突然失去適用對象而面臨下馬，而此時渦扇-6已經(jīng)歷經(jīng)了18年的艱難研制，剛剛通過24小時飛行前試車。從1964年開始方案研究到1984年停止研制，渦扇-6共歷時20年，幾乎凝聚了一代人的青春。據(jù)相關人員事后回憶： “宣布中止研制的那一刻，吳大觀潸然淚下，臺上臺下也哭成一片。” 

因飛機下馬而終止研制還有上海長征機械廠承擔研制的渦扇-8。這臺為運-10大飛機配套而生的大推力民用航空發(fā)動機，曾裝載在波音707上成功試飛十幾次，并作為“運-10”心臟飛到拉薩等地，累計飛行時間170小時，各項性能均達到設計標準。1985年，美國通用航空發(fā)動機分部副總裁克萊勃司來華參觀，曾對渦扇-8贊嘆不已： “你們在10年前能完成這樣一臺復雜的發(fā)動機，的確是一個偉績”。 

隨運-10下馬而停產(chǎn)的渦扇-8

項目頻繁下馬既打擊科研人積極性，也耽誤發(fā)展時機。很長一段時間，我國航空發(fā)動機的發(fā)展路徑是“使用維護—測繪仿制—改進型號—型號研制—預先研究”，跟美國的路徑基本上是反過來的。美國當時已經(jīng)建立起成熟的預研機制，走的是“技術預研—核心機—試驗驗證”的穩(wěn)進路線。 2001年，吳大觀在《對航空工業(yè)兩個重大歷史問題的思考》一文中指出，航空工業(yè)制定的“科研先行、動力先行”的方針并沒有得到共識和貫徹，事實上淪為一般口號。 預研無法貫徹的根本原因之一在于，發(fā)動機的研制在當時從屬于飛機，即“一廠一所一型號”。一個廠要研制一款飛機，才會有一個研究所去研發(fā)一款配套的發(fā)動機。發(fā)動機跟著飛機走，飛機項目下馬，發(fā)動機研制也隨之停擺。 另一方面，由于航發(fā)研制長期缺少技術儲備和預先研究，航空發(fā)動機的研制周期遠大于飛機研制周期，飛機往往等不起發(fā)動機，自主研制不如買別人現(xiàn)成。

對于這個問題，航空動力專家劉大響院士曾經(jīng)有過反思： “長期以來過分強調以飛機帶發(fā)動機，以型號帶預研，對先期技術驗證重視不夠，許多關鍵技術在型號立項之前未能得到有效突破，往往型號研制與技術攻關、部件排故同步進行，造成型號研制反反復復，大大拖延了研制周期”。 在航空工業(yè)專家的集體反思下，“飛發(fā)分離”的呼吁持續(xù)高漲。2009年，中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責任公司（簡稱“中國航發(fā)商發(fā)”）成立，成為中國大型客機發(fā)動機項目的總承制單位，著手研制中國民用航空發(fā)動機。2016年，中國航空發(fā)動機集團有限公司（簡稱“中國航發(fā)”）正式成立，由國資委、北京國有資本經(jīng)營管理中心、中國航空工業(yè)集團有限公司、中國商用飛機有限責任公司共同出資組建。 自此，中國擁有了國家級的專業(yè)化航空發(fā)動機企業(yè)集團，意味著至少在體制上，航發(fā)研制徹底擺脫了對飛機研制的依附，走向獨立發(fā)展的星辰大海。   

3、從“測繪仿制”到“自主研發(fā)”

“能買就買，買不了就仿。” 

任正非講的故事背景是上世紀70年代，事實上，從英國引進“斯貝”發(fā)動機只是一個意外插曲。早期我國大多數(shù)航空發(fā)動機來自于對蘇聯(lián)發(fā)動機的測繪仿制。作為航空工業(yè)的核心技術，西方國家對中國自始至終是封鎖策略。在蘇聯(lián)斷絕援助后，我國航空工業(yè)一度陷入無發(fā)可用的窘境。1972年，英國羅·羅公司主動提出愿意向中國提供斯貝MK202發(fā)動機，并同時轉讓技術，讓人頗為意外。 

斯貝MK202發(fā)動機

1975年12月，中英雙方簽訂了約7700萬英鎊的購買合同。原計劃分兩步走，先用3年時間學會利用進口零件組裝出合格的斯貝，再用5年實現(xiàn)國產(chǎn)化。

1980年，根據(jù)英國毛料研制組裝的斯貝發(fā)動機在英國完成模擬試車。但在80年代的國民經(jīng)濟調整中，面臨著與渦扇-6一樣的現(xiàn)實，國產(chǎn)化進程因此中止了十幾年。 斯貝國產(chǎn)化前后持續(xù)了30年，令人感慨。因為等不來發(fā)動機，為保障飛機生產(chǎn)，我們先把存放了20年的庫存斯貝發(fā)動機拿來使用，然后又從英國購入一批二手發(fā)動機。一直堅持到2010年左右，渦扇-9才終于跟上進度，實現(xiàn)了持續(xù)量產(chǎn)供應。 從斯貝發(fā)展而來的渦扇-9“秦嶺”發(fā)動機屬于“部分自主設計”，在此之前，我們絕大多數(shù)是“仿制和改進”蘇聯(lián)的發(fā)動機。長期的測仿，導致研究所技術能力甚至不如工廠，技術無法消化，無法形成自己的研制體系。直到2002 年國產(chǎn)渦噴-14“昆侖”發(fā)動機定型，中國才算是第一次走完了自行研制的全過程。 2005年12月，由沈陽黎明發(fā)動機公司抓總研制的國產(chǎn)渦扇-10“太行”通過滿壽命測試，成為我國首個具有自主知識產(chǎn)權的大推力渦扇發(fā)動機。“太行”從1978年預研，到1987年立項，再到2005年12月底完成設計定型審查考核，歷時27年，這個過程可以說是磕磕絆絆，甚至發(fā)生過試驗機爆炸的事故。直到2011年，渦扇-10的最大加力推力被確定為125KN，意味著這臺被人們寄予厚望的“國產(chǎn)心臟”總算進入量產(chǎn)狀態(tài)。

“太行”總算走過了被網(wǎng)友詬病“不太行”的階段，近來年的表現(xiàn)也算得上爭氣，截止目前沒有一架搭載“太行”的戰(zhàn)機因發(fā)動機故障墜毀。 從仿制和改進，到部分自主研發(fā)，再到擁有自主知識產(chǎn)權，中國航空工業(yè)人清醒認識到，關鍵領域必須要自力更生，核心技術必須要自己掌握。然而作為人類最復雜的工業(yè)領域，航空發(fā)動機的研制不能閉門造車。渦扇-10的研制也曾博采眾家之長，例如核心機原理借鑒了美國通用的F-110，為滿足國內實際裝機需求，又引進了蘇-27作為試飛平臺，并且大量消化吸收了蘇-27配套動力系統(tǒng)AL-31F的技術經(jīng)驗。和中國當前許多國產(chǎn)化的裝備技術一樣，渦扇-10既不照抄俄發(fā)，也不盲隨美發(fā)，而是同時吸取美俄兩國的經(jīng)驗，再探索出一條符合中國實際的技術路線。 

中國研制的主要軍用航空發(fā)動機型號

從“填空補缺”到“望其項背”，最終確保和發(fā)達國家“并駕齊驅”的過程并不容易。中國航發(fā)成立后，確立了“三步走”的路線圖規(guī)劃。第一步，縮小與國外航空發(fā)動機先進水平的差距，初步建立航空發(fā)動機自主創(chuàng)新研發(fā)體系，打下發(fā)展基礎；第二步，基本建成航空發(fā)動機自主創(chuàng)新研發(fā)體系；第三步，走完代表性型號自主研制過程，建成自主創(chuàng)新的基礎研究、產(chǎn)品發(fā)展和產(chǎn)業(yè)體系，基本實現(xiàn)自主創(chuàng)新發(fā)展的戰(zhàn)略轉型，中國航發(fā)成為具有國際競爭力的創(chuàng)新型企業(yè)。   

4、從“封閉獨立”到“開放融合” “小核心、大協(xié)作、專業(yè)化、開放式。”

前面半個世紀，中國航空發(fā)動機的發(fā)展并不順遂，上世紀90年代至本世紀初，科技界出現(xiàn)許多關于中國航空發(fā)動機發(fā)展滯后的反思。老專家們總結“我們對航空技術發(fā)展規(guī)律的認知不足，缺乏長遠計劃和穩(wěn)定規(guī)劃”，但更深層次的原因還是在于體制。 美國軍工產(chǎn)業(yè)模式是以企業(yè)為主角，波音、洛馬、諾格等軍民兩用集團作為主制造商，雷神、霍爾韋爾、普惠、通用等集團為其提供分系統(tǒng)配套，往下還有TI、ADI等數(shù)千家軍民兩用企業(yè)負責供應材料和零部件，形成開放協(xié)作、逐級競爭、專業(yè)細分的金字塔狀軍民融合生態(tài)圈。 冷戰(zhàn)期間，美國曾經(jīng)通過政府操縱下的橫向競爭機制，扶持起了GE和PW兩大航發(fā)巨頭。1968年，美國國防部要求普惠和通用各制造和試驗一臺發(fā)動機。這種政府主導的“擇優(yōu)扶強”效果明顯，最終成就了大名鼎鼎通用F-110發(fā)動機和普惠F-100發(fā)動機。 

F110-GE發(fā)動機

普惠最初在競爭中獲勝，首先簽下合同。通用雖然在一開始的競爭中處于不利地位，但后續(xù)推出改進型F110-GE-129，普惠為與之抗衡又研制出性能改進型的F100-PW-229。1984年2月，美國空軍按雙承包商采購策略，對F100和F110按比例采購，基本上雨露均沾。兩家公司正是在這樣的“賽馬”機制和訂單扶持下，一路成長為全球頂級航空發(fā)動機公司。

而長期以來，我國軍工產(chǎn)業(yè)模式是由帶有較強行政色彩的軍工集團負責抓總，以高度計劃的方式對科研任務進行統(tǒng)籌、協(xié)調、保護?？傮w研究所到總裝廠，配套研究所到配套廠之間大多為“縱向協(xié)作、條塊割裂”的狀態(tài)，軍用民用兩條線，形成研制分離、缺乏競爭、自我保護的封閉壟斷體系。 “兩機專項”和中國航發(fā)的成立，為其保駕護航的是國家軍民融合戰(zhàn)略的深入推進。

2016年中共中央、國務院、中央軍委發(fā)布的《關于經(jīng)濟建設和國防建設融合發(fā)展的意見》明確提出，深化國防科技工業(yè)體制改革，進一步打破行業(yè)封閉，擴大引入社會資本，突出核心能力，放開一般能力，推進社會化大協(xié)作，推進軍工企業(yè)專業(yè)化重組。 

打破軍民二元分離，推進開放融合既是體制上的突破，也是產(chǎn)業(yè)鏈的重塑與整合。以航空工業(yè)領域為例，美國一直奉行的“主制造商-供應商”模式正在被全球航空制造企業(yè)紛紛效仿。在這個模式下，一架飛機的研制需要供應商早期介入，共同參與研發(fā)。 主制造商分拆自己屬下的制造生產(chǎn)單元，轉而成為系統(tǒng)集成制造角色，擺脫了“制造生產(chǎn)”這個需要高負荷才能出效益的“負重”環(huán)節(jié)，增強應對市場變化的實力；供應商則可專注于某一分系統(tǒng)的研發(fā)和技術實力儲備，做到更加專業(yè)化和高效率。 

航空發(fā)動機作為一架飛機的核心系統(tǒng)，開放協(xié)作也可極大提升研制效率。例如羅羅公司從 2004年開始，就只生產(chǎn)核心零部件和附加值最高的30%，而將余下的70%轉包出去，從而在風險可控的前提下，盡可能地降低發(fā)動機全部零件的制造與采購成本。 中國航發(fā)在此基礎上進一步確定了“小核心、大協(xié)作、專業(yè)化、開放式”的發(fā)展模式，意味著中國航空發(fā)動機的研制可以在全國乃至全球范圍內吸納更廣泛的外部力量參與協(xié)作，企業(yè)則可集中力量提升關鍵核心能力。

據(jù)披露資料顯示，“長江”系列發(fā)動機目前有350多家供應商參與，初步形成全球供應鏈。同時，16個國家的69 家供應商有意愿參與中國商用發(fā)動機項目。

歷史教訓已經(jīng)證明，關起門來造不好發(fā)動機。航空發(fā)動機由上萬個精密零件集成組裝而成，研制周期漫長且涉及領域廣。自主研制航空發(fā)動機，對當下的基礎學科、設計、材料、工藝都是艱巨挑戰(zhàn)。中國制造業(yè)門類齊全，可調用資源豐富，但基礎工業(yè)提供的支撐還遠遠不夠。通過開放融合，打通上游產(chǎn)業(yè)鏈上（如材料、機械加工、計量測試等）的標準和數(shù)據(jù)壁壘，可加速制造資源的整合，豐富完善產(chǎn)業(yè)鏈，最大限度實現(xiàn)全行業(yè)的降本增效。 欠下的歷史舊賬和當下的技術封鎖，注定中國航空發(fā)動機的突圍道路依然坎坷，需要極大的決心、耐心和智慧。但是這條路上初顯的曙光，已經(jīng)給我們指明方向，只希望將創(chuàng)新和改革堅持不懈的推進下去，不要再讓中國航空工業(yè)重復半個多世紀以來的隱痛和淚水。 

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