去年年中，因盡調(diào)項(xiàng)目的緣故，與同事驅(qū)車來(lái)到了秦嶺腳下，灃峪河畔的西北工業(yè)大學(xué)，作為我國(guó)在三航方面最為專業(yè)的院校，西工大為國(guó)家培養(yǎng)了50%以上的飛機(jī)型號(hào)總師，包括聞名遐邇的殲-20、運(yùn)-20等，在航空界可謂鼎鼎大名。位于秦嶺南麓的長(zhǎng)安校區(qū)恰好位于三論祖庭草堂寺旁，一眼望去，秦嶺的翠綠山色隨處可得，在緊貼山邊公路的校園圍墻上，書(shū)寫(xiě)著一行大字“空天地海、動(dòng)力先行?！比绶鸺屹收Z(yǔ)般的簡(jiǎn)介了當(dāng)，卻說(shuō)透了三航產(chǎn)業(yè)的核心，尤其是其中的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)，一直被視為工業(yè)皇冠上的明珠。

多年來(lái)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)一直被認(rèn)為是制約我國(guó)航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最重要因素，由于其涉及到材料、氣動(dòng)布局、機(jī)械結(jié)構(gòu)等多個(gè)領(lǐng)域，某種意義來(lái)說(shuō)是結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品，因而其設(shè)計(jì)、制造都充滿難度。時(shí)至今日，能夠獨(dú)立制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的也僅有美中英法俄烏六國(guó)，能造出民用航發(fā)的則只有美英法三國(guó)，可見(jiàn)航發(fā)的進(jìn)步并非一日一時(shí)之功。

回顧歷史，熱氣球、飛艇、滑翔飛行等人類初期的飛行嘗試雖然都飛上了天空，但是在無(wú)動(dòng)力狀態(tài)下飛行的可控性、靈活性都很低。1903年，萊特兄弟將一臺(tái)12馬力的活塞式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)裝在了“飛行者“1號(hào)上，實(shí)現(xiàn)了在空中59秒、260米的飛行，這是人類第一次進(jìn)行有動(dòng)力飛行。在此后的一百多年中，人類研發(fā)了各種各樣的飛機(jī)，每一代飛機(jī)研發(fā)的背后都是新的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)，航發(fā)和飛機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的同呼吸、共命運(yùn)。

一、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史和分類

從航空發(fā)動(dòng)機(jī)的類型來(lái)看，可將航空發(fā)動(dòng)機(jī)分為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。在飛機(jī)發(fā)展的最早期，飛行家們甚至嘗試過(guò)使用笨重的蒸汽機(jī)進(jìn)行飛行，然而由于燃燒效率低下，人們很快放棄了這一念頭轉(zhuǎn)而使用新發(fā)明的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。同汽車一樣，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)是依靠活塞在氣缸中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使氣體工質(zhì)完成熱力循環(huán)，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱力機(jī)械，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)曲軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，從而為飛行提供動(dòng)力?；钊l(fā)動(dòng)機(jī)在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是飛機(jī)的主要?jiǎng)恿x擇，二戰(zhàn)時(shí)飛機(jī)在戰(zhàn)爭(zhēng)中得到廣泛應(yīng)用，美國(guó)的P-47戰(zhàn)斗機(jī)、日本的零式戰(zhàn)斗機(jī)均使用的是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。由于龐大戰(zhàn)爭(zhēng)機(jī)器的開(kāi)動(dòng)，同盟國(guó)和協(xié)約國(guó)都對(duì)飛機(jī)提出了更高的要求，而隨著飛行速度的進(jìn)一步提高，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的功重比就會(huì)變得非常沒(méi)有效率，雙方都開(kāi)始進(jìn)行新型發(fā)動(dòng)機(jī)的研究。

20世紀(jì)四十年代末至50年代初，源于戰(zhàn)爭(zhēng)驅(qū)動(dòng)的研究開(kāi)花結(jié)果，空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)走上歷史舞臺(tái)。噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)是利用氣流的反推力為飛行器提供的動(dòng)力的一種方式，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)不僅用在了傳統(tǒng)的飛機(jī)上，而且成為了導(dǎo)彈、航天器等新型飛行器的動(dòng)力來(lái)源。根據(jù)有無(wú)壓氣機(jī)，可以將噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)分為兩類，無(wú)壓氣機(jī)的主要是沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好，常作為洲際導(dǎo)彈、中程導(dǎo)彈等使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，飛行速度可達(dá)到5-10馬赫。但其缺點(diǎn)在于在靜止?fàn)顟B(tài)下無(wú)法自行起飛，必須需要助燃器推動(dòng)，不適于普通的飛機(jī)。第一代有壓氣機(jī)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、加力燃燒室、尾噴管、附件傳動(dòng)裝置和附屬系統(tǒng)組成，在工作過(guò)程中，通過(guò)吸入飛機(jī)前方的空氣，并通過(guò)壓氣機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行增壓，為燃燒室提供高壓空氣，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)工作，同時(shí)，高壓高溫氣體進(jìn)入渦輪，驅(qū)動(dòng)渦輪做工，向后高速噴出氣體，從而推動(dòng)飛機(jī)向前。渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)是人類對(duì)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的第一次嘗試，美國(guó)的F-80,F-86,蘇聯(lián)的米格-15等都是裝備該型發(fā)動(dòng)機(jī)的典型代表(在朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)中曾廣泛使用)；在附帶加力燃燒室后，飛機(jī)的最大飛行速度可達(dá)到2馬赫以上。但是由于渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部分排出氣體仍有相當(dāng)能量，經(jīng)濟(jì)性較差，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，逐步被性能更好的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)取代。

渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)是通過(guò)加裝一套渦輪，將原渦輪中流出的，仍有一定能量的燃?xì)猓谖矅姽苤欣^續(xù)膨脹作功，帶動(dòng)一個(gè)比壓氣機(jī)大的風(fēng)扇，從而提高經(jīng)濟(jì)性的方案。1964年，英國(guó)羅羅公司開(kāi)發(fā)出軍用斯貝發(fā)動(dòng)機(jī)方案，用于列裝美國(guó)F-4鬼怪戰(zhàn)斗機(jī)，推重比達(dá)到5。從此之后，發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)開(kāi)始成熟，航發(fā)的進(jìn)步更多集中在怎樣提高燃燒效率，如何提高推重比？航發(fā)的研究也更多集中在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料的進(jìn)化上。20世紀(jì)70年代，美國(guó)首先研制成功推重比為8.0一級(jí)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)F100,并裝備在F-14戰(zhàn)斗機(jī)上。之后的F-16裝備的F110、F/A-18裝備的F404都是這一級(jí)別的發(fā)動(dòng)機(jī)。在冷戰(zhàn)末期，第四代戰(zhàn)機(jī)的研發(fā)被提上日程，推重比為10一級(jí)的配套發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)也成為了當(dāng)務(wù)之急，美國(guó)的F119和之后進(jìn)化版的F135即是這一代發(fā)動(dòng)機(jī)的典型代表，由于蘇聯(lián)解體，俄羅斯在這一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)上顯著推后，其產(chǎn)品30在2015年后才正式推出。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)已成為軍用飛機(jī)的主要選擇，經(jīng)過(guò)多次改制和完善，目前也成為了普通客機(jī)的主流選擇。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)推力較大，在高速飛行時(shí)占有優(yōu)勢(shì)，但是在亞音速等較低飛行速度下，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率比較低，耗油率很高。正是在這種困境下，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用而生，其工作原理是將燃?xì)獍l(fā)生器產(chǎn)生的大部分可用能量由動(dòng)力渦輪吸收并從動(dòng)力軸上輸出，用于帶動(dòng)飛機(jī)的螺旋槳旋轉(zhuǎn)，從而把空氣排向后方，由此產(chǎn)生向前的拉力帶動(dòng)飛機(jī)向前飛行渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)在低空低速飛行環(huán)境下?lián)碛忻黠@的優(yōu)勢(shì)，在早期的戰(zhàn)術(shù)型運(yùn)輸機(jī)上渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，例如美國(guó)的C-130運(yùn)輸機(jī)，蘇聯(lián)的安-22運(yùn)輸機(jī)，我國(guó)的運(yùn)8運(yùn)輸機(jī)等。

1936年世界上誕生了第一架直升機(jī)，受益于垂直起降，使用方便的優(yōu)勢(shì)，在軍民用領(lǐng)域得到了廣泛的使用，作為驅(qū)動(dòng)直升機(jī)旋翼而產(chǎn)生升力和推進(jìn)力的動(dòng)力裝置，可分為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是最早的直升機(jī)動(dòng)力裝置，而渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)是目前直升機(jī)的主流選擇。從其工作原理來(lái)看，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)與渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)基本是相同的，只是其功率輸出方向轉(zhuǎn)向了上方，通過(guò)驅(qū)動(dòng)旋翼帶動(dòng)飛機(jī)飛行。

二、我國(guó)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

由于復(fù)雜的歷史原因，我國(guó)基本缺席了航發(fā)的早期發(fā)展階段，1950年代，借助蘇聯(lián)援建的歷史機(jī)遇，我國(guó)仿制和改型研制了渦噴5、渦噴6、渦噴7、渦噴13等多個(gè)型號(hào)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，并裝備了轟6轟炸機(jī)和殲7戰(zhàn)斗機(jī)等。這一階段我國(guó)的航發(fā)基本以仿制為主，后來(lái)由于蘇聯(lián)撤回援建對(duì)我國(guó)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)產(chǎn)生了很大的困擾，我國(guó)開(kāi)始進(jìn)入渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的自行研制階。從壓氣機(jī)到單晶葉片不斷進(jìn)行改進(jìn)改型，終于研制成功了 “昆侖”渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，并在2002年定型。雖然渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)目前已經(jīng)不是主流的發(fā)動(dòng)機(jī)類型，但昆侖發(fā)動(dòng)機(jī)的研制還是為我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的事業(yè)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和人才隊(duì)伍。我國(guó)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)則主要來(lái)自于英國(guó)，20世紀(jì)70年代，隨著中國(guó)和西方國(guó)家關(guān)系的改善，英國(guó)羅羅公司將MK202斯貝軍用加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了中國(guó)，西航公司1976年開(kāi)始進(jìn)行斯貝發(fā)動(dòng)機(jī)的試制工作，取名渦扇9。應(yīng)該說(shuō)，當(dāng)時(shí)的斯貝發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)在國(guó)際上也是較為領(lǐng)先的，英國(guó)也剛剛研發(fā)成功，無(wú)加推情況下推力可達(dá)6噸，加推情況下可達(dá)9噸。然而由于國(guó)內(nèi)在材料、工藝等方面的巨大差距，全面吸收斯貝發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)已經(jīng)是快三十年之后了。二十一世紀(jì)來(lái)臨，隨著國(guó)內(nèi)在冶金、材料、化工、機(jī)械方面的快速進(jìn)步，渦扇9的全面國(guó)產(chǎn)化也開(kāi)始步入正軌，渦扇9也更名為“秦嶺發(fā)動(dòng)機(jī)”，即我們現(xiàn)在所指的渦扇10。自2002年定型之后，渦扇10開(kāi)始裝備飛豹?dú)炥Z機(jī)等機(jī)型，早期其可靠性確實(shí)不盡如人意，但隨著不斷修正和完善，渦扇10也日趨成熟，開(kāi)始大量運(yùn)用于我國(guó)軍用飛機(jī)中，并改型出了渦扇10B等型號(hào)。渦扇10的成熟標(biāo)志著我國(guó)在航發(fā)領(lǐng)域開(kāi)始站穩(wěn)了腳跟，具有了航空發(fā)動(dòng)機(jī)試制的基礎(chǔ)，為現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的三代機(jī)提供了有力保證。從公開(kāi)信息來(lái)看，我國(guó)的**-15,**-20等型號(hào)也開(kāi)始進(jìn)行了成熟階段，有望厚積薄發(fā)，迎來(lái)新一代發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的曙光。

三、我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的投資機(jī)會(huì)

正因航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)之復(fù)雜，工藝之高超，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代也是非常緩慢的，其進(jìn)步往往需要材料、工藝、冶金、流體力學(xué)等諸多方面的配合，涉及到諸多基礎(chǔ)學(xué)科、基礎(chǔ)理論的突破。從歷史經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，一代發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)通常需要二十到三十年的時(shí)間。由于時(shí)間周期過(guò)長(zhǎng)，與飛機(jī)型號(hào)開(kāi)發(fā)往往難以匹配，因此航發(fā)制造商基本都以核心機(jī)開(kāi)發(fā)為主，將新材料、新設(shè)計(jì)的研究前置，之后再根據(jù)具體型號(hào)要求做三到五年的型號(hào)研究從而盡快推出產(chǎn)品。由于航發(fā)的高壁壘性與開(kāi)發(fā)的長(zhǎng)周期性，對(duì)投資航發(fā)產(chǎn)業(yè)造成了一定的影響。因此在航發(fā)產(chǎn)業(yè)投資中，更應(yīng)注重投資的邏輯，從目前來(lái)看，有以下幾個(gè)方面的機(jī)會(huì)值得探討：第一、航發(fā)新材料的機(jī)會(huì)。我國(guó)航發(fā)總成基本由中航發(fā)完成，在可預(yù)見(jiàn)的二三十年內(nèi)，難以有廠商可以與之競(jìng)爭(zhēng)。但航發(fā)涉及到廣泛的材料應(yīng)用，且這些材料將來(lái)有可能通過(guò)民用化拓展市場(chǎng)，無(wú)論是熱端部件中的新型復(fù)合材料，還是機(jī)匣等部件使用的鈦合金和高溫合計(jì)，在航發(fā)中都擁有巨大的市場(chǎng)潛力，隨著WS10的列裝和之后的型號(hào)的成熟，有望提供給航發(fā)新材料公司比較好的發(fā)展機(jī)會(huì)。第二、小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)會(huì)。近年來(lái)，我國(guó)巡航導(dǎo)彈、反艦導(dǎo)彈等導(dǎo)彈類型日益豐富，技術(shù)日益完善，其也會(huì)用到小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。這類發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)技術(shù)含量較低，在機(jī)械加工等領(lǐng)域也會(huì)創(chuàng)造出較好的投資機(jī)會(huì)。第三、航發(fā)設(shè)計(jì)軟件的機(jī)會(huì)。隨著航發(fā)設(shè)計(jì)的自主性開(kāi)始提高和國(guó)外對(duì)于國(guó)內(nèi)的技術(shù)封鎖，國(guó)內(nèi)對(duì)于航發(fā)仿真設(shè)計(jì)軟件的要求也在顯著提升?？陀^來(lái)看，我國(guó)的航發(fā)發(fā)展仍然任重而道遠(yuǎn)，作為產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中的追趕者，投資機(jī)會(huì)并不容易捕捉。但隨著國(guó)際形勢(shì)的變化，無(wú)論是國(guó)家，還是公司都不得不加快自主研發(fā)的步伐，商飛與通用LEAP的案例就擺在我們的面前，這種事件隨著時(shí)間推移可能會(huì)更加嚴(yán)重。另外一方面，也要看到，近些年我國(guó)航發(fā)還是取得了巨大進(jìn)步的，俄制D-30和AL31F在我國(guó)使用多年，未來(lái)命運(yùn)如何，讓我們拭目以待吧！