没有战斗机大推?中国人看不起的法国航发世界第三,俄国只排第四

栏目:娱乐资讯  时间:2020-02-29
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  在2019年6月初,美国通用、法国施奈克玛公司联合研制的CFM56系列发动机,成为第一种总飞行时间达到10亿小时的航空发动机——这也是人类有史以来最赚钱的航空发动机。目前仅在大中华地区运营的CFM56发动机数量就超过7200台;搭载它们的波音737和空客A320,几乎是任何一个乘客或者空运物流客户都绕不开的选择。

  图:涡轴16发动机

  而法国的透博梅卡公司,则是目前世界上最大的涡轮轴发动机企业,用户超过155个国家和2350个用户;目前全世界所有的直升机发动机,10台中就有超过4台是透博梅卡公司的产品或者仿制品。中国的直升机动力,从现役的主力直8(仿制于法国“超黄蜂”)、直9(法国许可生产的“海豚”),再到去年10月刚取得型号合格证的涡轴-16,核心技术均源于透博梅卡。

  判定国家之间航发能力差距的核心依据,只有一条:那就是核心设计制造技术的扩散方向,它永远只会从先进国家向落后国家扩散。在今天以航发的设计制造能力进行排序,美国遥遥领先,英国差距美国较大;法国不及两国,但依旧是俄国先进航发技术的最大来源。

  一:法俄的航发父子情缘,藕断于苏维埃政权建立,丝连在冷战铁幕之后

  一战之前,法国是世界上航空工业最发达的国家之一;而且法国和俄国同属于协约国阵营,因此先进技术和产品的交流也非常深入。俄国最初的整个航空体系,都是在那个年代,由法国人手把手扶起来的;称法国为俄国航空之父,没有任何夸大的性质。

  俄国第一个真正的航发制造厂,库兹涅佐夫开放式股份公司,最早就是法国格诺姆公司(施奈克玛公司的前身)的分厂。它至今依然是俄国航空航天界的顶梁柱,提供了多种航空和航天发动机,比如俄国的图160和下一代战略轰炸机的发动机。在公司创立的最早期,16名工作人员中,15人来自法国——剩下的1个俄国人,是清洁工。

  图:俄国最早的飞机和航发基本都是法国货

  图:俄罗斯发动机工厂陈列馆内的格诺姆发动机模型,这是俄国航发的起家型号

  沙俄末期的法俄技术合作,为俄国提供了一直发展到40年代初期的活塞发动机技术基础。比如苏联的巴拉诺夫第29厂、巴甫洛夫第26厂就负责制造M-85到M-105的数种军用发动机都是仿制品,相关技术全部来自法国格诺姆。

  这段合作中断于俄国的政权更替,新生的苏维埃政权征收了法国在俄罗斯的财产。法国觉得自己被抢劫了,在得不到补偿的情况下拒绝和俄国的继续合作;而苏维埃政府则认为,这是资本主义法国对共产主义国家的敌视和封锁——这种纷争在各个国家建立共产主义政权的历史中,屡见不鲜。

  一战后法国衰退非常严重,二战期间又迅速被德国占领,其航空发展陷入了停滞并在战争中被严重破坏,直到二战结束后才开始重建。这使得二战后一段时间内,法国的航发技术水平处于被苏联反超的落后状态,不存在对苏联输出技术的优势基础。

  当法国的航空工业在英美的技术输出和帮助下,恢复到一个相对不错的水平时,东西方的冷战铁幕已经降下,技术输出受到了很大的限制。因此法俄之间的航空技术交易,必须以民用项目作为掩饰渠道,然后法国出口上游的先进技术/设备:

  或直接应用于航空器的设计制造,或出口相关的子系统、设备、器件,整合在苏联的整机型号中。比如AL-31F发动机实现批量生产的过程中,苏联为乌法发动机厂从法国引进了大量数控机床,派赴了大量专家赴法国培训。

  图:1977年投产的图-154 B型客机,其自动飞行控制系统、导航系统全部由法国合作提供。

  至于这些技术后来纷纷改头换面,以苏联自主研发成果的名义出现在多种军用飞机上,法国对此当然知情。但除非苏联方面的宣传过于高调、以至于在苏联境外也引发强烈政治、外交影响;法国人又有什么动机,去打破自己能闷声赚钱,苏联军工集团喜获自主研发成果,苏联政府和人民获得巨大优越自豪感的三赢模式呢?更何况这种事情,当年也不止法国一家在做,政治的奥妙总是与虚伪和肮脏难以分割。

  二:从二战到冷战,苏联航发研制因为体制低效被法国反超

  1939年,德国和苏联联手侵略波兰,二战就此爆发。1941年,苏德从亲密战友反目成仇,英美联苏抗德形成联盟关系,并持续到40年代后期。40年代从英美引进、从德国瓜分到的技术、设备、人才,奠定了苏联战后航发的发展基础。

  苏联对于以高速旋转的燃气涡轮结构为核心的现代主流航发,大体上只划分了两类;一种是喷气式的,动力输出主要靠高速喷射燃气实现。一种是类似汽车发动机一样、动力主要靠发动机转轴输出,带动螺旋桨或者是直升机旋翼,苏联统称它们为涡轮螺旋桨发动机——这个大类在中国,则进一步细分出涡桨和涡轴(装备直升机)两种类型。

  图:仿制尼恩-I发动机的RD-45

  图:米格15战斗机最初批次安装原装尼恩-I发动机,之后装备RD-45发动机

  苏联的喷气类发动机,起步于1947年从英国罗尔斯-罗伊斯公司的尼恩Nene-I型发动机。在尼恩-I的基础上,苏联连续仿制、改进了几款发动机。随着后续改型和英国原型的设计、制造差别越来越大,苏联开始逐步的掌握如何独立自主的研制喷气发动机。俄罗斯在官方航发史中,对此评价为:“正是这个系列的涡喷发动机奠定了苏联喷气式航空的基础”。

  苏联的涡轮螺旋桨发动机,起步阶段是由德国专家组主导设计制造的。二战之后苏联获得了大约3500名德国航空专家,其中研发苏联第一款涡桨发动机的古比雪夫发动机工厂,在1947年之前获得了近千车皮的德国试验、生产装备器材,拥有660名德国专家。这个历史过程,被俄官方史评价为:“起点是德国的,终点是苏联的”。

  进入50年代中后期之后,苏联本土的设计力量在不断的型号工程锻炼中迅速成熟、扩大;其航发研制体系,也开始真正实现独立自主研发能力。这一阶段的航发设计制造还相对比较简单,在苏联的军事管制计划经济体制下,大量的人力物力投入,在很短的时间内使苏联航发的水平得到了非常显著的进步——虽然依旧和英美差距遥远,但确实一度领先于法国。

  图:60年代苏联研制的米格23战斗机,加速能力让拿到实机进行摸底测试的美国空军都觉得非常惊讶

  图:米格23的加速能力,是发动机用很短的寿命换取高推力得到的。测试米格23的美军人员吐槽:“这些发动机从没长时间持续运行过,它们最多能飞行200个架次,这或许也是苏联人的一种行销手段,这样他们就能不断的卖发动机给他们的主顾了。”

  但苏联航发的发展,无法独立于整个工业和经济体系之外——这意味着它无法摆脱苏联体制下的僵化、低效等一系列问题。在前期,苏联发动机仍然可以通过牺牲寿命、可靠性等指标,在推力等指标上抗衡甚至反超英美产品。

  但越到后期,航发研制越来越复杂,涉及到的技术领域越来越广泛,从最基本原料到成品需要经历的环节越来越多;总体上苏联要取得相同的技术成果,需要的代价远远高于西方,而且一直变得越来越高。

  因此即使是不断通过各种渠道,补充来自西方的先进理论、设备,苏联的航发发展还是被英美甩开的越来越远。早期还能通过牺牲寿命来换取推力等少数指标上的优势,后期已是所有性能上的全面落后英美。正是在这样的历史发展过程中,苏联的航发技术水平被不断从英美获得技术支援的法国所反超了。

  三:苏维埃解体后,俄罗斯航空的法兰西慈父再度归来

  “与施奈克玛公司的联合需要思维方式的转变,即土星公司必须变成一家西方公司......”“土星公司努力满足西方的标准,提供工具、培训能维修关键部件的人员。

  在项目启动之前,对于公司能力过分乐观地估计造成了在工作量和进度方面的冒进。但这一切都过去了,现在土星公司已经清醒并且成为完全透明的公司。施奈克玛公司是个“粗暴、刚毅近乎严酷”的伙伴,几乎是以铁腕的手段拖着土星公司前进,这一过程让人难以接受,但却是必须的,土星公司因此获得进步。”

  以上是2010年土星公司的总裁费奥多洛夫在接受英国《飞行国际》采访时的谈话内容,背景是谈及SAM146发动机项目。俄罗斯时代的法俄发动机合作非常广泛,而且带有极强的技术单向扩散色彩;这种直接而深入的合作,最早始于拉扎克发动机。

  图:装备SAM146发动机的苏霍伊SSJ100客机

  图:sam146发动机

  拉扎克发动机是法国透博梅卡和施奈克玛在60年代联合研制的发动机,用于小型喷气教练机。1993年时,该发动机已在法国停产,但俄罗斯要求购买该型发动机的专利技术——附带条件是,施奈克玛必须和俄方公司合作,为拉扎克发动机开发一款新的数字化发动机电子控制系统。

  拉扎克是一个材料老旧设计过时的小型发动机,但也正是因为如此,它在气动、结构等基础设计上是极易被掌握的;同时该发动机又是一台双转子的涡扇发动机——这意味着它与包括F119在内的主流军用涡扇发动机,具备相同的基础构架。

  对于俄罗斯来说,引进这款发动机的最大价值,就是获得一个简单易懂、且最方便推广到AL31F等俄主力发动机型号的试验平台,并让法国人手把手的教他们怎么设计数字化的发动机控制系统。

  图:装备拉扎克发动机的阿尔法喷气教练机

  图:拉扎克发动机

  之后法俄联合研制的SAM146发动机,核心设计源于法国阵风战斗机上的M88发动机。为什么不用俄国AL-31F或者RD-33的核心设计改?因为民用的商业运营发动机,容不得你玩舍弃寿命换推力那套所谓俄式系统工程法。

  推力、油耗、寿命、可靠性、维护性,乃至于噪声、氮氧化物排放等等,一个都不能少;否则轻则在行业上没有任何竞争力,重则连适航认证都拿不到,进入国际市场的资格都没有。

  在法国和俄国的研制分工中,法方的施奈克玛公司负责核心机、控制系统、附件传统、发动机集成和飞行试验;而俄方的留里卡土星公司,则负责低风险的低压等外围部件、发动机装配、地面试验。真正技术难度最大、风险最高的工作,全部只能由法国来承担——就连土星的试验台在内的大量设备和技术,都是在法国人的指导下新建的。

  图:苏57

  图:俄式战斗机的新款发动机

  实际上法俄的航发合作,远不止于拉扎克和SAM146两个项目。比如在发动机设计技术上,法国是俄罗斯中央航空发动机研究院的重要合作伙伴,法国向其提供了包括先进叶片设计在内的大量技术咨询指导业务;在发动机制造技术上,法国将CFM-56的部件交给俄罗斯航发企业代工,使俄国获得了先进大涵道比发动机的大量关键制造技术......凡此种种,不甚枚举。

  这些来自法国的技术,在经过俄罗斯的消化吸收后,既大量用于现役主力型号的改进——其中就包括大批量出口中国,装备歼10、歼15、歼20的AL-31F系发动机,又大量用于俄新一代发动机的研发,比如苏57上的产品30发动机、俄未来的大涵道比发动机PD-14家族。

  结语:

  国内近些年来一直有种论调——尤其常见于小粉红军迷群体,声称法国的航发技术是五常之末,还在中国之后。但这样的论调显然经不起最简单的反问:

  在中俄的发动机技术交流与合作中,基础能力上,中方有没有能力指导俄罗斯怎么设计发动机叶片、怎么从头建立起数字化的发动机控制系统?在具体型号上,中方有没有能力负责起整个先进型号的核心设计,让俄罗斯给中国人打下手?

  参考资料:

  1、《俄罗斯航空发动机制造史》[俄] 斯米尔诺夫

  2、《苏-27研制历程——传奇的诞生》 [俄]巴维尔·普鲁因斯基

  3、《世界飞机手册2011》

  4、《航空燃气涡轮发动机零件结构与计算》[俄]·斯库巴切夫斯基

  5、《世界著名商用航空发动机要览》主编:李杰

  6、《国外航空发动机试验设备概览》刘永泉

  7、《世界中小型航空发动机手册》

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