|
最近和一些朋友讨论了日本的XF9-1战机发动机的情况，普遍国人对日本的认知是：日本航空发动机特别是战机发动机没有国产化的能力，只能依靠欧美。这也是很多人说“日本航天技术不行”的原因之一！确实，二战以后日本的航天技术断代，近年的航天技术都是二战以后日本重新积累的。日本现在虽然没有大范围制造航天航空用引擎的能力，可是却不可忽视日本企业在其中的作用！在不知不觉当中，世界上航空发动机的主要零部件，日企已经占据了很大比例！ XF9-1引擎的制造 去年日本公开了XF9-1的测试视频，瞬间将“日本战机引擎”的话题推向了一个高峰。其实现在XF9-1战机引擎还是实验阶段，也不需要过分的解读太多，虽然其推力等指标，是对标美国的F-15以及俄罗斯的Su-35，但是想要真正达到美国和俄罗斯的水平，还需要很长的时日。 XF9-1对于日本来说，其实算作一个“划时代”的实验机，之前因为一些条约的限制，日本不能够开发战机引擎，只能依靠美国。经过几十年的发展，现在终于有一台引擎可以在实验性能上比肩欧美了，这对日本而言，可是追赶了几十年。 在发动机领域的日本企业喷气式飞机引擎的生产，基本上是被三家公司垄断，美国的通用电气、普拉特·惠特尼集团以及英国的罗尔斯-罗伊斯。日本的现在虽然没有办法自己生产，但是日本的产品以及技术，在这些航空发动机厂家中已经得到充分的应用，在机场停的飞机当中，至少10%~20%的零部件或者技术是由日本公司提供的。 通用电气GEnx发动机，是双转子轴流式大涵道涡轮风扇发动机，目前搭载在波音787、747-8之上。其中的高压压缩机以及低压涡轮中的零部件，日本企业占据了15%以上。空客A320以及波音737搭载的新型PW1100G，是日本、德国、美国的5家公司共同开发的引擎，日本部品占据了23%以上，其中的燃烧器、低压压缩机等都是日本公司提供。 在连接发动机内部用的涡轮轴承方面，日本的IHI拥有绝对优势，特别是超过3米的高精度轴承，日本占据了70%的份额。 素材方面原本就是日本的强项，波音787开发当中，使用了日本的碳素纤维。现在能够在航空领域使用的碳素纤维，日本厂家（东丽、东邦、三菱）占据了70%的份额。在未来轻量化的趋势当中，必然碳素纤维的应用会更加广泛。旅客飞机的喷气式引擎中的风扇，是用钛材料做成的，钛材料要比铝合金材料的强度更强，比重较钛材料重，达到了4.5左右。但是碳素纤维的比重是2以下，如果使用碳素纤维的话，必然会使得飞机更轻。 设计引擎风扇部分时，设计人员会考虑如果风扇脱落的情况，为了保证风扇脱落后，不会影响到客舱，在风扇周围会有钛材料外壳来保护。大型引擎直径会超过3米，外壳要比风扇本体重很多，如果这些材料全部换成碳素纤维的话，能够减轻数百公斤的重量。 黑色的风扇为碳素纤维做成的 另外，碳素纤维的自由度很高，其形状局限性少。坐飞机的时候，各位可以留心观察一下，飞机两侧引擎的风扇部分，现在一般是金属材质的。但是在近年，黑色的风扇逐渐增加，那就是用碳素纤维做成的。比如日本航空公司导入的787飞机，其风扇部分就是采用了碳素纤维复合材料做成的。 飞机引擎部分的零部件，精度要求很高，日本的森精机、马扎克、牧野等公司生产的设备加工精度完全可以满足其生产要求。在前文说的几家喷气式引擎生产工厂，大多使用的也是日本公司生产的设备 涉及发动机核心的日本技术此前日本公司就已经进入到了航空用发动机研发的各个领域，但是在发动机核心零部件的高压涡轮方面一直没有太多的建树。喷气式引擎从原理上来说，从燃烧仓到涡轮的高温高压气体的温度越高，性能就越好。许多公司将如何提升气体温度作为一个长期课题来进行，每年投入大量的研发资金。 现行的做法一般是考虑耐热涂层加冷却技术，来提高其耐热温度。在耐热材料方面，日本公司名列前茅。在Ni材料当中加入各种稀有金属材料做成合金，然后使用合金材料提升耐热性能成为一种趋势，而这种趋势的主导，就在于日本公司。日本全日空787所搭载的不锈钢涡轮扇叶，就是采用日本材料研究机构开发的合金做成的。 碳化硅纤维 日本还有另外一种耐热材料，那就是碳化硅纤维。采用碳化硅纤维做成的复合材料，已经使用在许多发动机的关键部品之上。Ni系超合金和稀有金属做成的合成材料，比重在8~9之间，是之前的主流，耐热温度在1150℃左右。而碳化硅纤维合成材料，比重要轻了3倍，其耐热温度能够达到1300℃。如果采用碳化硅复合材料的话，不仅能够达到轻量化效果，还可以改善燃油效率。所以，现在碳化硅纤维材料作为后续发动机的核心材料引来了世界的瞩目，而此材料，目前据我所知，只有日本公司可以生产制造。比如宇部兴产、日本碳素等。 但是这种材料很贵，同等重量的材料可以比肩同等重量的黄金！可这并不影响其在航空领域的使用，美国通用电气已经采用这款材料开发了新型737、A320用的引擎。 日本能否造国产引擎？当我们了解到飞机引擎中日本企业的作用以后，在想一下，日本是否可以造国产引擎呢？ 打造国产飞机引擎，是日本许多设计人员毕生的追求。前文说的XF9-1，就是经历了多代更迭。XF9-1的涡轮入口温度可以达到1800℃，这点在世界上都是顶尖的水平。这款引擎的推力设计是15T，也是目前世界上顶尖的设计。可以说，日本现在实验的这款XF9-1引擎，是结合了日本现有技术的结晶。 XF5引擎 XF9-1的定位是“战斗机引擎”，在此之前日本开发了XF5战机引擎，可是推力只有5T，实在是无法支撑下一个时代的战机。另外，日本对标的F-22引擎F119，是美国在30年前开发的引擎。这个让日本现在引以为傲的引擎，依旧落后了美国至少30年！ 日本打造国产引擎，肯定是没有问题的，但是想要打造一个世界超一流的引擎，道路还是非常远的！ 结束语写这篇文章的目的，其实并非想要讨论日本航空技术有多么的落后或者先进，而是想让更多的人认识到两个事情： 1，日本在努力补足自己的短板，而且是切切实实的行动； 2，日本的很多行业，还是有技术沉淀的，在某些领域，已经遥遥领先，切不可盲目自大才是。 |
|
|
