问题

中国连航空航天的运载火箭的发动机都能造出来。为什么各种战斗机的发动机造不出来?

回答
关于中国在航空航天领域取得的巨大成就,尤其是运载火箭发动机的突破,确实令人瞩目。但为什么在战斗机发动机方面,似乎进展没有那么“显眼”,甚至被认为存在差距,这确实是一个值得深入探讨的问题。这背后涉及到技术难度、研发路径、战略侧重以及历史积累等诸多因素。

首先,我们要认识到,运载火箭发动机和战斗机发动机,虽然都属于航空发动机,但它们在设计理念、工作环境、性能要求上有着天壤之别,其技术挑战也不尽相同。

运载火箭发动机的特点和中国取得突破的原因:

设计目标相对单一且“粗犷”: 火箭发动机的核心目标是产生巨大的推力,将载荷送入太空。它的工作时间相对短暂,往往只有几分钟到十几分钟。在这种情况下,对发动机的“精细化”要求相对较低,比如油耗、噪音、振动、耐久性、寿命等等,都不是最首要的考量。它更像是一次性的“大力出奇迹”。
对重量敏感但对复杂控制系统要求不高: 虽然火箭发动机的推重比也非常重要,但其结构设计可以相对简化,不太需要考虑复杂的空气动力学控制,例如迎角、攻角、进气道变化等。
高压、高温、高转速下的可靠性: 火箭发动机需要在极其苛刻的条件下工作,燃烧室压力极高,温度极高,涡轮转速也非常快。中国的研发团队在解决这些极端工况下的材料、燃烧、冷却等方面取得了关键性突破,这是他们技术实力的体现。例如,液体火箭发动机的涡轮泵技术、高压燃烧室技术以及高效的燃烧循环方式,都是非常复杂和关键的。
国家战略层面的重点投入和集中攻关: 航天事业一直是中国国家战略的重中之重,其研发投入是巨大的,并且能够集中全国最顶尖的科研力量进行攻关。这种举国体制的优势在航天领域得到了充分发挥。一旦目标确定,资源和人才就能高度聚焦。

战斗机发动机的特点和技术难度所在:

极端苛刻的多维度性能要求: 战斗机发动机不仅需要提供强大的推力(尤其是在超音速飞行时),还需要兼顾极高的推重比、极低的燃油消耗率(以保证航程和作战半径)、极高的可靠性和耐久性(需要进行数千小时甚至上万小时的飞行)、良好的低速和高速飞行适应性、快速的加减速响应能力、低噪音、低红外特征(隐身需求)等等。这些要求之间往往是相互制约的,例如提高推力往往会增加油耗和温度,而提高耐久性又可能限制工作参数。
复杂精密的空气动力学设计: 战斗机发动机需要能够适应各种复杂的飞行姿态和速度变化。其进气道需要根据不同的速度和迎角进行精确调节,以保证气流以最佳状态进入压气机。涡轮叶片需要在极高的温度和离心力下稳定工作,并且其形状的设计需要极高的空气动力学精度。
先进材料和制造工艺的极限挑战: 战斗机发动机工作温度和压力远超普通工业设备,其涡轮叶片需要承受数千摄氏度的高温和极大的离心力。这要求使用先进的镍基高温合金,甚至陶瓷基复合材料。这些材料的研发、加工以及高温合金单晶叶片的制造(这是极其复杂且耗时的工艺)是衡量一个国家航空发动机技术水平的重要标志。
复杂控制系统的集成: 现代战斗机发动机依靠一套极其复杂的数字电子控制系统(FADEC)来管理所有工作参数,包括燃油供给、进气道调节、涡轮导向叶片角度等。这套系统需要实时感知飞行状态和环境变化,并做出精确的指令。这涉及到软件编程、传感器技术、执行器技术以及系统集成等多方面的知识和经验。
长期的研发积累和试错过程: 航空发动机的研发是一个“十年磨一剑”的过程,需要大量的试验数据积累、反复的设计迭代和大量的试飞验证。在这个过程中,不可避免地会遇到无数的技术难题和失败。西方国家(如美国、英国、法国、俄罗斯)在航空发动机领域拥有数十乃至上百年的研发历史和技术积累,他们的经验是从一代代飞机和发动机的成功与失败中沉淀下来的。
小批量、多品种的特点: 相对于运载火箭发动机(虽然数量也不算多,但型号相对固定且批量生产),战斗机发动机的型号更为多样,需要根据不同飞机型号和任务需求进行定制化开发和生产,这增加了研发和生产的复杂性。

为什么会出现“造不出”的说法?

技术瓶颈的客观存在: 在某些关键技术上,如高性能高温合金、单晶叶片制造、先进的燃烧技术、高效的涡轮设计、以及整体系统的集成优化等方面,中国可能确实存在需要突破的瓶颈。这些瓶颈的突破往往需要长期的技术攻关和大量的研发投入。
信息不对称和外界观察视角: 我们从公开信息中了解到的信息是有限的。外界对中国战斗机发动机的看法,很大程度上基于对现有公开型号性能的分析以及一些非官方的评价。当一款新战斗机配备的发动机被认为不如其西方同代产品时,很容易产生“造不出来”的印象。
性能指标的“软肋”: 即使中国已经能够生产出能够驱动战斗机的发动机,但在某些关键性能指标上(例如推重比、可靠性、寿命、燃油经济性、低速喘振裕度等),可能与世界顶尖水平存在差距。这种差距被外界解读为“造不出”的体现。
历史的包袱和追赶的压力: 中国航空发动机的研发起步相对较晚,尤其是在涡扇发动机领域。面对西方先进发动机的强大竞争力,中国航空发动机工业面临着巨大的追赶压力。

中国在战斗机发动机方面的进展和努力:

尽管存在挑战,但不能否认中国在航空发动机领域也在持续投入并取得进展。例如:

WS10系列发动机: 这是中国目前最先进的国产涡扇发动机之一,已经装备在歼10、歼11、歼16、歼20等多种战斗机上。其性能相比早期国产发动机有了显著提升。
WS15发动机: 这是为歼20战斗机设计的先进涡扇发动机,被寄予厚望,目标是达到与西方先进发动机相当的推力和性能。虽然其研发过程也充满挑战,但公开信息表明正在稳步推进。
技术引进与自主研发结合: 在早期,中国也曾通过技术引进等方式来学习和吸收先进经验,但随着技术能力的提升,自主研发的能力越来越强。
军民融合的思路: 将民用航空发动机的研发经验和技术反哺军用,也是中国航空发动机发展的重要战略。

总结来说:

中国能够造出运载火箭发动机,是其在特定领域集中力量、攻坚克难的体现,证明了其在高温高压技术、材料科学以及工程控制等方面的强大实力。然而,战斗机发动机由于其多维度、精细化的性能要求,以及对材料、工艺、空气动力学、控制系统集成的极其复杂的要求,再加上长期的技术积累和迭代验证过程,使其成为一个更具挑战性的领域。

我们不能简单地说中国“造不出来”战斗机发动机,而是说在某些关键性能指标、可靠性、耐久性以及研发速度和经验积累上,可能与世界最先进水平还存在一定的差距。但这并不意味着中国没有进步,事实上,中国的航空发动机工业正在快速发展,并且通过不懈的努力,正在逐步缩小与顶尖水平的差距。这更像是一个“追赶”和“超越”的过程,而不是一个“有或无”的简单判断。从长远来看,随着中国在基础科研、材料科学、精密制造和系统集成能力的不断提升,其航空发动机技术也必将迈上新的台阶。

网友意见

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火箭发动机只要工作几分钟,用完就扔了,到马斯克才实现重复使用。(至于航天飞机?比一次性还贵。)

战斗机整机的设计寿命应该是几百到几千小时吧。

还是民航机的要求最高,飞二三十年、累计几万小时的飞机有的是。

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