日本航空发动机产业是如何走向世界的
来源:用户上传
作者:
近期，一条新闻吸引了业界的广泛关注：一台将用于三菱飞机公司MRJ90测试机的PW1200G发动机，在位于名古屋的三菱重工航空发动机有限公司厂房内完成总装。与之前安装在MRJ90飞机上的PW1200G发动机不同，这是首台由三菱公司独立完成总装的发动机，并成功通过了普惠公司的生产接收测试。未来，位于名古屋的这条总装生产线将成为继普惠公司位于加拿大米拉贝尔航空中心之后的第二条PW1200G发动机总装生产线。
一时间，日本民用航空发动机产业的发展引起了人们的好奇——其发展历程如何？目前实力如何？对我国航空发动机产业的发展有哪些借鉴意义？
持续的政策支持
众所周知，二战后，作为战败国的日本被限制从事航空产品的研发和生产，一批航空企业被解散或转产。当时，根据《禁止垄断法》和《经济力量过度集中排除法》的要求，日本国内被拆解的公司有580家之多，其中就包括三菱重工。
当时，三菱重工被拆分成三家企业，分别是东日本重工、中日本重工和西日本重工。此后，由于国际形势的转变，美国对日本的政策从限制转向扶持，许多原本应该被拆解的公司实际上在改头换面后被保存了下来，其中就包括三菱、川崎、石川岛播磨、富士等如今在航空领域颇具知名度的企业，而这些企业如今恰恰是日本航空发动机产业的核心力量。
战后，尽管日本可以投入航空工业的资源有限，但政府出台了多项支持政策。1952年，国内航空工业刚刚恢复生产后不久，日本政府就制定了《航空工业企业法》，推出了一系列保护政策。1958年，日本航空工业开始从仿制转向自行研制，日本政府随即出台了《航空工业振兴法》。20世纪80年代，日本航空工业开始开展国际合作时，日本政府又在1986年制定了《航空工业振兴法修正案》，该方案规定日本航空企业参与国际合作项目所承担的研发费用，由政府承担55%，其余45%中的70%可以从日本开发银行获得低息贷款，政府给予利息补贴。可以说，这些适时的政策扶持为战后日本航空工业的发展提供了良好的环境。
如今，日本主要的航空发动机企业有三家，分别是石川岛播磨重工、三菱重工和川崎重工。石川岛播磨重工最初是一家造船企业，在二战结束前制造并交付了5台Ne-20喷气发动机，由此开始涉足航空发动机生产。1957年，公司成立了航空发动机事业部，先后参与了JR100、JR220、FJR710民用涡扇发动机的研发。2000年以来，石川岛播磨重工逐步扩大了航空发动机事业部，成立了石川岛播磨航空航天公司，业务涉及发动机设计、制造与销售，承担了日本60%～70%的航空发动机研制工作。
三菱重工涉足航空发动机产业较早，其第一个项目是试制法国雷诺公司的航空发动机。二战结束前，三菱重工是日本最重要的航空发动机生产企业。近年来，三菱重工积极开展国际合作，在V2500、GEnx、遄达XWB等赫赫有名的民用航空发动机项目中都有三菱重工的影子。
相对于石川岛播磨和三菱重工，川崎重工的规模要小一些，公司下属的明石工厂和明神工厂主要从事燃气涡轮部件的研制和生产。在国际合作方面，川崎重工与罗罗、GE等在RB211、遄达1000、CF34等项目中都有合作。
在国际合作中发展
从20世纪60年代开始，日本航空制造企业积极参与国际合作。从转包生产到合作研制，日本企业在一些主流飞机项目中所占的份额逐渐增多。例如，在波音767项目中，日本企业只承担了15%的工作包，但到787项目时，日本企业的工作包已经上升至35%。
考虑到航空发动机市场是一个典型的寡头垄断市场，新进者面临的挑战极其严峻。因此，尽管有雄厚的产业基础作为支撑，但日本并没有选择独立研制航空发动机，而是借助国际合作，积极参与主流航空发动机制造商的重大项目，从而在世界航空发动机市场占有一席之地。
1981年，石川岛播磨重工、三菱重工和川崎重工三家企业共同组建了日本航空发动机协会（JAEC）。作为非营利性机构，JAEC的主要职责是协调日本航空发动机制造商参与民用航空发动机国际合作项目，并作为代表与国外企业建立技术合作关系，获得航空发动机技术合作项目后在日本国内进行分工合作。该协会的成立，使得日本三家主要的航空发动机生产商之间形成了合力，既能够集中各自的优势，又避免了三家企业在承担国际合作任务时互相竞争。
在最初的国际合作中，日本企业只是承担低压部件和一些非核心部件的生产，随着合作的深入，尤其是2000年以后，日本企业开始越来越多地参与核心部件的研制。
例如，在用于波音787的GEnx发动机项目中，石川岛播磨重工负责生产低压涡轮、高压压气机叶片，三菱重工负责生产燃烧室机匣。日本企业在GEnx项目中的参与份额超过了15%。在普惠PW1100G项目中，石川岛播磨重工为其生产发动机风扇、风扇机匣、低压压气机，三菱重工为其生产燃烧室模块。
经过一系列国际合作，日本企业逐步掌握了大量的核心技术。例如，石川岛播磨重工在喷气发动机低压涡轮、压气机和连接发动机风扇的主轴生产方面已经处于世界领先水平。如今，在全世界范围内，超过3米的高难度航空发动机主轴生产方面，石川岛播磨重工的市场占有率已经达到了70%。
完整的航空产业链
日本企业之所以能够在较短的时间内跻身世界民用航空发动机产业链上游，成为航空发动机领域的一流供应商，与其集中核心力量，形成自己的核心竞争力有很大的关系。
众所周知，日本在材料领域拥有雄厚的实力。在航空发动机市场，高温合金、陶瓷基复合材料、碳纤维复合材料、树脂基复合材料等都有广泛的应用前景，而日本在这些材料的研发和制造领域都处于世界领先水平。
目前，民用航空发动机的风扇由钛制成。钛比铝合金具有更高的强度，特别适用于需要高强度的部件。钛的比重为4.5，比钢7.8的比重轻，但比铝合金2.7的比重高，而碳纤维复合材料的比重要小于2。因此，对于发动机制造商来说，使用碳纤维复合材料代替钛可以大大减轻发动机的重量。
此外，由钛制成的风扇需要一个更加坚固的外壳，如用风扇包容机匣来围绕它，以防止其在飞行中脱落后飞入客舱。当风扇由钛合金制成时，风扇包容机匣通常也采用钛合金。对于大型发动机而言，风扇直径超过3米后，包容机匣往往比风扇本身更重。此时，用碳纤维复合材料制作风扇和包容机匣可以减轻数百斤的重量。此外，使用碳纤维材料还为设计师提供了更大的设计空间，增加了形状的自由度，从而进一步提高风扇的效率。目前，日本的三家企业——东丽、东邦和三菱丽阳占据了约70%的高端碳纤维材料市场。
在热端材料领域，日本则拥有近乎垄断的实力。从理论上来说，从燃烧室进入涡轮的高温高压气体的温度越高，喷气发动机的性能也就越好。目前，涡轮叶片本身由称为超合金（單晶）的金属制成，主要成分是将各种稀有金属添加到镍中。在这方面，日本拥有世界领先水平。波音787使用的遄达1000发动机中暴露在最严苛工作环境下的涡轮叶片就是由日本国家材料科学研究所（NIMS）开发的超合金制造的。
尤为值得一提的是陶瓷基复合材料（SiC复合材料），这是一种极具发展前景的航空新材料，可用于发动机涡轮叶片上以提高涡轮前温度。过去，镍基高温合金中的镍和其他稀有金属的重量较大，但耐热温度只能达到1150摄氏度。SiC复合材料的比重约为3，材料本身的耐热温度高达1300摄氏度。所以，用SiC复合材料代替高温合金，具有降低油耗和减重的优势。
目前，只有日本和美国企业具备批量生产SiC纤维的能力，而具备实现产业化、产能达到百吨级能力的企业就只有日本碳素公司和日本宇部兴产株式会社。因此，早在2012年，GE、赛峰集团就与日本碳素公司合作，成立合资公司NGS，三方共同生产SiC材料。
可以说，日本航空发动机产业在经过半个多世纪的发展后，已经形成了较为完整的航空产业链，具备了强大的技术实力。尽管其仍不具备独立研制航空发动机的能力，但日本发展航空产业的模式和路径还是值得我们学习的。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14822981.htm
