這才叫“頂級強國入場券”：中國航發，開加力，起飛！
今天，我們來聊聊中國航空發動機的事情。
最近，烏克蘭方面因為馬達西奇公司的事情開始對一些中國企業和個人進行制裁。這個操作又把“中國航空發動機”的話題炒起來了。
作為前蘇聯留給烏克蘭的重要遺產，馬達西奇公司在航空發動機領域有非常雄厚的資源和經驗。身為超級運輸機An-225的引擎提供商，馬達西奇掌握了大型航空發動機的許多核心技術和資料。
說我們不眼饞是假的，所以中國民企——天驕航空計劃通過投資的方式和馬達西奇合作。
然而，烏克蘭卻打斷了我們的計劃，強行終止了我們的投資。天驕航空向國際仲裁提出申訴，要求烏克蘭賠償數百億人民幣，烏克蘭方面則直接宣布對中國企業和個人進行制裁。
其實，以烏克蘭這么多年的表現來看，它根本無力負擔“馬達西奇”這樣偉大的企業——現在的馬達西奇財務狀況不容樂觀，如果能夠順利接下中國投資，或許還有放手一搏的資本，但現在烏克蘭拒絕了我們遞出的橄欖枝，那恐怕就無力回天了。
對我們來說，沒能把“馬達西奇”項目圓滿做成最多就是延緩了一些進度。但對于烏克蘭而言，馬如果馬達西奇破產，那么這個多災多難的東歐國家的前途可能又要多幾分不確定性了。
繼承了蘇聯黑海造船廠的烏克蘭，現在連小小的護衛艦都要從土耳其采購——當年扎波羅熱哥薩克的后人，怎么就變成要從土耳其蘇丹的后人手上買軍火了？
實際上，只要是和航空發動機有關的事情就沒有小事。在中文互聯網上，航空發動機的討論遠比芯片話題的歷史要悠久得多。兩者的重要性，也根本不能同日而語。
中國航空發動機的故事，至少從我還是小學生的時候（90年代末期）就已經是中國科技和軍迷圈子里的日常話題了。以至于只要談到中國飛機，就必然有人說發動機不行；談發動機的問題，就必然有人說材料不行。
這種現象直到J-20出來之后才逐漸降溫，但仍然有相當大的市場。
今天的文章，我們就來講講關于國產航發的思考，以及中國航發的深度價值。
航空發動機有多重要
之所以“航發無小事”，主要是因為航空發動機屬于“戰略級”產品，其相關的技術也具有“戰略級”的重要性。這個戰略性，體現在了政治、經濟和軍事三個方面。
什么是“戰略級”？那些能讓小國變大國，弱國變強國，棋子變棋手，病夫變英雄的東西，就是戰略級的東西。這些東西包括但不限于：原子彈、航母艦隊、隱身轟炸機、洲際導彈以及航空發動機。
今天，我們來聊聊中國航空發動機的事情。
最近，烏克蘭方面因為馬達西奇公司的事情開始對一些中國企業和個人進行制裁。這個操作又把“中國航空發動機”的話題炒起來了。
作為前蘇聯留給烏克蘭的重要遺產，馬達西奇公司在航空發動機領域有非常雄厚的資源和經驗。身為超級運輸機An-225的引擎提供商，馬達西奇掌握了大型航空發動機的許多核心技術和資料。
說我們不眼饞是假的，所以中國民企——天驕航空計劃通過投資的方式和馬達西奇合作。
這就對設計能力、材料、工藝的水平發起了挑戰。
首先，我們看看為啥設計能力這么重要。
舉個例子：為了解決葉片散熱的問題，現在的主流方法是在葉片上鉆孔，學名叫做氣膜孔——通過孔洞里的空氣流通帶走一部分的熱量，就比如下面這個東西。
如果我是設計師，一連串的問題就朝我拋過來了：
每一個葉片上要打多少孔？
在什么位置打孔？
打多大的孔？
航空發動機有多重要
之所以“航發無小事”，主要是因為航空發動機屬于“戰略級”產品，其相關的技術也具有“戰略級”的重要性。這個戰略性，體現在了政治、經濟和軍事三個方面。
什么是“戰略級”？那些能讓小國變大國，弱國變強國，棋子變棋手，病夫變英雄的東西，就是戰略級的東西。這些東西包括但不限于：原子彈、航母艦隊、隱身轟炸機、洲際導彈以及航空發動機。
首先，我們算算航空發動機的政治賬。
▲中國從美國進口的東西里
主要是工業制成品
根據《中美貿易協定》，中國2021年應當從美國進口超過2000億美元的產品。而其中占了絕大多數的是工業制成品（Manufactured goods）。而工業制成品之中，我們能買到且價值最高的就是波音公司的客機。
其實，客機我們不是沒有，我們現在也有了C919，但她的發動機問題卻始終沒有進一步的消息。國產的CJ-1000A型發動機遲遲沒有進入量產，于是C919也不得不依賴于美法合資公司CFM的發動機。
繼承了蘇聯黑海造船廠的烏克蘭，現在連小小的護衛艦都要從土耳其采購——當年扎波羅熱哥薩克的后人，怎么就變成要從土耳其蘇丹的后人手上買軍火了？
實際上，只要是和航空發動機有關的事情就沒有小事。在中文互聯網上，航空發動機的討論遠比芯片話題的歷史要悠久得多。兩者的重要性，也根本不能同日而語。
中國航空發動機的故事，至少從我還是小學生的時候（90年代末期）就已經是中國科技和軍迷圈子里的日常話題了。以至于只要談到中國飛機，就必然有人說發動機不行；談發動機的問題，就必然有人說材料不行。
這種現象直到J-20出來之后才逐漸降溫，但仍然有相當大的市場。
今天的文章，我們就來講講關于國產航發的思考，以及中國航發的深度價值。
航空發動機有多重要
之所以“航發無小事”，主要是因為航空發動機屬于“戰略級”產品，其相關的技術也具有“戰略級”的重要性。這個戰略性，體現在了政治、經濟和軍事三個方面。
由此可見，盡管隨著中國未來的發展，我們會有大批新式戰機入列，會給相關軍工企業帶來巨大的收入。但不論是軍工企業還是民間企業，如果不抓住現在的基于加緊航發技術的研究，就很難吃到這波“民航紅利”。
其實，客機我們不是沒有，我們現在也有了C919，但她的發動機問題卻始終沒有進一步的消息。國產的CJ-1000A型發動機遲遲沒有進入量產，于是C919也不得不依賴于美法合資公司CFM的發動機。
▲美國廠商屠榜了
中國是美國飛機的最大進口國，美國向中國出口的第一大產品就是飛機和發動機。·由于C919還沒有完全進入實用階段，所以我們仍然處于“依賴進口”的狀態。而如果中國有了自研大型客機和發動機的能力，那么我們在相關談判的時候就會更有底氣。
政治賬算完了，我們再來算算經濟賬。
根據北京航空航天大學校長、中國工程院院士徐惠彬的介紹：未來20年里，中國需要5000-6000架民用大飛機。如果完全依賴進口，將花費超過1萬億美元——這筆錢如果拿到今天的市場上，足夠把波音、空客打包起來買四次。
首先，我們算算航空發動機的政治賬。
▲中國從美國進口的東西里
綜上所述，我們認為航空發動機具有“戰略級”的重要性。
航空發動機的難點
如此具有戰略價值的東西，自然是沒辦法輕易獲得的。
航空發動機的困難，來自于它特別的要求：在極端的工作條件下，滿足極端的安全性。如果是民用的客機發動機，還要考慮噪音、壽命和油耗問題，也因為如此，民航客機的發動機實際上技術難度比戰斗機引擎要高得多。
現代噴氣式飛機的發動機工作條件有多極端呢？以航空發動機渦輪葉片為例：
戰斗機發動機渦輪葉片面對的溫度，最高可以到達2000攝氏度，民航客機發動機渦輪葉片面對的溫度，一般也都到了1700攝氏度——這還不是最嚴酷的要求——畢竟，我們還要保證發動機葉片、軸承在這樣的高溫之下可以長時間穩定工作。
除了高溫之外，發動機內部的渦輪葉片還在以每分鐘數萬轉的速度高速旋轉。高速的旋轉帶來的是超強離心力，葉片末端甚至要承受其自身重量10000倍以上的離心力的撕扯，并且，由于發動機必須持續工作，這種撕扯也必須要持續數個小時。
今天，我們來聊聊中國航空發動機的事情。
最近，烏克蘭方面因為馬達西奇公司的事情開始對一些中國企業和個人進行制裁。這個操作又把“中國航空發動機”的話題炒起來了。
作為前蘇聯留給烏克蘭的重要遺產，馬達西奇公司在航空發動機領域有非常雄厚的資源和經驗。身為超級運輸機An-225的引擎提供商，馬達西奇掌握了大型航空發動機的許多核心技術和資料。
說我們不眼饞是假的，所以中國民企——天驕航空計劃通過投資的方式和馬達西奇合作。
然而，烏克蘭卻打斷了我們的計劃，強行終止了我們的投資。天驕航空向國際仲裁提出申訴，要求烏克蘭賠償數百億人民幣，烏克蘭方面則直接宣布對中國企業和個人進行制裁。
其實，以烏克蘭這么多年的表現來看，它根本無力負擔“馬達西奇”這樣偉大的企業——現在的馬達西奇財務狀況不容樂觀，如果能夠順利接下中國投資，或許還有放手一搏的資本，但現在烏克蘭拒絕了我們遞出的橄欖枝，那恐怕就無力回天了。
對我們來說，沒能把“馬達西奇”項目圓滿做成最多就是延緩了一些進度。但對于烏克蘭而言，馬如果馬達西奇破產，那么這個多災多難的東歐國家的前途可能又要多幾分不確定性了。
綜上所述，我們認為航空發動機具有“戰略級”的重要性。
航空發動機的難點
如此具有戰略價值的東西，自然是沒辦法輕易獲得的。
航空發動機的困難，來自于它特別的要求：在極端的工作條件下，滿足極端的安全性。如果是民用的客機發動機，還要考慮噪音、壽命和油耗問題，也因為如此，民航客機的發動機實際上技術難度比戰斗機引擎要高得多。
我們的確可以買到先進的裝備，但我們沒辦法買來一場勝利。
為了解決這個問題，人們就需要讓發動機葉片能夠抵御超高的溫度，同時還能抗住超強離心力的撕扯。
這就對設計能力、材料、工藝的水平發起了挑戰。
首先，我們看看為啥設計能力這么重要。
舉個例子：為了解決葉片散熱的問題，現在的主流方法是在葉片上鉆孔，學名叫做氣膜孔——通過孔洞里的空氣流通帶走一部分的熱量，就比如下面這個東西。
如果我是設計師，一連串的問題就朝我拋過來了：
每一個葉片上要打多少孔？
在什么位置打孔？
打多大的孔？
怎么打孔？
更絕望的是，這些氣膜孔還不完全是筆直的，中間可能還會有一定的弧度或者傾斜角，那么到底應該用多大的弧度？傾斜多少角度？
▲葉片里面，別有洞天
這些問題的解決方案可不是拍腦袋就能想出來的，每一個孔洞的位置、形狀、大小、深淺、角度都需要經過嚴密的計算、建模和實驗，光這個“打孔”問題就足夠讓幾代科研人員花費幾十年的時間來進行研究了。
航空發動機上有成千上萬個零件，幾乎每種零件都需要科研人員這樣前赴后繼式的努力。
▲從實心葉片到鏤空葉片，科技
就算我們能夠“逆向工程”出來一個完全一樣的發動機，也只能讓我們暫時和別人站在同一起跑線而已。如果我們不知道“為什么要這么設計”原因，不知“所以然”，那我們的技術恐怕只能停滯不前了。
然后再來說說說材料的問題。
為了解決散熱問題，還需要一種特殊的材料——熱障涂層（Thermal Barrier Coating）——用特殊涂層把葉片包裹起來，使葉片本身不接觸高溫。
▲一般要燒一萬小時
如果我是材料部門的負責人，那么接下來的問題足以讓我崩潰：
就算我們能從外國發動機的葉片上刮下來一些碎片來進行研究，甚至就算我們有一大桶這樣的“涂料”，也并不意味著我們就能夠完美還原——可樂的配方就寫在瓶子上，也沒見誰能夠完美還原。
然后，怎么把這種涂層涂在葉片上呢？一層有多厚？涂幾層？......當然這也肯定不是幾個老師傅拿著刷子就能搞定的，也需要專門的設備和技術。
只是想想這些問題，就已經能感受到它的難度了。
除了涂層，葉片本身所用的金屬也有講究。面對1700度的高溫挑戰，現在英美航發廠商普遍都采用鎳基合金來制造渦輪葉片且還要輔助熱脹涂層和氣膜孔散熱結構。
暫且不論“打孔”和特種涂層的事，單純以這種鎳基合金而言，就已經是純純的高科技產品了，全球從事高溫合金的廠商加起來不超過60家，且集中在中、美、俄、英、法五大常任理事國和日本、德國這種科技強國手中。
▲國產特種合金企業
只可惜，即便是日本、德國這樣擁有先進高溫合金制造能力的科技強國，如今也已經基本喪失了獨立設計和制造大型航空發動機的能力——哪怕日本在鎳基合金領域的技術非常先進，哪怕德國在精密加工領域是世界領先，但在航發領域，這兩位就像是兩個偏科嚴重的學生——一個科目考了滿分，其他科目直接交白卷。
其實德國和日本有不少企業能做出頂尖的航發零部件，比如美國、英國的很多款航發的渦輪和壓氣機（都是核心部件）都是德國制造，但你要讓德國人自己整一臺航空發動機出來，不好意思，不存在的。
綜上所述，我們認為航空發動機具有“戰略級”的重要性。
航空發動機的難點
如此具有戰略價值的東西，自然是沒辦法輕易獲得的。
其實，中國航發一直都在進步：之前我們提到的熱障涂層，中國已經達到了世界先進水準，和歐美廠商產品的性能不相上下。甚至在60年代，我們領先于蘇聯，率先制成了更適合散熱的空心葉片。
除了高溫之外，發動機內部的渦輪葉片還在以每分鐘數萬轉的速度高速旋轉。高速的旋轉帶來的是超強離心力，葉片末端甚至要承受其自身重量10000倍以上的離心力的撕扯，并且，由于發動機必須持續工作，這種撕扯也必須要持續數個小時。
如果用不銹鋼作為葉片材料，且不說重量問題。不銹鋼葉片在1400攝氏度左右就會開始融化，到了1700度的時候，早就已經液化了，如果同時還施加了超強的離心力，那么整個發動機就會瞬間解體爆炸。
北航的高歌教授年輕時候一直在青海沙漠地區的秘密基地工作。在沙漠地區，新月形狀的沙丘幾乎隨處可見，但他發現了沙丘的奇怪特性——無論如何強勁的風暴，沙丘的形狀永遠都是新月牙的樣子。
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