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英日聯合研發六代機發動機,日本具備先進航發的研發實力嗎?

2021年12月,英國和日本聯合宣佈,兩國正在研發下一代戰鬥機的發動機演示樣機,並將共同探索更廣闊領域的空中作戰技術。

英日聯合研發六代機發動機,日本具備先進航發的研發實力嗎?


根據目前公開的資訊,這款新型發動機演示樣機的研製工作將在2022年正式啟動。其中英國將首先在前期的專案論證規劃、數字化設計、製造技術創新方面投入約3000萬英鎊。目前估計,整個專案的投資額度將達到2億英鎊。

目前英國和日本都有各自的下一代戰鬥機計劃:日本的專案是F-X(非正式名為F-3),英國主導的下一代戰機專案為“暴風”。

從專案成立之初至今,各國媒體與官方都不斷“吹風”,表示未來“暴風”很可能與法德主導的FCAS專案合併。

按照兩國目前的表態,新型發動機演示樣機將同時服務於日本的F-X和英國的“暴風”。一些媒體如此評論:考慮到英國航空發動機技術在歐洲諸國內的顯著領先優勢,即使是未來“暴風”與FCAS合併,新的歐洲未來戰鬥機依然有很高機率使用英日聯合研發的發動機方案。

英國:政治與技術的好處都要佔

事實上,為下一代戰鬥機研發新型發動機樣機,僅僅是目前英日先進軍事領域合作框架下的一小部分。

僅就戰術飛機領域而言,英國與日本的合作涉及到總體設計、各項關鍵子系統和機載裝置、乃至於先進機載武器——比如“JNAAM”(聯合新型空對空導彈)專案。

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在“遄達”系列發動機上,日本與英國有著長期的合作經驗,並承擔了相當多的核心結構研製工作。

以新型發動機為代表,英國與日本的廣泛合作,建立在地緣政治與航空工業能力兩個基礎上。

在政治方面,英國國防部長本·華萊士曾直言不諱:

“加強我們在印太地區的夥伴關係,是一項戰略優先事項。日本是我們在亞洲最親密的安全夥伴之一,與日本的合作承諾就是一個典型的例子。”

而在航空工業能力上,英國國防採購大臣傑里米·奎因和羅羅集團業務發展與未來專案總監阿歷克斯·芝諾兩人的言論也代表了部分英國高層的觀點:

“正如我親眼所見,我們的日本夥伴在技術方面取得了巨大進步,這些技術可以補充我們的先進技能,並有助於確保我們的武裝部隊處於軍事創新的最前沿。”

“在羅羅,我們與日本的合作伙伴建立了長期而寶貴的關係。英國和日本的行業團隊帶來了互補的技術,這些技術將為兩國未來的戰鬥機提供更為清潔的下一代動力。”

日本:航發能力不可小覷

而日本樂於與英國合作,則出於以下原因:

一方面,由於“和平憲法”的長期限制,日本被禁止出口自研裝備,日本自衛隊裝備數量有限,長期在美式主力裝備的“光環”下難以實現突破性的產品整合。

另一方面,在民用航發的研發製造中,日本顯然沒有實力對通用/施奈克瑪、普惠、羅羅等幾個西方主流公司主導的壟斷秩序發起衝擊,只能以分包、合作的形式“委身幕後”。

不過,雖然日本並不具備引導航空發動機市場需求的能力,在整機裝配能力方面也不顯山露水,但其研製能力不可小覷,這也是英國選擇其作為下一代戰鬥機研發夥伴的原因之一。

概括來說,雖然日本航發產業的整體規劃論證、設計能力較弱,但其航發產業鏈較為齊備,其中材料領域最為突出;製造能力也較強。

航發材料:先進梯隊成員

在航空發動機材料上,最核心也最關鍵的材料,是要耐受極端高溫和力學負荷的熱端材料。

目前最重要的兩類熱端材料,一種是傳統的鎳基高溫合金,一種是以碳化矽等高效能纖維進行強化的陶瓷基複合材料。

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高溫合金製造的渦輪葉片

在單晶鎳基合金材料的研發上,日本與美國同處於世界第一梯隊,二者交替著不斷打破合金材料耐受極端高溫的紀錄。

其產品也被普遍用於先進航髮型號中。如波音787所使用的“遄達”1000發動機,部分渦輪葉片就採用了日本合金材料。

再說到碳化矽纖維材料。目前全球範圍內僅有日美兩國能實現批次化生產。其中,能夠進行碳化矽纖維材料批次化生產,且產能達到百噸級別的,只有日本的碳素公司和宇部興產株式會社。

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複合材料風扇

碳纖維是另一種正在變得越來越重要的材料。新的高效能渦扇發動機普遍需要更輕、更大、形狀更特異、力學設計更具針對性的渦扇葉片,這些葉片無法全部使用金屬製造,而必須使用碳纖維複合材料。

而在目前的全球高效能碳纖維材料市場,日本東麗、東邦、三菱麗陽三家企業則佔據了70%以上的份額。

航發製造工作:核心外包商

如上所言,在“和平憲法”的限制下,日本自研軍機以及整機的需求被大大壓制,於是日本選擇了另一條道路:盡全力參與國際航空產業鏈的分包工作。

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日本很早就擁有F-100和F-110等發動機的許可證生產能力。

這種趨勢始於20世紀60年代。到了20世紀80年代初,石川島播磨重工、三菱重工、川崎重工三家企業聯合組建日本航空發動機協會。以此為標誌,20世紀80年代,日本開始形成較為成熟的航發分工機制。到2000年之後,日本已經有能力承接世界先進水平發動機的核心部件製造、甚至部分是設計工作。

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GEnx發動機中,相當多的核心部件均由日本企業研製。

以波音的民用飛機產品為例,波音767專案中日本承擔了15%的工作包,到波音787時達到了35%。

其中,波音787的另一個發動機選項,GE公司的GEnx發動機,日本企業佔據了15%以上的工作包份額,其中就包括燃燒室機匣、低壓渦輪、高壓壓氣機葉片等核心器件的設計和製造工作。

尤其是在高難度發動機主軸的製造上,日本具備極大的優勢:目前3米以上規格的型號,全世界範圍內70%以上的市場佔有率由石川島播磨重工獲得。

規劃設計:薄弱環節

與材料和製造能力相比,對獨立完整的航髮型號進行論證和設計,則是目前日本航空發動機產業中最薄弱的一環。

從二戰時期日本就開始了噴氣式航空發動機的獨立研製工作。二戰後,航空器研製禁令被解除,石川島播磨,富士重工,富士精機,三菱重工,川崎重工五社聯合出資成立日本噴氣發動機會社,研製出二戰後日本首個、同時也是日本歷史上第二個可裝機的噴氣式發動機J-3,並裝配在T1-B和P-2J兩型飛機上。但總體來說,在“和平憲法”和各種政治限制下,日本的自研航空發動機型號在數量上很少,加上此次XF9-1一共只有8個,而且大部分都是推力和尺寸較小的型號。

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XF9-1驗證機

但是在長期的國際分工中,日本逐步獲得了很多先進型號的關鍵部件和結構設計經驗(包括高壓壓氣機、低壓渦輪、燃燒室等),可以說,其區域性性的設計能力積累得較為紮實。

如果假以時日,或者確實能夠走完一兩個完整型號的設計製造工作,日本很可能在戰鬥機發動機的總體規劃和設計能力方面取得巨大進展,此次與英國的合作也許就是一個很好的“機會”。

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分類: 財經
時間: 2022-01-24

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