在设计发动机时,要控制生产成本和在全球范围内提供可靠技术和维修支持非常必要;而这恰恰是中国的弱项,可能阻碍其在全球市场的竞争力。对军事应用来说,性能比成本更重要。对民用来说,如果发动机水平足够,整个寿命周期中的总体成本远比性能的提高重要得多。
民用发动机的售价远远不及整个寿命周期中飞行和维护所耗费的成本;航空产业中,主要的航空公司每年要把数十亿美元用在购买燃料上。中国产品将面临非常不同的考量,如果他们以低价出售,但无法证明自己产品的高可靠性和低使用成本,则可能难以被接受。
目前还不清楚,多少商飞的领导真正意识到获得全球适航证和提高发动机效率的难度。中国公司必须证明它们有能力在设计、获取证书、销售、售后服务和其他售后支持方面取得良好的效果。
另一个区别是中国的军用发动机项目对该国生产战机的能力具有积极影响,可使之自主生产五代机,只需达到美国上世纪九十年代的技术水平(类似于F-22战机上使用的普惠F119发动机)。如果期望再低些,实现能够量产性能的稳定,水平达到上世纪八十年代水平的普惠F100或通用的F110,就能够使中国大规模自主生产歼-10、歼-11和歼-15等战机,这将是重大的战略升级。
对于军用飞机来说,这是非常关键的,需要细致的努力提高性能。其他因素可能进行补偿,例如:发动机的维修和寿命限制可以通过购买更多的发动机来弥补。对于一个发展中国家来说,这非常实用,但不适用于充满竞争发达市场的民用发动机。
考虑到这些,如果国产发动机难以迅速达到CMF56或新型Leap-X发动机的性能和效率,中国国内航空公司的CEO们可能会支持使用外国生产的发动机。另一方面,北京一直希望商飞能够成为世界级的支线客机和大型客机生产商。
研发和维修挑战
军用涡扇发动机的研发必须在没有外国帮助的情况下独立进行,特别是这对一个刚刚涉足该领域的国家而言(至少是在现今的商用领域)。相比之下,在民用发动机方面,低压部件能够从合资企业及外国工业商提供的子模块中有所收获。而在军事领域,这些几乎是不可能的事情。
中国军用发动机的客户主要是解放军,另外可能向那些难以影响其生产的友好国家进行小规模出口。因此,最大的挑战就是工程本身。相比之下,民用涡扇发动机面临着复杂的苛刻要求,有些问题可能是在数千次飞行之后出现的。工程不是最主要的挑战,售后服务和知识产权管理才是最大的考验。所有国内和国外的客户都希望高效率和安全性;而要想得到FAA/EASA颁发的适航证,在失误方面的完全透明是非常必要的;即使商飞的C919也不可能例外。发动机常常需要维修,维修和支持需要先进的工程和零部件。工程和设计链管理,特别是供应链管理是非常困难的。技术合作伙伴和子模块交付提供了良好的机会,但是这又会引发复杂的承包和知识产权问题。
取证
民用发动机必须在各大市场通过必要的取证过程。作为顶级供应商,一个公司的发动机必须获得FAA和JAA颁发的合格证书;而这是非常难进入和立足的市场。航空责任险的提供商促使航空公司向管理部门施压,要求满足这些极度复杂但有效的标准,这对在极端恶劣环境中确保安全是非常重要的。
难以满足这些看似苛刻的标准,低端制造商在市场准入方面受到了限制。使用俄制发动机的飞机难以向国际顶级航空公司出售,而向北美、欧洲和日本市场出售飞机利润非常之大。
就质量和程序而言,满足FAA/EASA的标准非常必要;这就需要具有系统性、透明性和维持日常的可监测性。FAA的相关检查手册达到数千页之多,它用于保证如何跟踪发动机工程的变化,任何变化必须得到授权。而如何控制质量,如何提交文档和如何处理,需求包括一份详述如何记录不同型号发动机数量的英语文档。
如果FAA/EASA的标准进行了修订,就需要耗费精力修改大量的文档,以及数千页的其它内容。每一个螺钉、螺栓、铆钉等零件都必须得到合格证书,还可能要为新的螺钉等零件撰写设计和证书相关文书。这些标准涵盖飞机设计和生产的所有方面,不仅仅是发动机。即使是不工作的部分,最细微的失败被忽略都可能引发重大后果,更不要说重要的推进系统了。一架飞机甚至一款机型所有飞机的命运都将视缺陷的性质而定,一个很好的例子就是波音737-800和空客因使用Koito座椅而引发的事件。
当他们发现日本公司伪造了防火和力度测试结果之后(来自32个航空公司的1000架飞机上的15万个座椅),使用这些座椅的飞机被推迟了交付;波音和空客立即选择了替代供应商并替换了座椅。除此之外,一些航空公司目前正与Koito一起致力于让落后的座椅得到合格证书。在满足标准方面,即使花再多的钱也在所不惜。
得到FAA颁发的证书对设计进程具有相当大的影响,中国在发展自己的航空发动机和飞机时,如何解决这些需求仍然是个问题。现在,中国正在努力改变发展方式,以符合FAA的标准。这是中国可以承受的,因为该飞机主要作为小规模非盈利的测试项目,或者类似垫脚石。但是,中国对商飞的C919具有很高的期望,希望它是能够取代波音和空客的一个尝试。
与WTO条款和其他国际准则不同,安全和商业利益使得北京难以轻易满足标准。中国正在C919项目上投资数十亿美元,希望能够获得成功。相应的,中国正在向外国合资企业合作伙伴咨询,使其可以在发展的早期就引入FAA标准。但是,可能需要中国制造商在生产方面满足苛刻的标准。
FAA/EASA标准要求没有缺陷,这与最高安全条例和联邦法律相一致。这也使得人们好奇,中国如何在未来得到任何外国授权技术的情况下处理不规律的发展。可以想象,这需要在设计和测试过程中采用逆向工程;因此会增加大量成本,加深项目的复杂性。
军民融合的可能性
在许多国家,同一组织和公司会涉足军民两个发动机产业;而且军用项目实际上可以补贴民用项目,这非常关键。因为新一代民用发动机,如CMF56需要50亿美元的资金支持,用于进行研发、测试和取证。日本曾试图发展以民用发动机为中心的项目,但并未获成功;缺乏军事补贴就是其失利的一大原因。
民用发动机研发能够促进军用发动机的研发,民用航空发动机公司更容易获得国外设计、管理软件、项目管理工具、系统平行重要道路、测试单元设计、管理过程等资源,这些可以在一定形式上转为军用。
或许最显著的是,民用大涵道比涡扇发动机在不经修改或稍微改动的情况下,可用于装备包括空中加油机、运输机、空中预警机和其他大型军用飞机。美国的主要重型运输机(C-17和C-5)、空中加油机(KC-10和KC135)、预警机和其他飞机(E-3A和P-8A)都可以配备与民用飞机所用发动机基本相同的发动机。例如,CMF56系列发动机可以装备波音737和空客A320单通道飞机。一些军用飞机如KC135空中加油机、E-3A预警机和P-8A反潜巡逻机(自身是经过修改的B737-800装上737-900改进的更大机翼,能够携带更多的燃料,更厚的铝制外壳能够更好抵抗海域环境)。洛克希德马丁公司的C5-M超级军用运输机使用了CF6发动机,类似的,PW2000涡扇发动机装备了波音757和伊尔-96飞机。该发动机是F117上使用的PW100发动机的研发基础,美国飞机运输主力C-17运输机也使用了同一发动机。
大型发动机生产的战略影响
中国与通用航空公司等主要发动机制造商建立的合资公司可能促使其航空工业在技术发展上取得重大突破,为了遵守出口管制法律中的条款,通用航空保留了足够的技术。但是事实上,一个崛起的军事大国可能会以较低的成本获得制造喷气式发动机所需要的技术,并利用这些技术研发出可以装备关键军事力量投送平台的发动机;然而,这可能会破坏地区稳定的局势。
尽管技术转让已经成为造成损失的根源,但获得短期利益的重要性已经超过长期利益。而且欧洲、日本和美国军事开支可能长期内保持紧缩,这使得主要发动机制造商的战略担忧不断增加;同时,可能会使它们通过加大拓展中国市场的力度来获取收益。
研发出空中加油机、预警机、反潜机、运输机和装备先进武器的亚音速轰炸机等关键军事力量投送平台是中国亟待解决的问题。然而,能够自己制造出配套的发动机将会消除一个重大障碍。
通用性能够抵消影响,非常值得关注。中国的发动机越普遍,向非中国用户出售就越是个问题。如果中国禁止向美国出售能够装备军用大飞机的发动机,情况会是怎样?即便解放军的需求还不明确,中国在较长时间内不会禁止向美国出口发动机,它如何说服国外航空公司购买中国制造的发动机?如果中美关系持续恶化,航空公司难以获得中国的售后支持,情况又会怎样?在非中国设计的飞机上安装中国制造的发动机将会出现怎样的情况?(斯年)
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