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近代日本航空发动机产业:从"自主研制"走向修理仿制

近代日本航空发动机产业:从"自主研制"走向修理仿制
2022年05月27日 15:31 军迷圈
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  来源:看航空

  二战前的日本航空发动机产业格局

  在太平洋战争结束前,日本航空发动机产品可谓品类齐全,从大中小型飞机使用的风冷、液冷活塞发动机,到正在研发中的各种喷气式发动机。

  当时日本主要的航空发动机制造企业包括三菱、中岛、日立、东京瓦斯电气工业、爱知航空机、川崎和石川岛重工。这些企业中,兼具飞机整机和发动机生产能力的有三菱、中岛、川崎以及爱知航空机四家。

  不过这些企业研制、生产的发动机并非与其整机制造的飞机直接配套,而是与飞机一起,平行参与当时日本军方的选型招标。因此往往会出现某一个企业的飞机并没有装配自家的发动机,而采用了另一个企业的发动机,比如二战中三菱生产的“零式”战斗机,就采用了中岛的荣系列发动机。

  现在展示于美国史密森尼航空航天博物馆中的“橘花”飞机是日本研制的首型喷气式飞机。

  “橘花”所采用的Ne-20发动机

  二战结束后,三菱、中岛(后改名为富士/斯巴鲁)、川崎三家企业,仍然兼具飞机整机与发动机生产能力。而东京瓦斯电器、爱知航空机和日立则退出了日本航空产业的舞台,另谋他途。其中,东京瓦斯电器经过屡次转手,被并入过日立系航空企业,最终进入富士旗下;爱知航空机则被并入日产集团旗下,转营汽车发动机开发,日立则果断放弃了航空产业。

  在日本航空发动机企业中,石川岛重工(今IHI)是一个对战后影响巨大的特例。

  太平洋战争末期,日本海军航空技术厂与石川岛重工基于德国BMW003发动机的技术资料,联合进开发了日本首台实用化喷气发动机Ne-20。这一成就让战前还在日本航空发动机行业“默默无闻”的石川岛重工在战后摇身一变,成为今日日本工业界的巨头IHI。

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  从自主研制到修理,再到仿制

  战前,日本航空产业以自主研制航空器为主,以引进的西方技术作为参考,其发动机产业的发展也深受这一研发模式的影响。

  “新瓶装旧酒”?二战后日本这样布局航空制造业

  但正如看航空此前文章所述,战前日本航空器研发的目的主要是满足军方需求,因此在发动机研制和使用上,民用飞机也多数采用军用发动机,在日本航发市场上鲜有专为民用飞机所研发的型号。当然,其中还有一个原因是在活塞式发动机时代,军用与民用飞机的差距要远远小于今天。

  在1945年日本投降到1952年航空器禁令解除之间的7年时间里,虽然日本航空产业的发展被迫停滞,但是日本航空发动机产业的发展并没有完全停下来。

  在二战末期,喷气式发动机已经实现了实用化,并快速取代了活塞式发动机。在这一航空技术正在发生巨大变革的节点,日本航空发动机产业也没有完全放弃相关的科研活动。

  一方面,他们开始着手原理类似的燃气轮机的发展。如1949年,日本铁道技术研究所开始进行二战后日本最早的燃气轮机开发,其技术基础和能力就来自于被其兼并的日本中央航空研究所。

  日本中央航空研究所

  另一方面,在朝鲜战争爆发后,依托于远东地区美军飞机的维护与大修需求,日本逐步恢复了航空发动机生产领域的相关能力。

  早期,三菱重工负责普惠发动机的维护大修业务,新明和负责大陆发动机,富士和川崎则分别负责莱康明的固定翼飞机发动机和旋翼机发动机的修理工作。

  与此同时,川崎和石川岛播磨(原石川岛重工,今IHI)也逐步参与到T-33教练机所装配的艾莉森公司J33喷气式发动机和F-86战斗机所装配的通用电气J47喷气式发动机的大修业务中。

  通过这样的业务,这些企业掌握了一部分航空发动机零配件的国产化能力,这对之后的日本航空发动机产业的发展产生了重大的影响。而这些影响最终随着日本自卫队的成立、日本本土大量军事需求的出现而彻底得到落实,并最终促成了今日日本航空发动机产业的布局。

  1954年,日本川崎公司参与大修J33发动机

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  创业初成却中道崩殂的飞发分离

  目前的日本航空发动机产业,并没有完全实现主流的飞机与发动机分别研制的“飞发分离”模式。

  以IHI为例,现今的日本航空制造企业中,IHI(原石川岛播磨)在发动机一环占据着重要地位。

  F-15J采用的F100发动机、F-2采用的F110发动机均为IHI的许可证产品。此外,IHI还独立研制出了P-1反潜机的F7发动机。预备装配于F-3战斗机的XF9发动机也同样是IHI的产品。

  但IHI并非专门的航空发动机制造企业,其业务范围涵盖造船、工作机械等诸多制造领域。

  而飞机整机制造商三菱和川崎也依旧保有一定的航空发动机制造和科研能力。不过,源自中岛飞行机、曾拥有完善的航空发动机科研生产体系的富士/斯巴鲁则放弃了这一领域。

  可以看出,现在日本航发产业里,一部分日本航空发动机企业实现了独立的研制与生产,也就是“飞发分离”;但另一些航发产品则由主机厂负责生产。而这一现状与二战后日本第一次试图重新振兴国产航空发动机产业,却最终半途而废脱不开干系。

  从1945年到1952年,全球航空发动机技术进展迅猛。仅仅依靠原有的技术能力和科研基础,由日本各航空制造企业单独研发并生产航空发动机越来越不现实。

  因此在日本通产省的统筹下,1955年,三菱重工、富士重工、富士精密、石川岛播磨重工和川崎重工联合出资,成立了日本喷气发动机公司(NJE),试图“集中力量办大事”,快速突破喷气式发动机的研发瓶颈。可以说,这是二战后日本试图跟上全球先进航发产业的进展并重回航发第一梯队的一次重要尝试。

  展示于日本大阪交通科学博物馆内的JO-1发动机。

  可以看出,虽然有三菱和石川岛系的入股,但富士(今斯巴鲁)系企业如富士重工、富士精密占据了NJE股东的小半壁江山。而该公司的第一个,也是唯一一个项目——JO-1发动机的方案也来自富士系企业。

  甚至其创立之初的办公地点,也选在了富士重工的大宫工厂。不过,NJE所有发动机的量产业务则由石川岛播磨来负责。

  J3发动机

  在成立之初,NJE的发展路线还较为清晰:

  首先利用富士重工让渡的技术方案,完成其JO-1发动机(1吨推力)的研制;同时发展较为大型化的J2发动机(3吨推力)方案,让NJE拥有自主研发与制造教练机和战斗机发动机的能力。

  但是这条技术路线很快遭到了否定,J2原定的技术方案被废弃不用,并被重新定义为0.75吨推力小型发动机。1954年,日本航空自卫队开始对高级教练机进行招标,NJE又抛出了1.2吨推力的J3发动机方案。

  1957年,J3发动机研制取得成功,并装备在了日本航空自卫队的T-1和海上自卫队的P2J反潜机上。但在型号成功的同时,NJE却垮台了——因为日本自卫队的装备数量太少,难以覆盖独立研发航空发动机的成本,商业前景极其有限。

  最终,NJE将航空发动机业务转移给了石川岛播磨,自此退出了历史舞台。随之,曾经从资金和技术方案上都在NJE“挑大梁”的富士系企业,也自此完全放弃了航发业务。

  从今天的视角来看,整个日本航发产业放弃自主研制发动机、全部转向许可证生产并不是一个理性的决定。但是从当时日本政府和其他企业,尤其是股东企业的角度来看,这似乎又情有可原。

  因为当时日本自卫队所装备的主要军机都是由美国授权进行许可证生产。仅有少量教练机,容许日本发挥国内能力进行研发,如T-1初级教练机;还有一些型号,美国允许日本在其提供的型号基础上进行一定的修改,如海上自卫队装备的P2J反潜机。

  这样有限的空间,让日本独立研发航空发动机的前景黯淡无光——毕竟当时日本航发还无法进入民机市场,只能依托军机市场而存活。

  虽然站在今日的角度来看,NJE的破产将日本再次独立研制航空发动机的进程推迟了20年。

  但在当时,NJE失败后,日本航空发动机制造业反而进入了一个相对稳定的许可证生产时期,并诞生了日本航发产业“法定三巨头”。这“三巨头”至今仍然控制着日本的航空发动机产业。

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  瓜分全部市场的“法定三巨头”

  在日本航空宇宙工业会刊发的《日本航空宇宙工业50年历程》一书中,这样定义日本的航空发动机产业:“三社体制,由石川岛播磨、三菱、川崎3家公司构成。”

  1966年,由日本通产省牵头主导的日本喷气发动机公司已彻底离开历史舞台,日本政府也彻底放弃了自主研制航空发动机的计划。

  这一年的10月,在通产省的斡旋下,三菱和川崎两家公司获得了T53和T63发动机的许可证生产订单。这两型发动机将装配在日本陆上自卫队所引入的直升机上。自此,日本航空发动机产业进入了大规模的许可证生产时代。

  这一时代,最关键的引进项目,是石川岛播磨(今IHI)所负责的J79发动机项目。

  该项目缘起于1959年,日本防卫厅决定引进F-104J战斗机生产许可证。在日本政府的统筹下,由于具备大量的美制战斗机发动机修理和部分零件国产化经验,石川岛播磨获得了J79发动机的生产许可。

  1960年,通用电气与石川岛播磨正式签订J79合作协议。随后项目进展飞快,1962年6月,石川岛播磨就交付了首批许可证生产的J79发动机,这批产品随后被命名为J79-IHI-11——直到今天,这一命名模式依然沿用在F100和F110项目中。

  J79项目帮助石川岛播磨奠定了其后50年在日本航空自卫队战斗机发动机领域的优势地位:其后,无论是F100、F110以及F135发动机的许可证生产,还是日本国内的组装生产,都由其独揽。

  F110-IHI-129

  1972年,日本防卫厅在第四次防卫力整备中引进了美国F-4战斗机,并决定自主研制C-1运输机和T-2高级教练机;同时,陆地自卫队也开启了直升机换代计划。

  这些大型项目带来了多个重要的航空发动机项目,为日本航发产业界带来了大量订单。在日本政府的统筹下,这些项目被分包给三个企业:F-4的J79发动机与T-2高级教练机的罗罗TF40发动机国产化项目交给了石川岛播磨,C-1的普惠JT8D发动机项目交给了三菱,直升机所使用的的发动机项目则交给了川崎。

  自此,所谓的“三社体制”正式奠定。

  同时,由于20世纪70年代日本国内制造业发展迅猛,在第四次防卫力整备计划实施的同时,日本航空产业与航空发动机产业开始不满足于仅仅做许可证生产了:

  一方面,“三社体制”中的三大公司利用几年前与西方合作带来的关系网开始默默准备、走向国际合作市场;另一方面,日本国内在通产省的主导下,开启了新一轮的日本自主航空发动机产业扶植计划。而这就是我们下周将继续讲述的故事了。

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