汽車發動機造不好，是因為航空發動機不行？

汽車發動機一直是中國汽車工業的痛點，長期以來，自主車企由于無法獨立研制出具有自主知識產權的汽車發動機而被迫受制于人，自主品牌因此也長期處在合資品牌的陰影之下。我們在探討國產汽車發動機落后的原因時，往往會將汽車工業起步晚、缺乏專業技術人才、國外技術封鎖等因素列為國產發動機發展滯后的罪魁禍首，可如果橫向對比美、日、英、德等傳統汽車強國的話，就會發現中國不甚先進的航空發動機工業也是造成中國汽車發動機發展滯后的一個重要原因。

圖注：近日飛抵珠海航展現場的量產版殲—10B戰斗機，其發動機仍然是從俄羅斯采購的AL—31FN（從尾噴口長于水平尾翼、黑色、斂散條密集等特征可以辨別），這間接證明國產WS—10“太行”的性能和產能均存在問題

縱觀美、日、英、德等汽車發動機強國的發展史，其發展基礎都是建立在先進的航空發動機工業之上的。美國有普拉特·惠特尼、日本有三菱和中島、英國有羅爾斯·羅伊斯、德國有巴伐利亞飛機制造廠（寶馬的前身）。在上述提到的這些公司中，有的至今仍處于全球航空發動機領域的第一梯隊，比如普·惠和羅·羅；有的雖然不再從事航空發動機的研發，但此前打下的技術基礎后來轉化為了它們研發汽車發動機的特有優勢，這些公司也由此成為了汽車發動機領域的佼佼者，比如寶馬和三菱。

圖注：日本三菱重工零式戰斗機使用的活塞發動機，該型發動機由日本中島飛機公司研制，如果追蹤溯源的話，中島飛機公司可以看作是斯巴魯的前身

除了這種直接的繼承關系外，先進的航空發動機技術還具有行業間的技術溢出效應，這種技術溢出效應直接體現在汽車發動機工業中，這方面典型的例子是日本。在第二次世界大戰前后，日本國內涌現出了很多專注航空工業的公司，比較知名的有三菱重工、中島飛機、川崎重工這三家。在二戰空戰中，這些公司的航空發動機展現出了卓越的性能，最著名的莫過于令盟軍飛行員都頭疼的“零式”戰斗機，雖然零戰超強的機動性很大程度上得益于較輕的機身和超低的翼載，但中榮飛機公司研制的“榮12”氣冷發動機也是功不可沒的。中島飛機公司研制的“榮”系列氣冷星型活塞發動機采用了復式多氣缸、底置凸輪軸、機械增壓等先進技術，生產出來航空發動機功率很可觀，其中功率最大的“榮31”發動機單臺就可提供1226馬力的拉力，這一數據在當時是相當先進的。

圖注：現收藏于博物館日本中島飛機公司“榮21”型氣冷發動機渦輪葉片特寫，日本航空工業的金屬鍛造工藝在上世紀40年代就已經達到了非常高的水平

二戰結束之后，中島飛機公司分解為多家公司，斯巴魯就是其中的一家。鑒于日本在二戰中犯下的罪行，日本在二戰結束后受到了《和平憲法》的限制，這部憲法對戰后日本航空工業的發展做出了嚴格的限制，原先在中島飛機公司從事航空發動機研發的工程師大量進入新成立的斯巴魯汽車公司，并在隨后成為了斯巴魯汽車研發的主力，從此開創了屬于斯巴魯的一個時代，這和瑞典薩博汽車的發展歷史非常相似。我們可以看到，斯巴魯的汽車發動機產品在當前都是非常先進的，最近5年的沃德十佳發動機榜單中，斯巴魯3次上榜，這已經足夠說明很多問題了，而斯巴魯之所以能取得如此高的成就，很大程度上靠的正是源自中島時期的機械增壓和凸輪軸技術。

圖注：日本本田和美國通用電氣合作研制的HF120渦扇發動機，該型發動機目前已取得美國FAA的適航許可

20世紀50年代，美國因為朝鮮戰爭開始逐步放寬對日本航空工業的限制，此后，不少公司開始進入航空領域，其中就包括今天的本田公司。擺脫束縛之后的日本航空企業又重新投身于航空發動機的研制中，三菱重工、川崎重工、富士重工、本田等公司相繼在小推力渦扇發動機領域取得了不小的進步，渦扇發動機的燃燒室鑄造材料、設計制造工藝、齒輪滑油系統、燃油噴嘴設計和汽車發動機有很多共通之處，這些技術對汽車發動機的研制具有相當重要的指導意義。在行業間技術溢出效應的影響下，日本車企的整體汽車發動機研制能力都得到了很大的提升，本田、豐田、日產、三菱、斯巴魯、馬自達都研制出了技術比較成熟的發動機。其中，三菱的發動機產品在很長一段時間內一直是眾多中國自主車企的賴以生存的心臟，而三菱的技術輸入，更是成為了不少“國產”汽車發動機的技術藍本。

圖注：英國羅—羅公司為美國洛克希德馬丁公司F—35B戰斗機研制的發動機升力系統，可實現戰斗機STOVL能力，這套系統對整體葉盤和軸承的制造工藝有很高的要求

橫向對比中日兩國航空工業的發展，我們可以看到，在日本的現代航空發動機技術足以比肩歐美的時候，新中國尚在襁褓之中，工業基礎近乎為零，航空工業更是無從談起。建國之后，中國的工業發展經歷了和前蘇聯類似的過程，工業結構過于偏向重工業，但是航空工業并沒有囊括在其中，這一時期的軍用飛機全部從蘇聯進口，中國航空工業還僅僅停留在對蘇聯軍機的模仿、借鑒階段，遠遠沒有觸及到最關鍵的航空發動機這個層面。此后一系列粗放而缺乏科學指導的生產方式又給中國工業，特別是鋼鐵工業的正常發展造成了極大的損傷。眾所周知，不管是航空發動機還是汽車燃油發動機的燃燒室，都對燃燒室的材料和鑄造工藝有著非常高的要求，即使是毫米級的雜質，都會影響到整臺發動機的性能和壽命，中國當前的航空發動機和汽車發動機正遭受這個問題的困擾，而一開始就粗放而簡陋的鑄造工藝，無疑要承擔很大一部分責任。

圖注：英國羅—羅公司研制的渦扇發動機燃燒室結構特寫，燃油噴嘴和燃燒室的制造工藝與汽油發動機有很多共通之處

當以渦扇發動機為主的航空發動機進入第二個發展階段的時候，中國的渦扇發動機才剛剛開始引進、仿制，以國產“斯貝”為開端，中國航空工業邁出了制造渦扇發動機的第一步，但對精密機械制造稍有了解的人都知道，精密機械的制造就像做菜，同樣的原料、同樣的工序，好廚子和蹩腳的廚子做出來是完全不同的兩道菜，渦扇發動機的制造也一樣。我們引進了圖紙、購買了機床、備足了金屬材料，但是我們就是造不出來和別人性能、壽命相同的航空發動機。舉個例子，中國引進蘇—27已經有20多年了，對配套的AL—31發動機技術應該早已摸透了，但事實是，我們的渦扇—10“太行”發動機性能和壽命至今仍然無法達到AL—31FN的水平，最要命的是產能還跟不上，殲—20和量產版殲—10B使用的發動機仍然要從俄羅斯進口，運—20和轟—6K配套的D30渦扇發動機也是如此。這樣的航空發動機制造水平，如何給亟待技術支撐的汽車發動機產業帶來技術溢出效應？

圖注：汽油發動機缸體的鑄造不僅涉及到鑄造工藝的問題，還有鑄造原料的問題，如果能將航空發動機燃燒室的鑄造原料和工藝徹底掌握，那么汽油發動機的問題自然也會迎刃而解

航空發動機和汽車發動機之間有著千絲萬縷的聯系，二者同時又是相輔相成的，一者的技術進步會給另一者帶來重要的指導作用，但總體來講，航空發動機對汽車發動機的影響要大一些。很簡單的一點，現代軍用渦扇發動機的渦前溫度可以達到1700K（開氏，約合1400攝氏度），而汽油發動機燃燒室的溫度通常不會超過600K，如果能把工作溫度超過1700K的渦扇發動機燃燒室造好，還有什么理由擔心造不出高效耐用的汽油發動機？

圖注：2016年日內瓦車展上的泰克魯斯·騰風電動超跑驅動模塊特寫，航空渦輪—電動是這套驅動系統的精髓

最后再說一點，有人說今后汽車都進入電動時代了，我們只要造好電動機就好了，汽油發動機造不好也沒關系。然而就目前蓄電池的水平來看，未來航空渦輪—電動可能會是電動汽車的一個重要的發展方向，今年3月驚艷日內瓦車展的“黑科技超跑”泰克魯斯·騰風正是運用了基于微型航空發動機的渦輪—電動的增程技術，才達到了2000公里的超長續航里程。如果蓄電池技術在短時間內無法取得突破性的進展的話，渦輪—電動的混動方式可能真的會成為解決電動汽車巡航里程不足的措施，到時候又回到比拼航空發動機實力的時候了，現在還不夯實航空發動機基礎，到時只會被別人第三次甩在身后。

發表于 2016-10-31 00:00
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