德國工業如此先進,為何造不出個棒棒噠航空發動機?

2020-09-05 真空網

儘管德國製造也是從「山寨」走過來,但是近百年來,德國製造的品質可謂有口皆碑,得到了全世界的尊重。然而,有心人就會發現,現在民航發動機三大家,沒有一家是德國公司,儘管德國西門子公司的渦輪技術如此先進,卻也沒有生產出棒棒噠航空發動機,為什麼?

下面是知乎上的一些高「贊」回答,還是挺有道理的。
網友@Francesc Saint:工業燃機和航空燃機的取向是不一樣的。工業燃機的工況很穩定,所以更追求效率。但航空燃機是要考慮各種工況下的問題的,並且重量、體積都必須斤斤計較,所以和工業燃機還有些區別。
如果回溯到二戰的時候,德國算是最早一批將燃氣渦輪用到飛機上的國家,比如著名的Me262。戰後,德國航空被閹割,具體來說就是德國的大學有很長一段時間不讓開航空專業。
首先,航空燃機是一個需要漫長積累的產品,舉個例子來說,RR現在的Trent系列是從RB211演化而來的,而RB211開發的時候就差點把RR自己搞破產,順便坑了洛克希德一把,致使其退出了大型客機領域。所謂的三巨頭,除了精良的設計、優異的材料之外,其海量的試驗數據積累也是很寶貴的。其次,並不是只要有先進的材料就可以做出好的發動機。舉例而言,Snecma M88的渦前溫度(1850k)要高於RR EJ200(1750k)(至少證明其材料水平不亞於RR),但是推力卻不如後者(抱歉這兩天維基太慢,等恢復了再給詳細數據),其原因是壓氣機性能,這是設計水平的區別。其中涉及到空氣動力等諸多因素,這是需要通過大量試驗和計算數據來得到的。第三,開發一款產品,從預研(壓氣機、渦輪級數的確定)到核心機測試,再到整機測試,最後裝機試飛定型,十年左右是至少的。此中的投入也是巨大的。大到什麼程度?十八大的時候,我朝表示要今後20年裡投入3000億人民幣作為航空發動機的專項資金。要讓一個企業拿出將近400億歐元,哪怕可以融資,也是一件很誇張的事情。
最後,研發出來之後還必須面臨一個問題:裝機對象在哪裡?也就是市場在哪裡?舉個例子而言,我國在十幾年前研究過戰鬥機用中推(就是EJ200、F404、RD33那個級別的發動機),然後到半路發現沒裝機對象,下馬轉預研。
現在德國的情況是,MTU的確有強大的材料,可以幫幾家巨頭代工高壓渦輪之類核心組件,但這並不代表就有設計能力。
同樣的問題也發生在日本身上,工業燃機有一席之地,也能生產航空發動機或者航改燃機(經授權後的F110、SM1c),但是自行研發能力並不突出。
況且三巨頭牢牢掌控著軍民兩大領域,投幾百億去競爭這個市場,還未必做得過別人。所以德國人不會傻缺到去單幹,和幾大巨頭合作提供關鍵部件是一個挺好的選擇。

@JZJZ的觀點是:簡單一句話,因為2戰失敗了,據說同理的還有高頻電磁波領域。
同意king one的說法,沒有需求。就像歷史上中德俄注重陸軍,英美日注重海軍。地理或者地緣決定需求,需求決定供給。德國,法國地理狹小,本國運輸需要高鐵就好了; 美國地大而人口離散在眾多城市,需要大量的客機。
西門子不做飛機發動機,原因眾多,最大的原因是需求不足,進入這個行業門檻高,代價大,風險大。一個飛機發動機的研發過程在90年代是15年,現在就算再快也得7,8年(版本升級不算),一個公司在網際網路經濟的衝擊下你等得起嗎,就算你等待得起你的投資者等得起嗎?
再說技術,從科學角度來說,燃氣輪機和飛機發動機差別無幾,從工程技術角度差別大了。GE兩者都有(飛機發動機,燃機),用的是Ni基金屬,西門子(只有燃機)卻儘量不用Ni基,以降低成本,把耐熱不鏽鋼的性能發揮到極致,但這也決定了殺入航空,等於技術上另起爐灶,還有供應鏈,其下遊原材料供應商全部得換。
再科普一下,航發的減重技術,冷卻技術,大量鋁合金,鈦合金,Ni基合金,維修和檢測為導向的易損件,這些燃機都沒有或很弱(發電用途的燃機的停機檢驗要比發動機低不止一個數量級)。客戶群不一樣,這個很關鍵。技術背後的質保體系不一樣,什麼,你沒聽過AS9100, 沒聽過試航證,沒聽過Nadcap...想想俄羅斯沒有商用飛機發動機,就應該明白質保和認證的重要性了吧
網友@Patrick Peng有幾點想法和大家簡單分享一下,請大家斧正。
1、一個民用產品,是否能夠成功,技術誠然是一個非常重要的因素,但是絕非唯一。對於行業的了解(比如獲得適航當局的認可),完備的銷售和售後支持網絡(某種意義上講,發動機也是個耗材),都提高了這個行業的門檻。簡而言之,發送機是典型的」資本密集,技術密集「以及」長研發周期「的行業。
2、作為一個門外漢來說,技術層面上,從最基礎的材料,到加工工藝,到發動機整體的設計,都需要長時間的技術積累。舉個簡單的例子,發動機葉片和機匣(Fan cowls,可以簡單包著發動機的外殼)之間的間隙就有很大學問。縫隙大了,肯定影響效率;縫隙小了,當葉片因為高速旋轉和摩擦的高溫產生形變之後,就會發生摩擦。這其間的拿捏,就少不了功夫來琢磨。
3、現在的發動機產業(或者說大部分的產業)都是一個全球化的供應鏈。發動機廠商會在全球範圍內進行零部件的採購,這些零部件的技術含量也有高有低,有的也是只有世界上某一兩家名不見經傳的小企業可以製作的。這其中肯定會有很多的德國企業。包括國內的很多企業也是供貨商之一。
4、關於技術的誇領域擴散。企業通常會利用自己在某一個領域的優勢(包括技術,以及商業運營等方面),試圖進入更多可以盈利的領域。大公司可能在這方面會更加的審慎,會進行充分(但通常並不準確)的評估。通用已經開始將航空發動機的技術通過改造,應用到一些能源行業。同時,我們也期望在未來能出現革命性的創新(disruptive innovation)。造特斯拉汽車的哥們已經打算進入這個行業了,我們拭目以待。
5、關於我國自己研製發動機,以及飛機的話題。我覺得」時間,資金,技術」都不是最困難的。最大的障礙恐怕是體制了。勿需多言,且行且珍惜吧。
-----補充----
本來不想「偏樓」,題主是問德國,我不小心提到了我們自己。感覺大家對自己的事情更關心一點,不妨再補充一點。
1、我們有沒有自己的航空發動機?有!我們有」崑崙「,」太行「,但是不好用(這一點請專業人士斧正)。
2、民用的渦扇航空發動機,市場上主流的就三家GE,PW,RR。俄羅斯的技術實力我不是很確定,也許不錯。這也從另一個側面說明,航空發動機市場上技術是成功的」必要不充分「條件。
3、說到體制,狹義指國家目前進行發動機研發的組織和運營體制,廣義上是指我們整個國家的產業結構,基礎設施,以及我們的文化等。一方面,既希望我們能夠在這個領域有所突破,但另一方面,對於可預見的未來又略有悲觀。
以上觀點,你支持誰?或者來談談你的獨到見解。

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