花费几千亿研发，仍与美国差距明显，中国航空发动机到底差在哪？

心脏是人体最重要的器官，对于飞机来说，“心”同样是它们最重要的部件，这颗心就是发动机。发动机是飞机的动力来源，可以说谁掌握了发动机的核心技术，谁就敢在航空业横行霸道。

目前，在航空发动机领域跑得最快的是美国，我国虽然在这个领域投入了几千亿元，却还没有完全达到他们的水平。我们的发动机与美国相比，到底差在哪里呢？

我们先来了解下航空发动机的原理。目前航空业使用最多的是涡扇发动机，美国目前最有竞争力和优势的也是涡扇发动机。涡扇发动机的动力来源是燃气与风扇，在燃气与风扇排出空气的共同作用下，会产生一个反推力，反推力为飞机提供了动力。

涡扇发动机的风扇在转动的时候，空气进入发动机的管道后会兵分两路，一部分进入细管，这部分空气被叫做内涵气流，另一部分进入粗管，这部分空气叫外涵气流。外涵气流直接形成一部分动力，而内涵气流会在转变为高温高压气体后，与燃油共同作用，冲击发动机内部的涡轮。在内外气流和燃油的共同作用下，涡轮高速旋转，随即带来了一个反推力。

我们小时候用纸叠成的纸风车，当风车快速转动的时候，它拖着一根尾巴一样的杆，慢慢往空中飞去，实际上是风车转动提供了动力。涡轮的原理也是这样。

美国的GE航空公司作为航空业的翘楚，以技术领先全球，可以说他们是中国现在及今后将要超越的目标。GE集团的GE90、GEnx、CFM56等发动机都是采用涡扇发动机，可以说，GE正是靠涡扇发动机打出了核心竞争力。

那么，美国的涡扇发动机到底有什么不同之处呢？

涡扇发动机有一个指标，即涵道比，指外涵气流与内涵气流的流量比值。发动机的用途不同，涵道比也会不同。一般来说，客机发动机的涵道比在4到8之间，而战机发动机的涵道比低很多，通常会小于1。我们看到，美国每次研发出新一代的航空发动机时，总会特别提到涵道比。

涵道比有什么作用？如果提高了涵道比，发动机的油耗会减少，但是单位推力会下降。战机比客机更需要速度与推力，因此战机发动机的涵道比都很低。客机则不同，它会更关注油耗，因此会尽量提高涵道比的上限。但是，涵道比的上限并不是无限提高的，通常有一个上限值。因为如果超过这个上限值，发动机的成本会上升，涡轮载荷也会非常高，而在反推力装置停止运转时，也可能带来更多的漏气。

因此美国在研发涡扇发动机时，总是以最大程度提高涵道比，同时保持着零件设备之间的协作流畅。GE研发的LEAP发动机，就从常规6的涵道比，上升到了11的水平。

除了涵道比的优化，LEAP发动机在降低油耗与减少废气排放方面，也做成了行业的标杆。GE一直为全球多个国家提供客机发动机，而据2019年的数据统计，LEAP发动机收到的全球订单数已超过了17000台。

我国的航空发动机情况是怎样的呢？

据专业人士分析，我国正在涡扇发动机的赛道奔跑，紧跟美国的步伐。在自主研发、自我探索的道路上，我国没有借助任何来自美国方面的信息与力量，目前已将航空发动机的差距缩小到与美国相差30年的水平。

而LEAP发动机正是我们现在的目标，LEAP发动机有三大技术提高了它的竞争壁垒。

第一个技术壁垒来自核心机。核心机决定着一台航空发动机的效率，目前美国研发的LEAP发动机是第六代发动机，而中国目前研发的是第五代发动机。在燃油效率上，比LEAP发动机低10%左右。

第二个技术壁垒来自材料方面。LEAP发动机的碳纤维复合材料已经是第四代材料，据说，只有GE才把这种碳纤维复合材料用在客机上，其他的国家和公司都没有这样做。而LEAP发动机的陶瓷基复合材料也是一个新型材料，它被用在涡扇发动机的关键部件叶片与燃烧室上，提高了整个发动机的抗高温性能。光是陶瓷基复合材料，GE就花了三十年研发加投入使用，中国要在这个赛道从零开始，的确有难度。

第三个技术壁垒在燃油喷嘴上。燃油喷嘴作为发动机动力来源的重要部件，在设计制作上尤为考量。LEAP发动机的做法是，将原来的855个核心部件，用12个3D打印的部件进行替代。由于是3D打印，在制作流程上简捷许多，也缩短了工期。但是，由于这些都是关键部件，要想用3D打印材料满足精度与质量，对技术有相当高的要求。

从整体来看，一台客机发动机的设计难题，主要在涡轮叶片、材料和工艺上，同时，在产品装配环节，转子结构的装配对精细度也有很高的要求。我国的民航局研发了长江1000A发动机，但只是超越美国第五代发动机的水平，与LEAP发动机相比，保守估计其差距有六到七年。

为什么我们在客机发动机方面没有超越性的突破？回想两弹一星之父钱学森与邓稼先，正是这样的大师级人物，让中国的航天事业一下子上了百层楼。而我们在客机发动机的研发方面，正是缺少这样的灵魂人物。

值得一提的是，虽然我们在客机发动机的研发上不算领先，但在战机发动机的影响力上，却能与美国比肩。我们拥有的太行发动机，使中国成为能够自主研发的五大常任理事国之一。

况且涡轮发动机已经过了高峰研发的年代，而亚燃冲压发动机和超然冲压发动机将是接下来各个国家的新赛道。这一次，我们将站在同一新的起跑线。