中国制造经过几十年的发展,已经由弱变强,步入世界一流行列,其中工业皇冠上的明珠之一-发动机。
在过去某段时间一直是中国制造业的"心脏病",而如今,中国的发动机终于要结束憋屈史了,不仅打破了欧美的垄断,还不断创下世界纪录。
发动机技术包括航天发动机、航空发动机和汽车发动机等多个领域,那么,中国在这些领域都取得了哪些成绩呢?
一、液体火箭发动机
中国的航天发动机经历了一个从无到有、从模仿到自主研发的过程,实用型的长征二号到长征四号,都是偏二甲肼固体燃料火箭。
采用这种技术路径的火箭,具有体积小巧、性能稳定、准备时间短等优点,保障了卫星发射和载人航天的基本需求。
然而,随着我国航天事业的迅猛发展,固体燃料发动机已经显得力不从心。
因此从上世纪90年代开始,我国相继推出YF-75、YF-77、YF-100、YF-115等型号的液体燃料发动机。
其中YF-100最为成功,目前已成功发射201次,无一故障,为运载火箭的后续发展做出了重要贡献。
YF-100的总工程师张贵田院士曾说,当初下定决心研发这款发动机,一是因为推力大,比现有长征系列的推力大60%。
二是污染小,使用无毒的液氧煤油作为推进剂,三是成本低,每次发射可以节约上千万元的费用,四是可靠性高,采用了大量先进技术,可重复使用等等。
基于这种想法,张院士强烈建议将液氧煤油发动机列入863计划,并从当时的苏联购买了两台RD-100发动机进行技术验证。
值得注意的是,这两台RD-100发动机不是完整版,研发团队在吃透其性能后深入挖掘潜力,形成了完全自主知识产权。
1998年,第一台YF-100涡轮泵联试成功,但不久发生了意外,由于缺乏高压补燃循环技术的经验。
在随后的两次试车试验中,发动机发生了爆炸事故,对研发团队的信心造成不小的打击。
张院士没有气馁,带领团队在发动机残骸中找到了问题所在。
增加了启动时的点火能量和液氧的供应量,最终于2001年9月28日实现了成功点火,随后进入样机研制阶段。
YF-100发动机性能优越,采用富氧预燃分级燃烧循环,海平面推力124吨,比冲2942米每秒,燃烧室压力18兆帕,自重1.9吨,赶上了世界先进水平。
而自从2015年,长征五号火箭第一次使用YF-100发动机后,这款发动机就得到了广泛的应用和持续的改进。
2023年5月,航天科技六院设计的130吨级YF-100K发动机,完成了最后的试车,累计时长达到了3300秒,刷新了该类型发动机的新纪录。
YF-100K 是在载人登月计划和新一代运载火箭方案的需求下应运而生的。
作为长征十号的主动力装置,独特的泵后摆矢量装置,使它具有质量偏心小、摇摆组件易于布局等优点,性能比YF-100有了很大的提高。
但中国航天没有止步于此,随着大规模深空探测和空间站建设的推进,我们又开始研制500吨级的液氧煤油发动机YF-130和200吨级的液氧液氢发动机YF-90。
此外,类似于SpaceX的液氧甲烷发动机也在进行技术验证,届时中国航天将迎来井喷式的发展。
而众所周知,航天与航空密不可分,那么,我国在航空发动机领域又有哪些突破呢?
二、军民航发两开花
与世界上多数国家一样,由于技术标准不同,中国的航空发动机,分为军用和民用两大门类,也都在近年来获得了巨大的进步。
二战后,世界航空业进入喷气时代,涡扇发动机凭借优异而稳定的性能。
在涡喷、涡浆等众多类型中脱颖而出,成为航空发动机的主流,而中国对涡扇发动机的探索,最早始于涡扇-5。
有人可能会问,为什么是从涡扇-5开始,而不是从涡扇-1开始呢?
其实,我国的空军编号都是从5开始,如歼5、轰5、强5等,大概是因为航空工业是从上世纪50年代起步的。
1963年,涡扇-5开始研制,目的是给轰-5更换心脏,但生产出样机以后,轰-5的改进计划取消了,因此后续的发展重任落在了涡扇-6身上。
涡扇-6发动机一开始就制定了很高的技术标准,但受制于落后的工业基础和科研实力。
研制过程一波三折,经过反复修改和调试,终于在1980年定型,然后又进行了两年的试车。
由于研发周期漫长,错过了最佳装备时机,再加上我国实行改革开放,要集中精力发展国民经济,涡扇-6惨遭下马。
这成为中国航空人心中永远的痛,涡扇-6的下马,使我国再次错过了赶超世界的机遇。
在此后的几十年时间里,我国航空工业长期受心脏病困扰,一度要靠进口的SU-27担负国土防空任务,空军的"争气机"歼-10首飞时,使用的是俄制AL-31FN发动机。
为了早日解决这个难题,我国加快了涡扇-10的研制工作,并发展出了多种子型号,用在了歼-10、歼-15改进型和歼-20的早期型号上。
随后科研部门再接再厉,推出了涡扇-15"峨眉"发动机,使第五代战机歼-20如虎添翼。
这款发动机单台最大推力提高到了18.5吨,采用双余度飞控系统和三元矢量喷口等新技术,性能超过了美国F22使用的F-119发动机。
在它的加持下,歼-20的机动性能明显提升,最大速度超过2.2马赫。
军用涡扇发动机带来的技术进步,也为民用涡扇发动机的发展,提供了助力。
我国第一款国产大飞机C919在投入商用时,使用的仍然是美法联合生产的LEAPX发动机,这主要是因为国产长江1000发动机的研制进度没有跟上。
不过中航公司不急不躁,继续攻关,研制成功改进型长江1000A大涵道比涡扇发动机,单台推力13.5吨。
具备低油耗、低噪音的特点,将逐步替换现有C919客机上的LEAPX发动机,使大飞机真正有了中国心。
据悉,新研制的长江2000发动机,单台推力将提高到35吨级别,还采用了先进的齿轮传动技术,为新的C929宽体客机提供澎湃动力。
假以时日,我们一定能够打破美国惠普和英国罗罗的垄断局面,让中国的大飞机飞遍全球。
相比之下,汽车由于和日常生活息息相关,其发动机的发展更为大众所关注,那么,中国的汽车发动机是如何弯道超车的呢?
三、汽车发动机弯道超车
汽车作为一种耐用消费品,它的整体技术含量比火箭、飞机这种高科技产品要低得多。
因此发动机的作用反而更加突出,可以说,汽车的设计就是围绕发动机展开的,发动机的品质直接决定了汽车的品质。
我国汽车工业,尤其是轿车工业起步很晚,再加上长期计划经济的影响,在改革开放后的很长一段时间里。
我国的汽车市场被日系、德系等合资车型所占据,国产品牌被视作落后的象征。
正因为如此,外国汽车品牌在中国趾高气扬,比如日系车经常搞双标。同一款车型,在中国的价格,比在日本和美国贵得多,配置却比较低。
面对中国消费者的投诉,厂商连鞠躬都懒得鞠躬,一句"市场差异化"就把人打发了。
再比如德系车,虽然有一些专供中国市场的车型,但也只是表面文章,减配是公开的秘密,连投诉都没有理由,只好忍气吞声,谁让我们在技术上受制于人呢?
好在2020年前后,这种状况悄然发生了变化,中国在汽车发动机领域站起来了。
2020年11月,比亚迪推出了骁云混合动力发动机,热效率达到前所未有的的43.32%,超越了丰田系列41%的标准,创造了新的世界纪录。
最重要的是,它打破了日系车省油之王的神话。骁云发动机的亮相,意味着日系车再也不能凭借市场优势地位,糊弄中国消费者了,而这仅仅是一个开始。
2021年,吉利又推出了智擎混合动力发动机,热效率进一步提升,并集成了智混变频技术和智能控制系统,百公里平均油耗仅为4.22升。
2023年2月,东风全新混合动力发动机,更是以45.18%的热效率,刷新世界纪录,已经逼近汽车发动机的性能极限。
中国汽车发动机的弯道超车,改变了世界汽车产业的格局,在此之前,欧美日等国的燃油发动机几乎一统天下。
而中国车企却用自己的实力证明,完全可以靠后发优势赶超他们,引领未来产业发展。
而在新能源发动机领域,中国更是一骑绝尘,原先鼓吹节能环保的欧美日等国坐不住了。
但他们没有选择加大研发力度,而是做起了鸵鸟,声称新能源发动机技术不成熟,他们要回归传统燃油车。
尤其是丰田总裁不惜打脸,大骂自己曾经倡导的新能源车。这说明西方是真的急了,竞争不过中国,就说我们是奇技淫巧,颇有些当年大清国的味道,真是风水轮流转啊。