我們追趕多年的目標，竟然只是美國人放的一個屁...
點擊： 作者：觀雨者 來源：觀雨大神經微信號 發布時間:2025-02-15 13:47:11
相信大家都聽說過這么一個名詞：工業皇冠上的明珠。
它主要是指一些科技含量高到離譜，制造難度極大的工業產品。
制造難度大，能造的國家自然就少，所以擁有這類產品的國家往往可以在相關領域取得戰略優勢。
其中的航空發動機就是一個典型代表。
一臺優秀的航空發動機可以讓飛機飛出碾壓對手的性能。
如果安裝在戰斗機身上，那就直接關系到軍隊乃至國家的生死存亡了。
而它在制造難度方面也確實不負“皇冠明珠”的盛名：難得不得了。
現實中能造出高端航空發動機的國家湊一桌麻將都困難。
發動機而已，怎么會這么難造呢？
我們平時在討論發動機的時候，最關心的肯定是它能輸出多少動力。
越好的發動機動力越強，這是大家的共識。
而增加發動機的動力并不是什么難事，直接堆料就OK了。
就拿汽車發動機來說，如果覺得4缸動力不夠那就6缸，6缸不夠就8缸，實在不行還可以堆到10缸甚至12缸。
無非就是個成本問題。
但同樣的思路，放在航空發動機上就行不通了。
飛機是飛在空氣中的，它的腳底下不像汽車那樣有大地母親馱著，所以它的性能還會受到另一個關鍵因素的制約：重量。
這就決定了飛機身上的所有零件都要盡可能的輕，包括發動機。
而“無腦堆料”會讓發動機的體重嚴重超標，堆完了飛都不一定飛得起來。
因此航空發動機的關鍵指標并不是單純的推力，而是這三個字：
推重比。
即推力和自重之比。
舉個例子，如果一臺航空發動機的推重比是5，那意思就是該發動機平均每1公斤的自重就能產生5公斤的推力。
這個指標當然越大越好。
既要力大無窮，又要身輕如燕。
這種“反常識”的“既要又要”就是航空發動機難造的根本原因。
給普通飛機準備的發動機尚且能用低一點的推重比湊合，而給戰斗機準備的發動機就只能把這個指標往死里壓榨了。
以F-15、蘇-30、殲-10...等第四代戰斗機為例，它們的發動機推重比一般都要求達到7~8的水平（即發動機推力是發動機自重的7到8倍）。
雖然在很多軍迷眼里，這些戰斗機都已經是過時的“牛夫人”，但以人類現在的科技水平而言，能實現7以上的推重比就已經非常不容易了。
人類極限操作
要在有限的體積和重量范圍內繼續提升發動機的推力輸出，只有一條路可走：
提升發動機的熱效率。
簡單的說就是讓發動機的燃燒盡可能劇烈。
因為燃燒越劇烈溫度就越高，溫度越高噴出的氣體就越猛烈，這樣輸出的推力自然也就越大了。
這很難嗎？
如果僅僅是提升燃燒劇烈程度的話，一點也不難，把油門轟大一點就行了。
問題是發動機里面的零件不一定遭得住。
當航空發動機的燃燒室劇烈燃燒時，會向后方噴出高溫高壓燃氣，吹動渦輪葉片進行高速旋轉。
于是此時的渦輪葉片就不得不面臨一個極端惡劣的工作環境：
首先，從燃燒室里噴出來的那些燃氣會給每片葉片帶來數百公斤的噴氣沖擊壓力。
其次，此時的葉片正處于高速旋轉中，每分鐘能轉幾萬圈，這又產生了高達幾十噸的離心力。
而一張渦輪葉片的尺寸并不比我們的手指大多少。
這么個小玩意承受這么大的力量，常規材料早就被撕裂了。
另外別忘了，它還要長時間承受高溫帶來的灼燒。
“火焰直接噴到渦輪上的溫度”有一個專有名詞：渦輪前溫度。
這個溫度越高，說明熱效率越高，推力也就越大。
經過長期的實踐，人們總結出了這樣的規律：
渦輪前溫度每提高100攝氏度，推重比可提升約10%。
現在先進的航空發動機，渦輪前溫度已經超過1500攝氏度。
而鋼鐵的熔點也不過是1538攝氏度。放到發動機里不要說保持性能了，直接就給你原地熔化了。
至于傳統陶瓷之類的常規耐高溫材料，又不可能承受上文提到的那一堆巨大力量的沖擊。
所以要造出高端的航空發動機，就必須專門為渦輪葉片研發出一種全新的材料。
該材料不僅能耐高溫，同時還要具備極高的強度和韌性。
這是在挑戰整個材料科學的極限。
最終人們使用復雜的冶金和熔煉工藝，把葉片做成了“單晶”（Single Crystal Alloy）結構。
這是啥意思呢？
大多數金屬都是晶體結構，如果按傳統方法鑄造，其內部會因為冷卻速度和結晶的不均勻，呈現出大量雜亂無章的晶體顆粒。
這些晶體顆粒間的交界處（晶界）就是材料的弱點所在，因為它們在高溫高應力的沖擊下特別容易氧化和開裂。
而所謂“單晶材料”，就是通過定向凝固技術，把所有的原子都精確定位。
這樣可以完全消除晶界，讓整個零件就像“一塊完整的冰”一般生長。
你可以理解為一塊內部沒有一絲裂縫的金屬，頗有點《三體》中的“水滴”的意思。
不過這還不算完。
材料本身的耐高溫能力只是基礎，最終的成品葉片還要在這個基礎上更進一步，扛住更高的溫度。
這就要求增強葉片的散熱性能。
具體的辦法是對葉片進行鏤空處理，并構建相關的氣體冷卻結構，讓它可以邊轉邊冷卻。
這就好比給牛馬穿上散熱服，讓他們去超出人體極限的高溫環境下搬磚。
該辦法非常有效，只是又對葉片的外形設計和加工工藝提出了極高的要求。黑科技太多，搞得葉片比等重的黃金還貴。
渦輪葉片復雜的多孔冷卻結構：
總的來說，如果你想制造出高端的航空發動機，就必須同時挑戰材料、設計和加工工藝這三條賽道的極限。
而每一條賽道的背后都是一個巨大的產業集群。
這里面存在任何一點短板，你的高端發動機就搞不出來。
所以對于一個志在把握航空發動機命脈的國家來說，龐大的工業規模、扎實的工業基礎、雄厚的技術積累，缺一不可。
我國航空發動機的相關工業起步較晚，基礎薄弱，在很長一段時間里都無力制造自己的高端航發，只能長期依賴俄羅斯的產品。
比如說他們的AL31系列發動機。
該系列發動機是俄羅斯航空工業的經典之作，推重比約為7.3，在上世紀90年代跟著蘇-27系列戰斗機一起被引入我國。
當然了，要中國人甘心永遠受制于人是不可能的。
奮起直追
我們早在上世紀80年代就開始規劃研發對標美俄當時最高水平發動機的WS-10太行發動機。
經過20多年的披荊斬棘，該發動機終于在2011年實現了大規模量產并大量列裝。
2020年后，俄制發動機幾乎完全退出中國市場。
可以說WS-10系列發動機是以一己之力扛起了整個中國戰斗機產業。
那么太行發動機的推重比表現如何呢？
該系列發動機的自重是1.8噸左右，其中：
WS-10A，推力13噸，推重比約7.2；
WS-10B，推力14噸，推重比約7.7；
WS-10C，推力14.5噸，推重比約8.0。
太行WS-10發動機的性能完全達到了第四代戰斗機的要求，已經能夠跟美國F100，F110以及俄羅斯AL31發動機媲美。
至此，我國航空發動機水平躋身全球前三。
不過歷史沒有給我們留出任何喘息的空間，因為以美國F22為代表的第五代戰斗機又對發動機提出了更高的要求：
推重比9以上。
這就比較變態了。
之前8的推重比已經把各個學科的潛力壓榨到了極限，想再繼續提升是非常困難的。
我們的五代機殲-20在早期量產時，用的就是推重比為8的WS-10C太行發動機。
該發動機在世界范圍內已經是鳳毛麟角的頂級產品，但因為美國那個推重比9以上的“黑科技發動機”的存在，它依然被吐槽為“殲-20的最后一塊短板”。
那么美國的這個黑科技到底“黑”到了什么程度呢？
我們只說其中最關鍵的一點：
9以上的推重比意味著渦前溫度超過1700攝氏度。
一張手指大小的葉片，頂著1700攝氏度以上的高溫，長期不間斷的承受幾百公斤的壓力和幾十噸的離心力...
漫威電影里的“振金”估計也差不多就這水平了。
美國軍工啊，確實是一座難以逾越的高山。
登山！
對于我們來說，8的推重比是幾代人拼命追趕換來的歷史級成就。
而在美國人眼里，9的推重比只是起步價。
如上圖，按美國自己公布的數據：
安裝在F-22身上的F119發動機自重3900磅（1.769噸），推力35000磅（15.9噸/156千牛）。
推重比8.97，基本上可以算是9.0。
在美國發動機如此變態的數據面前，我們的心里很清楚：
追趕美國，一天都歇不起，接下來還得一代一代接著追！
21世紀初，WS-15峨眉發動機正式立項，性能對標美國F119。
這意味著我們最新的渦輪葉片必須能夠承受1700攝氏度以上的高溫。
我國上世紀90年代研發的第一代DD-3單晶合金的最大承溫能力為1100攝氏度。
（注：此為保持合格物理性能的溫度，不是熔化溫度）
2012年我國的第二代DD-6單晶合金投入生產，最大承溫能力提升到1130攝氏度。
再加上一些熱障涂層和氣冷結構，最終的成品葉片勉強可以承受1500攝氏度以上的高溫。
幾年后，我國又完成了第三代DD-32單晶合金的研發，該合金加入了大量的錸元素，最大承溫能力達到1160攝氏度。
錸的熔點為3180攝氏度，僅次于鎢，同時又沒有鎢的脆性，所以含錸的合金一直是制作渦輪葉片的首選材料。
在錸元素的加持下，DD-32不僅承溫能力更加優秀，抗疲勞、抗蠕變（蠕變：高溫環境下的緩慢變形）等性能也遠強于DD-6。
由它制作出來的葉片可以在超過1700攝氏度的高溫下長期穩定的工作。
眼瞅著勝利在望，這時候又碰到一個新問題：
我國礦產里的錸儲量很少，2010年前探明的儲量僅為幾十噸，同時西方國家又嚴格管制了其他國家對我國的錸出口。
怎么辦？求他們多給點嗎？
那是不可能的。
既然這條路暫時不太好走，我們就開創新的道路。
中國，永不受制于人。
面對缺錸的局面，中國另辟蹊徑的研發了鈮合金路線。
我國鈮儲量豐富，排名全球第二。
雖然鈮的耐高溫性能不如錸，但熔點也有2477攝氏度的水平，而且某些方面的機械性能甚至更出色。
于是中國就開啟了兩條腿走路的局面，主打的就是一個硬氣。
而當你足夠硬氣的時候，命運往往就會低下高貴的頭顱。
2017年，我國陜西突然發現了儲量達數百噸的錸礦，一下就讓我國的錸儲量沖到了世界第二。
老天爺既然把飯喂到了嘴邊，我們也就沒什么好客氣的了。
2018年，我國完成錸合金生產線的搭建，從此擁有了量產DD-32單晶合金的能力。
這也意味著WS-15峨眉發動機的制造翻過了最高的那道坎。
最終該發動機實現了16噸以上的推力輸出，算上它的自重1.8噸，推重比總算是越過了五代機的目標線：9。
2022年12月，搭載WS-15的改進型殲-20完成首飛。
這一刻，我國的航空發動機終于站到了和美國同樣的水平線上。殲-20也正式成為全球最強的五代機。
回望過往，雖篳路藍縷，但只要能最終追上美國，吃下再多的苦也值得。
結果2025年一開年，美國那邊就傳來了一個令人驚訝的消息：
追上美國？你們追上了個屁。
屁
2025年初，美國政府問責局（GAO）應馬斯克的要求，把保密的審計報告進行了公開。
然后人們就發現美國第五代戰斗機的發動機數據有虛標的情況。
虛標了啥呢？
重量。
根據最新的審計報告，F-22發動機F119的真實重量并不是之前號稱的1.769噸（3900磅），而是2.268噸（5000磅）。
之前所謂的“1.769噸”是不含二元矢量噴管的重量。
“矢量噴管”是用來偏轉發動機尾焰方向的噴口，該零件能顯著提升戰斗機的機動性能。
而F119的二元矢量噴管非常重，據說達到了半噸左右，較傳統噴管多出了兩三百公斤。
可能廠家們覺得矢量噴管比傳統噴管重太多，所以不想作數。
但這個零件是五代機航空發動機的必備零件，你算重量的時候不算它，就好比你稱自己的體重時少算一只手，稱自行車重量時少算一個輪...
純屬作弊。
按他們最新公布的F119重2.268噸計算，用推力15.9噸除以自重2.268噸，推重比僅有7。
即便為公平起見，在計算重量時把笨重的矢量噴管換成常規噴管來算，該發動機的重量也依然有2噸重，算下來的推重比仍舊到不了8。
和我們上一代的WS-10C發動機差不多。
這作弊直接做出代差了。
當然他們的心態也可以理解，畢竟投了那么多錢，總得有個成功的結果向國會老爺們交差不是？
至于中國之前拼死拼活去追趕的那個9的推重比，對不起，只是個屁。
此時此刻，我們回望來時路上的汗水，心情很復雜。
當然了，客觀的說，F119的技術跟WS-10C比起來還是領先很多的。
WS-10C與同期的美國F100，F110以及俄羅斯AL31發動機一樣，風扇直徑較大，側重于亞音速機動性，不利于超音速巡航。
這類發動機雖然理論上也能輸出巨大的推力，但需要猛轟一把油門（比喻打開加力狀態），而且持續不了太久。
平時不開加力的時候推力就相對較低了。
而F119則具備“不轟油門也能輕松持久輸出大推力”的能力，所以可以幫助五代機實現長時間的超音速巡航。
這就是為什么說F119的技術比WS-10C領先的原因。
但如果拿F119跟我們最新的WS-15比的話，那就完全沒優勢了。
因為WS-15同樣具備“不轟油門也能輕松持久輸出大推力”的能力，而且推重比完爆F119。
而另外一款美國戰斗機F-35用的F135發動機也存在類似的問題，在此次調查中同樣也被馬斯克拿出來口誅筆伐。
不過F135的情況比較特殊，一方面它身上集成了很多額外的設備，自重超標頗有些“情有可原”。
另一方面，它的推重比雖然能達到9，但這是以犧牲高速性能換來的。所以它在高速性能上跟F119和WS-15沒得比。
總而言之，在真實數據公布后，美國航空發動機的神話基本上已經淪為笑話。
其實類似的事件早已不是第一次發生。
比如說中國科研人員在研發潛艇用鋼時曾長期以美國潛艇鋼材的參數為追趕目標。
然而無論怎么努力，都無法達到那么高的標準。
結果2021年曝出新聞，來自美國華盛頓州的一名冶金學家承認，他們在過去的數十年中一直在偽造美國海軍潛艇鋼材的強度測試結果...
又比如先進的雙脈沖中遠程空空導彈。
中國參考美國宣傳的指標好不容易把這個產品做出來，結果發現美國自己都還沒搞出來，之前拿出來宣傳的產品只是個樣子貨。
還有中國的六代機，當年也是對照著美國公布的PPT奮起直追。結果現在我們的六代機已經首飛了，美國的六代機依然還在PPT上。
……
由于“美國天下第一”的慣性思維，之前每次發生此類事件時，我們都認為只是一次偶然。
但現在回過頭再看，美國軍工的主業可能就是忽悠。
那么美國這種連自己也一起忽悠的行為是不是很蠢呢？
其實也不能這么說，他們只是不幸碰上了特殊的對手而已。
結語.特殊的對手
大多數人在看到美國忽悠出來的超高數據時，只會產生強烈的下跪欲望。
在這種情況下，美國的忽悠大法確實是一個事半功倍的聰明策略。
直到他們碰上了中國人。
中國人的腦回路與眾不同，當我們看到美國拿出來的那些不可思議的數據時，只會感到一陣心安：
嗯...看來這道題是有解的。
既然“有解”，那就可以放心去干了，老子拼了命也要把它解出來。
我們是老實人，從來沒想過這里面有什么問題，然后我們就看到了：
如果說世界是一個巨大的草臺班子，那么美國軍工就是一個巨大的泡泡。
不過這個泡泡也不是毫無意義，他們對人類文明的進步還是起到了很大的作用的。
什么作用呢?
激勵作用。
畢竟當年他們如果不騙我們一把，我們還真不知道自己的極限在哪。
作者：觀雨者；來源： 觀雨大神經微信號
責任編輯：向太陽
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