日本航空發動機產業是如何走向世界的

董幗雄

近期，一條新聞吸引了業界的廣泛關注：一臺將用于三菱飛機公司MRJ90測試機的PW1200G發動機，在位于名古屋的三菱重工航空發動機有限公司廠房內完成總裝。與之前安裝在MRJ90飛機上的PW1200G發動機不同，這是首臺由三菱公司獨立完成總裝的發動機，并成功通過了普惠公司的生產接收測試。未來，位于名古屋的這條總裝生產線將成為繼普惠公司位于加拿大米拉貝爾航空中心之后的第二條PW1200G發動機總裝生產線。

一時間，日本民用航空發動機產業的發展引起了人們的好奇——其發展歷程如何？目前實力如何？對我國航空發動機產業的發展有哪些借鑒意義？

持續的政策支持

眾所周知，二戰后，作為戰敗國的日本被限制從事航空產品的研發和生產，一批航空企業被解散或轉產。當時，根據《禁止壟斷法》和《經濟力量過度集中排除法》的要求，日本國內被拆解的公司有580家之多，其中就包括三菱重工。

當時，三菱重工被拆分成三家企業，分別是東日本重工、中日本重工和西日本重工。此后，由于國際形勢的轉變，美國對日本的政策從限制轉向扶持，許多原本應該被拆解的公司實際上在改頭換面后被保存了下來，其中就包括三菱、川崎、石川島播磨、富士等如今在航空領域頗具知名度的企業，而這些企業如今恰恰是日本航空發動機產業的核心力量。

戰后，盡管日本可以投入航空工業的資源有限，但政府出臺了多項支持政策。1952年，國內航空工業剛剛恢復生產后不久，日本政府就制定了《航空工業企業法》，推出了一系列保護政策。1958年，日本航空工業開始從仿制轉向自行研制，日本政府隨即出臺了《航空工業振興法》。20世紀80年代，日本航空工業開始開展國際合作時，日本政府又在1986年制定了《航空工業振興法修正案》，該方案規定日本航空企業參與國際合作項目所承擔的研發費用，由政府承擔55%，其余45%中的70%可以從日本開發銀行獲得低息貸款，政府給予利息補貼。可以說，這些適時的政策扶持為戰后日本航空工業的發展提供了良好的環境。

如今，日本主要的航空發動機企業有三家，分別是石川島播磨重工、三菱重工和川崎重工。石川島播磨重工最初是一家造船企業，在二戰結束前制造并交付了5臺Ne-20噴氣發動機，由此開始涉足航空發動機生產。1957年，公司成立了航空發動機事業部，先后參與了JR100、JR220、FJR710民用渦扇發動機的研發。2000年以來，石川島播磨重工逐步擴大了航空發動機事業部，成立了石川島播磨航空航天公司，業務涉及發動機設計、制造與銷售，承擔了日本60%～70%的航空發動機研制工作。

三菱重工涉足航空發動機產業較早，其第一個項目是試制法國雷諾公司的航空發動機。二戰結束前，三菱重工是日本最重要的航空發動機生產企業。近年來，三菱重工積極開展國際合作，在V2500、GEnx、遄達XWB等赫赫有名的民用航空發動機項目中都有三菱重工的影子。

相對于石川島播磨和三菱重工，川崎重工的規模要小一些，公司下屬的明石工廠和明神工廠主要從事燃氣渦輪部件的研制和生產。在國際合作方面，川崎重工與羅羅、GE等在RB211、遄達1000、CF34等項目中都有合作。

在國際合作中發展

從20世紀60年代開始，日本航空制造企業積極參與國際合作。從轉包生產到合作研制，日本企業在一些主流飛機項目中所占的份額逐漸增多。例如，在波音767項目中，日本企業只承擔了15%的工作包，但到787項目時，日本企業的工作包已經上升至35%。

考慮到航空發動機市場是一個典型的寡頭壟斷市場，新進者面臨的挑戰極其嚴峻。因此，盡管有雄厚的產業基礎作為支撐，但日本并沒有選擇獨立研制航空發動機，而是借助國際合作，積極參與主流航空發動機制造商的重大項目，從而在世界航空發動機市場占有一席之地。

1981年，石川島播磨重工、三菱重工和川崎重工三家企業共同組建了日本航空發動機協會（JAEC）。作為非營利性機構，JAEC的主要職責是協調日本航空發動機制造商參與民用航空發動機國際合作項目，并作為代表與國外企業建立技術合作關系，獲得航空發動機技術合作項目后在日本國內進行分工合作。該協會的成立，使得日本三家主要的航空發動機生產商之間形成了合力，既能夠集中各自的優勢，又避免了三家企業在承擔國際合作任務時互相競爭。

在最初的國際合作中，日本企業只是承擔低壓部件和一些非核心部件的生產，隨著合作的深入，尤其是2000年以后，日本企業開始越來越多地參與核心部件的研制。

例如，在用于波音787的GEnx發動機項目中，石川島播磨重工負責生產低壓渦輪、高壓壓氣機葉片，三菱重工負責生產燃燒室機匣。日本企業在GEnx項目中的參與份額超過了15%。在普惠PW1100G項目中，石川島播磨重工為其生產發動機風扇、風扇機匣、低壓壓氣機，三菱重工為其生產燃燒室模塊。

經過一系列國際合作，日本企業逐步掌握了大量的核心技術。例如，石川島播磨重工在噴氣發動機低壓渦輪、壓氣機和連接發動機風扇的主軸生產方面已經處于世界領先水平。如今，在全世界范圍內，超過3米的高難度航空發動機主軸生產方面，石川島播磨重工的市場占有率已經達到了70%。

完整的航空產業鏈

日本企業之所以能夠在較短的時間內躋身世界民用航空發動機產業鏈上游，成為航空發動機領域的一流供應商，與其集中核心力量，形成自己的核心競爭力有很大的關系。

眾所周知，日本在材料領域擁有雄厚的實力。在航空發動機市場，高溫合金、陶瓷基復合材料、碳纖維復合材料、樹脂基復合材料等都有廣泛的應用前景，而日本在這些材料的研發和制造領域都處于世界領先水平。

目前，民用航空發動機的風扇由鈦制成。鈦比鋁合金具有更高的強度，特別適用于需要高強度的部件。鈦的比重為4.5，比鋼7.8的比重輕，但比鋁合金2.7的比重高，而碳纖維復合材料的比重要小于2。因此，對于發動機制造商來說，使用碳纖維復合材料代替鈦可以大大減輕發動機的重量。

此外，由鈦制成的風扇需要一個更加堅固的外殼，如用風扇包容機匣來圍繞它，以防止其在飛行中脫落后飛入客艙。當風扇由鈦合金制成時，風扇包容機匣通常也采用鈦合金。對于大型發動機而言，風扇直徑超過3米后，包容機匣往往比風扇本身更重。此時，用碳纖維復合材料制作風扇和包容機匣可以減輕數百斤的重量。此外，使用碳纖維材料還為設計師提供了更大的設計空間，增加了形狀的自由度，從而進一步提高風扇的效率。目前，日本的三家企業——東麗、東邦和三菱麗陽占據了約70%的高端碳纖維材料市場。

在熱端材料領域，日本則擁有近乎壟斷的實力。從理論上來說，從燃燒室進入渦輪的高溫高壓氣體的溫度越高，噴氣發動機的性能也就越好。目前，渦輪葉片本身由稱為超合金（單晶）的金屬制成，主要成分是將各種稀有金屬添加到鎳中。在這方面，日本擁有世界領先水平。波音787使用的遄達1000發動機中暴露在最嚴苛工作環境下的渦輪葉片就是由日本國家材料科學研究所（NIMS）開發的超合金制造的。

尤為值得一提的是陶瓷基復合材料（SiC復合材料），這是一種極具發展前景的航空新材料，可用于發動機渦輪葉片上以提高渦輪前溫度。過去，鎳基高溫合金中的鎳和其他稀有金屬的重量較大，但耐熱溫度只能達到1150攝氏度。SiC復合材料的比重約為3，材料本身的耐熱溫度高達1300攝氏度。所以，用SiC復合材料代替高溫合金，具有降低油耗和減重的優勢。

目前，只有日本和美國企業具備批量生產SiC纖維的能力，而具備實現產業化、產能達到百噸級能力的企業就只有日本碳素公司和日本宇部興產株式會社。因此，早在2012年，GE、賽峰集團就與日本碳素公司合作，成立合資公司NGS，三方共同生產SiC材料。

可以說，日本航空發動機產業在經過半個多世紀的發展后，已經形成了較為完整的航空產業鏈，具備了強大的技術實力。盡管其仍不具備獨立研制航空發動機的能力，但日本發展航空產業的模式和路徑還是值得我們學習的。