為KF-21戰(zhàn)機(jī)打造國產(chǎn)“心臟”——韓國推出新型發(fā)動機(jī)概念原型機(jī)

　　為KF-21戰(zhàn)機(jī)打造國產(chǎn)“心臟”——

　　韓國推出新型發(fā)動機(jī)概念原型機(jī)

　　■姜子晗　肖　凡　王文輝　　

　　前段時間，在2024年范堡羅國際航空展上，韓國韓華集團(tuán)展出一款新型發(fā)動機(jī)的概念原型機(jī)。據(jù)報道，該發(fā)動機(jī)有望在未來10年內(nèi)取代美國F414發(fā)動機(jī)，成為韓國KF-21戰(zhàn)機(jī)和新型無人機(jī)的國產(chǎn)“心臟”。

　　當(dāng)前，KF-21戰(zhàn)機(jī)搭載的F414發(fā)動機(jī)，是美國20世紀(jì)90年代的產(chǎn)品，性能表現(xiàn)平平，韓國下決心研發(fā)國產(chǎn)“心臟”，試圖打破發(fā)動機(jī)技術(shù)受制于人的局面。

　　航空發(fā)動機(jī)被稱為現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”。近年來，韓國通過承接美軍戰(zhàn)機(jī)組裝任務(wù)引進(jìn)F-16等戰(zhàn)機(jī)生產(chǎn)線，逐步掌握了航空發(fā)動機(jī)的總體設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制等方面技術(shù)。那么，韓國研發(fā)國產(chǎn)發(fā)動機(jī)能否一帆風(fēng)順?其航空工業(yè)發(fā)展前景如何?請看解讀。

　　從修飛機(jī)到造飛機(jī)，韓國航空工業(yè)艱難起步

　　研制五代機(jī)是一個難度系數(shù)很高的航空系統(tǒng)工程。作為高精尖裝備的典型代表，誰擁有了自研五代機(jī)的能力，誰就拿到了航空強(qiáng)國的“入場券”。在過去幾年里，土耳其、日本等國躍躍欲試，韓國也不例外。

　　2021年4月9日，時任韓國總理文在寅主持了首架國產(chǎn)戰(zhàn)機(jī)KF-21原型機(jī)的下線儀式，并宣布韓國自主國防時代已經(jīng)到來。盡管多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)未取得實(shí)質(zhì)性突破，但這款戰(zhàn)機(jī)依然是韓國航空工業(yè)20多年艱苦研發(fā)取得的重要成果。

　　20世紀(jì)80年代，由于美日貿(mào)易摩擦，美國航空產(chǎn)業(yè)開始向韓國轉(zhuǎn)移。為了抓住難得機(jī)遇，韓國航空工業(yè)從零起步，以廉價勞動力換取F-5、A-10等多型戰(zhàn)機(jī)組裝維修合同，邊生產(chǎn)邊學(xué)習(xí)提升仿制能力。20世紀(jì)90年代，韓國空軍引進(jìn)F-16戰(zhàn)機(jī)生產(chǎn)線。韓國與美國達(dá)成授權(quán)組裝生產(chǎn)協(xié)議，韓國大宇、現(xiàn)代以及LG等多家航空制造企業(yè)紛紛響應(yīng)，加入對美軍戰(zhàn)機(jī)生產(chǎn)技術(shù)的引進(jìn)計(jì)劃。1994年，首架韓國版KF-16下線，實(shí)現(xiàn)70%機(jī)體、40%至50%電子設(shè)備國產(chǎn)化。由此可見，韓國當(dāng)時就不滿足于維修、組裝和仿制，更希望研制出真正的國產(chǎn)戰(zhàn)機(jī)。

　　緊隨引進(jìn)F-16戰(zhàn)機(jī)生產(chǎn)線，1992年，韓國與美國聯(lián)合啟動超聲速高級教練機(jī)計(jì)劃，于2002年8月20日成功首飛原型機(jī)，命名為T-50“金鷹”教練機(jī)，并派生出FA-50輕型戰(zhàn)機(jī)。這是韓國航空工業(yè)首次全程主導(dǎo)噴氣式戰(zhàn)機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)和組裝生產(chǎn)，為研制先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)奠定基礎(chǔ)。

　　為了追趕航空強(qiáng)國步伐，韓國于2001年提出五代機(jī)KF-X項(xiàng)目。該項(xiàng)目被韓國政府提升到“國家目標(biāo)”高度，按照最初設(shè)計(jì)的技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，將全面超越法國“陣風(fēng)”和歐洲“臺風(fēng)”戰(zhàn)機(jī)。此后，韓國航空工業(yè)迎來高速發(fā)展時代。

　　一方面，整合航空產(chǎn)業(yè)布局。韓國韓華集團(tuán)收購三星特克溫公司，成立韓國唯一的航空發(fā)動機(jī)整機(jī)制造企業(yè)，在壯大自身力量的同時對國外技術(shù)公司進(jìn)行收購。比如，在越南首都河內(nèi)成立海外生產(chǎn)基地，提升國際競爭力和生產(chǎn)能力;收購美國一家航空發(fā)動機(jī)零件商，成立韓華航空航天美國公司，進(jìn)一步提升產(chǎn)品研發(fā)能力。

　　另一方面，打造國產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施。韓國頒布《航空航天產(chǎn)業(yè)開發(fā)促進(jìn)法》，由政府帶動100多家企業(yè)參與相關(guān)配套設(shè)備研發(fā)，推動國產(chǎn)戰(zhàn)機(jī)發(fā)展。比如，韓國航空航天研究院自1995年開始逐步構(gòu)建壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪以及航空發(fā)動機(jī)整機(jī)試驗(yàn)和評估設(shè)施;韓國國防發(fā)展局打造高空試驗(yàn)臺，用于中等推力軍用渦扇發(fā)動機(jī)試驗(yàn)和核心機(jī)試驗(yàn);電子系統(tǒng)、控制軟件等也都用上了國產(chǎn)研發(fā)產(chǎn)品。

　　去年6月，隨著KF-X項(xiàng)目最后一架KF-21原型機(jī)完成試飛，該項(xiàng)目進(jìn)入量產(chǎn)準(zhǔn)備階段。通過KF-X項(xiàng)目，韓國航空工業(yè)正邁出武器裝備國產(chǎn)化的重要一步。

　　引進(jìn)核心技術(shù)受限，國產(chǎn)“心臟”研發(fā)舉步維艱

　　航空界有句名言：“一代發(fā)動機(jī)決定一代戰(zhàn)機(jī)?！币缘谖宕l(fā)動機(jī)為例，相比上一代發(fā)動機(jī)，燃?xì)鉁囟群屯屏Χ加泻艽筇嵘?，能夠幫助?zhàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)超聲速巡航。自KF-21戰(zhàn)機(jī)設(shè)計(jì)以來，韓國軍方一直期盼KF-21戰(zhàn)機(jī)裝備性能更先進(jìn)的發(fā)動機(jī)。

　　面對更新?lián)Q代需求，韓國政府提出“先引進(jìn)后自研”的兩步走發(fā)展戰(zhàn)略。作為軍用航空發(fā)動機(jī)的研制方之一，韓國韓華集團(tuán)也同樣認(rèn)為，高性能發(fā)動機(jī)研制并非一蹴而就，需要依靠美國的技術(shù)力量。

　　然而，美國為了防止韓國研制出比肩F-35的先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)，對韓國提出包括25項(xiàng)核心技術(shù)在內(nèi)的清單，并予以嚴(yán)格審查。在韓國政府的堅(jiān)持下，美國最終同意洛克希德·馬丁公司轉(zhuǎn)讓21項(xiàng)技術(shù)，但在至關(guān)重要的核心技術(shù)上，美國仍然拒絕轉(zhuǎn)讓。最終，韓國決定采用美國通用電氣公司生產(chǎn)的第四代渦扇發(fā)動機(jī)F414，采購了240臺發(fā)動機(jī)和相應(yīng)備件以供量產(chǎn)使用。

　　目前，KF-21戰(zhàn)機(jī)有40余項(xiàng)核心技術(shù)沒有取得實(shí)質(zhì)性突破，包括最關(guān)鍵的隱身技術(shù)問題也遲遲未能解決，五代機(jī)的設(shè)計(jì)定位因?yàn)檠b備F414發(fā)動機(jī)不得不降級。雖然在戰(zhàn)機(jī)性能上做出妥協(xié)，韓國自主研發(fā)發(fā)動機(jī)的決心卻十分堅(jiān)定。近年來，韓國韓華集團(tuán)接連公布多種推力級渦扇發(fā)動機(jī)研發(fā)計(jì)劃，并積極開展先進(jìn)發(fā)動機(jī)相關(guān)技術(shù)研究，力圖縮短高性能航空發(fā)動機(jī)研發(fā)周期。

　　盡管如此，從近年來韓華集團(tuán)在航空發(fā)動機(jī)的研發(fā)成果來看，包含低壓壓氣機(jī)葉片在內(nèi)的冷端部件技術(shù)相對成熟，而對于高壓壓氣機(jī)等熱端部件的設(shè)計(jì)能力依然偏弱。

　　為此，韓國國防發(fā)展局“撮合”從事燃?xì)廨啓C(jī)制造的斗山重工集團(tuán)與韓華集團(tuán)合作研發(fā)，利用斗山重工集團(tuán)在燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件設(shè)計(jì)制造上的優(yōu)勢彌補(bǔ)韓華集團(tuán)的短板弱項(xiàng)。

　　憑借地緣政治優(yōu)勢，韓華集團(tuán)還在2019年以3億美元收購了美國EDAC科技公司。EDAC科技公司專門從事航空發(fā)動機(jī)零部件制造，韓華集團(tuán)不僅從該公司獲得諸多先進(jìn)轉(zhuǎn)子部件的制造技術(shù)，還得到了超過110家美國航空發(fā)動機(jī)零部件制造企業(yè)的業(yè)務(wù)合作關(guān)系。

　　不過，KF-21戰(zhàn)機(jī)多項(xiàng)核心技術(shù)仍由美國提供，未來該戰(zhàn)機(jī)出口必須征得美國政府批準(zhǔn)。如果研制不出來國產(chǎn)發(fā)動機(jī)，KF-21項(xiàng)目便無法擺脫美國控制，這是韓國必須直面的問題。

　　概念機(jī)呼聲頗高，難掩多重現(xiàn)實(shí)難題

　　經(jīng)過多年技術(shù)積累，韓國為KF-21戰(zhàn)機(jī)打造國產(chǎn)發(fā)動機(jī)的計(jì)劃終于揭開“面紗”。前段時間，在2024年范堡羅國際航空展上，韓國韓華集團(tuán)展出了一款新型發(fā)動機(jī)的概念原型機(jī)。該原型機(jī)采用6級壓氣機(jī)設(shè)計(jì)，無加力狀態(tài)下的推力范圍為15000至18000磅，全加力推力可達(dá)到24000磅，多項(xiàng)指標(biāo)超過美國F414發(fā)動機(jī)。

　　新型發(fā)動機(jī)一亮相，就引起世人關(guān)注。此次國產(chǎn)發(fā)動機(jī)研發(fā)項(xiàng)目由韓國政府主導(dǎo)、投資超過22億美元，動員國內(nèi)十余家軍工企業(yè)、高校、研究所參與其中，將成為“韓國建國以來規(guī)模最大的國防力量項(xiàng)目”。

　　盡管呼聲頗高，韓國新型發(fā)動機(jī)研發(fā)仍處于概念論證階段，后續(xù)還需要細(xì)化設(shè)計(jì)、樣機(jī)制造與試驗(yàn)、生產(chǎn)定型、持續(xù)改進(jìn)等階段，才能最終達(dá)到一款成熟航空發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。目前，韓國航空工業(yè)需要攻克以下幾道難題。

　　一是滿足算力需求。研制航空發(fā)動機(jī)是一個既龐大又復(fù)雜的系統(tǒng)工程。即使韓國設(shè)計(jì)人員以F414發(fā)動機(jī)為藍(lán)本設(shè)計(jì)制造更先進(jìn)的發(fā)動機(jī)，同樣需要對葉片布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用等方面進(jìn)行重新考量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一臺軍用航空發(fā)動機(jī)零件數(shù)量超過30萬個，需要動用超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真計(jì)算。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前韓國擁有12臺超級計(jì)算機(jī)，計(jì)算能力排在全球第九位，航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)從業(yè)人數(shù)不超過7000人，相關(guān)設(shè)計(jì)人才缺口很大。

　　二是高溫材料制造。軍用渦扇發(fā)動機(jī)的渦輪前溫度越高，越有利于提升發(fā)動機(jī)推力。發(fā)動機(jī)燃燒室的溫度超過2000℃時，渦輪產(chǎn)生的溫度將達(dá)到1500℃，需要使用耐高溫、高強(qiáng)度、耐腐蝕的先進(jìn)材料。目前，韓國在航空發(fā)動機(jī)專用材料方面的研發(fā)還處于起步階段，需要投入很長時間攻克這些材料技術(shù)難題。此外，韓國礦產(chǎn)資源較少，主要工業(yè)原材料均依賴進(jìn)口，原材料和設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)自給自足，制約了航空發(fā)動機(jī)專用材料的研發(fā)工作。在發(fā)動機(jī)進(jìn)入量產(chǎn)階段后，材料匱乏和進(jìn)口限制等問題或?qū)⒏油怀觥?/p>

　　三是試驗(yàn)平臺搭建。航空發(fā)動機(jī)研發(fā)需要通過“技術(shù)驗(yàn)證機(jī)—工程驗(yàn)證機(jī)—原型機(jī)”的模式生成，經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，樣機(jī)的可靠性、耐久性將會得到持續(xù)提升，直至達(dá)到定型標(biāo)準(zhǔn)。特別是先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)，必須經(jīng)過葉片飛脫試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)、吞鳥試驗(yàn)等30多種試驗(yàn)，在試車臺、高空模擬試車臺和試驗(yàn)機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)上萬個小時，才能在性能、質(zhì)量、適航等方面應(yīng)對不同使用環(huán)境的挑戰(zhàn)。目前，韓國僅擁有一座中等推力發(fā)動機(jī)的高空模擬試驗(yàn)臺，故障模擬種類和診斷排除故障能力仍需提升，與將要研發(fā)的新型發(fā)動機(jī)試驗(yàn)?zāi)芊衿ヅ溥€是未知數(shù)。

　　航空發(fā)動機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”。韓國想要摘下這顆“明珠”，既需要強(qiáng)大的國力作后盾，更需要完整雄厚的航空工業(yè)作保障。韓國能否突破西方技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)自主國防，還有待觀察。

　　上圖：在2024年范堡羅國際航空展上，韓國韓華集團(tuán)展出一款新型發(fā)動機(jī)的概念原型機(jī)。資料圖片