中国航空发动机之痛：高端轴承一直被美日德瑞垄断

　　轴承具有很高的技术含量，可作为一个衡量一个国家科技、工业实力的重要标准。当今世界科技、工业强国无一例外是轴承研发、制造强国。我国之所以是工业大国而不是工业强国，一个重要表现就是轴承产业大而不强。2012年我国轴承产业销售额达1420亿元人民币，生产的主要是中低端轴承，而高端轴承则主要依靠进口。

　　高端轴承成为

　　木桶原理中的“短板”

　　用于航空发动机配套的高可靠性、高精密度的顶级轴承已成为中国在航空发动机研发中难以翻越的“珠穆朗玛峰”。以航空发动机主轴承为例，主轴承是航空发动机的关键部件之一。在高速、高温、受力复杂的条件下运转，主轴承质量和性能直接影响到发动机性能、寿命和可靠性。航空发动机的关键的指标之一就是高可靠性。要想保证可靠性，前提之一就是要保证发动机内的轴承具备长寿命——主轴承的寿命，军机航空发动机要求在3000小时以上，民机航空发动机要求更高，要达到数万小时。而航空发动机中轴承工作环境完全可以用“炼狱”来形容，它们不仅要以每分钟上万转的速度长时间高速运转，还要承受着各种形式的应力挤压、摩擦与超高温。另外，对于一般的结构部件来说，即便出现轻度裂纹也可以保证安全使用——这在专业上称为损伤容限，而航空发动机主轴承这样关键传动部件不存在损伤容限一说，其在使用过程中绝不允许出现裂纹等形式的损伤。而中国目前航空发动机的主轴承寿命有限，轴承已成为木桶原理中的 “短板”。

　　目前，我国正在全力研发航空发动机所需的关键部件之一的轴承，这是一条没有其他选择的道路。民机所用航空发动机虽可以从西方引进，但西方不会把航空发动机中配置的高端轴承单卖给中国，以防止中国正在研制的航空发动机装上引进轴承而成为其竞争对手，至于军用航空发动机，西方连整机都对中国禁运，更不可能把其中配置的高端轴承单卖给中国。

　　这一短板如果得不到解决，中国的航空发动机发展必将受到严重的制约与影响。轴承虽是零部件，但它的精度、性能、寿命和可靠性对主机（如航空发动机）的精度、性能和可靠性起着决定性的作用，轴承技术的落后给我国工业各行业带来严重的影响。

　　轴承巨头垄断渐成事实

　　新中国成立之初“156项”工业化奠基项目中专设两个轴承项目即现在的洛轴集团和哈轴集团。2010年7月13日，胡锦涛总书记在考察洛轴时提出“建成世界一流的轴承研发生产基地”。然而在几年前这家企业甚至有被国外同行收购的危险。目前，高端轴承的研发、制造与销售基本上被世界四大轴承巨头即美国铁姆肯、日本NSK、瑞典SKF，德国舍弗勒（FAG）所垄断。2006年，德国舍弗勒（FAG）一直企图并购洛轴集团，虽说洛轴集团当时身处严重亏损的困境，但却被舍弗勒视为未来的潜在对手而欲“吞并”。

　　而另一家更小的轴承企业甘肃海林中科科技股份有限公司，作为中国的圆锥滚子轴承领域的龙头企业，相对于铁姆肯来说是典型“轻量级”选手，两家企业却打了十多年的官司。十多年前，甘肃海林被铁姆肯以所谓低价倾销的指控告上美国法庭，2002年，海林在美赢得了美国商务部“永久性反倾销税率”的裁定。而在中国市场上，据海林公司副总经理何克鸿介绍，美国铁姆肯公司每年出口到中国的轴承产品数量在递增，而平均价格却在递减;目前该公司的产品在中国的售价低于其在美国的售价，也低于在其他地区的售价，属于倾销行为。美国铁姆肯公司中国工厂的产品也存在低价销售现象，对同行形成了不正当竞争。《中国工业报》2013年11月18日《铁姆肯涉不公平竞争 中国轴协吁其共同发展》报道中提到：中国轴承工业协会副秘书长牛辉表态，支持海林公司一切合法、正当的维权行为，协会有责任和义务为海林公司提供一切可能的帮助。这是中国轴协首次就中国海林公司申请调查美国铁姆肯公司在中国涉嫌倾销一事的正式发声。如何遏制中国轴承产业向高端轴承领域迈进的势头可能已成为世界轴承巨头对中国轴承产业遏制战略的重中之重。

　　轴承技术人才为何青黄不接

　　工业和信息化部于2011年发布《机械基础件、基础制造工艺和基础材料产业“十二五”发展规划》（简称“三基规划”），但却忽视了与“三基”相关的技术人才的培养，这方面轴承产业是个典型。

　　我国轴承产业技术落后是与技术人才严重短缺密切相关，全国轴承企业技术人才在年龄结构上普遍存在断层现象。众多企业轴承专业的技术人才断层现象首要原因是高校人才培养上岀现断层，因为这段时间原有的七八家工科院校的轴承专业以所谓发展“宽口径专业”为名而被裁减合并到综合性机械工程专业中，成为依附于机械专业的一门课目（专业课），轴承专业毕业人数急剧减少。

　　现在河南科技大学轴承专业成了全国仅存的“独生子”，迄今为止该校已为全国轴承行业培养了近2000名本科生和硕士生。这些学生绝大多数已成为轴承行业的技术骨干，河南科技大学被业内人士誉为“中国轴承行业的黄埔军校”。但该校轴承专业每年仅提供60多名的毕业生，远远不能满足全国上千家轴承厂的需求。

　　加强轴承研究教育迫在眉睫

　　日本轴承巨头NSK，其总部竟有1800个研发人员，这是中国轴承同行不敢想象的。在许多外行人看来，轴承是种结构简单的零部件，有必要配备这么多研发人员吗？其实大家在日常生活中看到的轴承都是技术含量较低的低端轴承，而高端轴承技术复杂程度是低端轴承无法相比的。

　　中国工程院院士卢秉恒认为，高端轴承研发涉及材料、油脂及润滑、制造、设计、轴承制造装备、检测与试验等一系列技术难题，还涉及接触力学、润滑理论、摩擦学、疲劳与破坏、热处理与材料组织等基础研究和交叉学科。

　　卢院士这番话表明了高端轴承技术的极端复杂性，其难度非常大。这同时也说明为轴承专门设置一个工科专业是很必要的。而一个学综合性、宽口径的机械工程专业的本科生尽管也学过数十小时的轴承课时，但如此短的学时，只学到了轴承这门高深学问的皮毛，如这样的本科生投身轴承行业，几乎等于从头开始学，那就太费时间，胜任工作时间太长，用人单位还得进行费时费力对其进轴承专业知识的大量培训。

　　正如前文所说，高端轴承的短板，并不仅仅存在于航空发动机领域，在高精密机床设备、高速铁路、仪器仪表等领域，这种短板依然存在，也只有我们加大在高端轴承研制上在人力、财力、物力方面的投入，中国才能实现由轴承大国到轴承强国的根本性转变。

　　中国致力于开发国产高性能航空发动机，用于装备国产军用飞机的战略方向已经明晰，这一战略选择包含着重大的航空技术挑战，世界上仅有少数几家大公司真正掌握着这项技术。

　　这本身并不奇怪：发动机对于飞机的重要程度，不亚于心脏对于人体。

　　发动机的设计研发，面临着温度、压力、过载等一系列严峻问题，只有最为先进的材料，最为合适的加工方法，科学的设计，合理的使用维护，才能解决这些难题。近些年中国在材料和制造方面取得了一些进步。

　　但在部件和系统设计、集成以及根据可靠性特征制订勤务和使用管理方案等方面仍然存在问题——这些方面是优化发动机使用效能的关键。

　　美国空军和工业部门自1987年开始进行‘综合高性能涡轮发动机技术’发展计划，到2000年前后基本完成。

　　为了保持技术发展，后继计划‘通用经济可承受先进涡轮发动机’计划由美国空军实验室及其工业伙伴发起，2003年8月将三项综合合同授予通用电气公司、普惠公司和罗罗公司。

　　该计划的重点放在整个推进系统和经济可承受性方面。

　　锁定的目标是使发动机的性价比在12年内提高10倍。

　　自适应通用发动机技术‘项目是通用经济可承受先进涡轮发动机计划中的典型项目。

　　目标是发展在飞行包线内可以改变风扇、核心机流量和压比，从而优化发动机性能的能力。

　　这些自适应技术在发动机上的一种应用就是变循环发动机（VCE），它既可以满足高速飞行的需要，也可以满足低速待机长续航时间或远程持久飞行和经济性要求。

　　中美航空发动机技术的差距令人感到不安，80年代，当F-15战斗机已经开始安装推重比达到8的F-110发动机，而同一时期的中国还在落后的涡喷发动机上苦苦挣扎，如今，即便我们在WS15发动机上取得了巨大成就。

　　但是我们仍然与美国差距至少30年。中国涡扇-10“太行”涡扇发动机及其改进型的性能指标与美国普惠F100和通用电气F110相当，这两款发动机是目前美军F-15和F-16战机的动力装置。

　　“太行”家族据说还是歼11B的动力，可能最后取代俄制AL-31，成为歼10和歼15的动力。2010年11月有媒体报道，一款推力27 500磅（约125千牛）的涡扇10“太行”发动机已投入批生产，将用于装备歼11B。

　　尽管如此，仍然有证据表明中航工业在扩大涡扇-10量产过程中质量稳定性控制存在问题，造成发动机可靠性不足，致使中国战机仍然严重依赖俄罗斯进口发动机。

　　宏伟的IHPTET工程作为美国的下一代发动机蓝图，其引领美国的发动机工业完成从80年代到21世纪初的推重比从10到20的整体性飞跃，而这个是非常值得我们这个学习者去思考与回味的。

　　我们中国能从美国的成功经验中获取什么呢？首先是高瞻远瞩的发展规划：IHPTET和VAATE都是时间长达20年的三步走发展计划，以现在人类的技术革新，准确把握20年后科技发展的脉搏。

　　了解20年后下一代发动机技术的需求是非常困难的，这也反映了美国军方和NASA的未雨绸缪和长远目光，不断地寻求突破也是美国之所以那么强大的根本性原因。

　　到目前为止，它仍然无法成为歼-10B单发战斗机的动力来源。

　　着名航空动力专家刘大响院士曾撰文认为中国航空发动机研制较世界先进水平主要存在五点较大差距：

　　1.基础研究薄弱，技术储备不足，试验设施不健全；

　　2.国家经济相对落后，研制经费严重不足；

　　3.对发动机的技术复杂性和研制规律认识不足；

　　4.基本建设战线过长、摊子过大、力量过散、低水平重复；

　　5.管理模式相对落后，缺乏科学民主的决策机制和稳定、权威的中长期发展规划。

　　图为我国通过技术引进发展的秦岭发动机

　　除了以上差距外，还存在以下问题：

　　1.在航空发动机的发展历程中，缺少像钱学森院士那样学贯中西的大师级人物。

　　回顾“两弹一星”的研制历程，大师级领军人物所起的作用至关重要；

　　2.虽然我国航空工业长期受俄罗斯的影响，但是并没有很好地领会他们的设计理念。

　　他们在经济上并不富裕、研究人数相对较少的情况下，利用系统的观念把复杂问题简单化，将苏联各个生产或研发部门提供的性能并不算高的部件和材料，集成出主要性能突出、综合技术水平较高的航空发动机；

　　3.我国历来重学术而轻技术，加上我国当前教育体制、模式的限制，使得航空发动机行业严重缺乏对机械产品悟性深刻的设计师和技术工人。

　　航空发动机行业的一位厂长曾对笔者说：他发现一个儿童时代很少玩玩具的人很难成长为“心灵手巧”的技术工人。

　　图为F119发动机的地面测试

　　F119发动机是F-22战斗机的动力来源，到目前为止，我们只能仰视它的伟大，而它仅仅只是美国上世纪90年代的产品。

　　我们还需要看到的是，那些技术领先者在丝毫没有放慢前进脚步的同时，又不断以环保等堂而皇之的理由在我们前面设置障碍。

　　美国从上世纪50年代开始核心机预研计划，至今已经发展出七代核心机，而F119的核心机仅仅是其中的第四代，其航空动力工业的技术潜力由此可见一斑。

　　但美国政府从未放松过对航空发动机技术的控制，不仅对我国保持封锁，甚至在某些核心技术上对其欧洲盟友也实行“禁运”。

　　与此同时，发达国家还在人力资源方面实行看不见的封锁，不仅限制其他国家人员进入航空发动机核心研制领域，而且限制本国相关人才向国外转移，以此来保持产业实力。