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

　　為KF-21戰(zhàn)機打造國產“心臟”——

　　韓國推出新型發(fā)動機概念原型機

　　■姜子晗　肖　凡　王文輝　　

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

　　當前，KF-21戰(zhàn)機搭載的F414發(fā)動機，是美國20世紀90年代的產品，性能表現平平，韓國下決心研發(fā)國產“心臟”，試圖打破發(fā)動機技術受制于人的局面。

　　航空發(fā)動機被稱為現代工業(yè)“皇冠上的明珠”。近年來，韓國通過承接美軍戰(zhàn)機組裝任務引進F-16等戰(zhàn)機生產線，逐步掌握了航空發(fā)動機的總體設計、生產工藝、質量控制等方面技術。那么，韓國研發(fā)國產發(fā)動機能否一帆風順?其航空工業(yè)發(fā)展前景如何?請看解讀。

　　從修飛機到造飛機，韓國航空工業(yè)艱難起步

　　研制五代機是一個難度系數很高的航空系統(tǒng)工程。作為高精尖裝備的典型代表，誰擁有了自研五代機的能力，誰就拿到了航空強國的“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戰(zhàn)機KF-21原型機的下線儀式，并宣布韓國自主國防時代已經到來。盡管多項關鍵核心技術未取得實質性突破，但這款戰(zhàn)機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80年代，由于美日貿易摩擦，美國航空產業(yè)開始向韓國轉移。為了抓住難得機遇，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)機組裝維修合同，邊生產邊學習提升仿制能力。20世紀90年代，韓國空軍引進F-16戰(zhàn)機生產線。韓國與美國達成授權組裝生產協(xié)議，韓國大宇、現代以及LG等多家航空制造企業(yè)紛紛響應，加入對美軍戰(zhàn)機生產技術的引進計劃。1994年，首架韓國版KF-16下線，實現70%機體、40%至50%電子設備國產化。由此可見，韓國當時就不滿足于維修、組裝和仿制，更希望研制出真正的國產戰(zhàn)機。

　　緊隨引進F-16戰(zhàn)機生產線，1992年，韓國與美國聯合啟動超聲速高級教練機計劃，于2002年8月20日成功首飛原型機，命名為T-50“金鷹”教練機，并派生出FA-50輕型戰(zhàn)機。這是韓國航空工業(yè)首次全程主導噴氣式戰(zhàn)機的設計研發(fā)和組裝生產，為研制先進戰(zhàn)機奠定基礎。

　　為了追趕航空強國步伐，韓國于2001年提出五代機KF-X項目。該項目被韓國政府提升到“國家目標”高度，按照最初設計的技術和戰(zhàn)術指標，將全面超越法國“陣風”和歐洲“臺風”戰(zhàn)機。此后，韓國航空工業(yè)迎來高速發(fā)展時代。

　　一方面，整合航空產業(yè)布局。韓國韓華集團收購三星特克溫公司，成立韓國唯一的航空發(fā)動機整機制造企業(yè)，在壯大自身力量的同時對國外技術公司進行收購。比如，在越南首都河內成立海外生產基地，提升國際競爭力和生產能力;收購美國一家航空發(fā)動機零件商，成立韓華航空航天美國公司，進一步提升產品研發(fā)能力。

　　另一方面，打造國產基礎設施。韓國頒布《航空航天產業(yè)開發(fā)促進法》，由政府帶動100多家企業(yè)參與相關配套設備研發(fā)，推動國產戰(zhàn)機發(fā)展。比如，韓國航空航天研究院自1995年開始逐步構建壓氣機、燃燒室、渦輪以及航空發(fā)動機整機試驗和評估設施;韓國國防發(fā)展局打造高空試驗臺，用于中等推力軍用渦扇發(fā)動機試驗和核心機試驗;電子系統(tǒng)、控制軟件等也都用上了國產研發(fā)產品。

　　去年6月，隨著KF-X項目最后一架KF-21原型機完成試飛，該項目進入量產準備階段。通過KF-X項目，韓國航空工業(yè)正邁出武器裝備國產化的重要一步。

　　引進核心技術受限，國產“心臟”研發(fā)舉步維艱

　　航空界有句名言：“一代發(fā)動機決定一代戰(zhàn)機。”以第五代發(fā)動機為例，相比上一代發(fā)動機，燃氣溫度和推力都有很大提升，能夠幫助戰(zhàn)機實現超聲速巡航。自KF-21戰(zhàn)機設計以來，韓國軍方一直期盼KF-21戰(zhàn)機裝備性能更先進的發(fā)動機。

　　面對更新換代需求，韓國政府提出“先引進后自研”的兩步走發(fā)展戰(zhàn)略。作為軍用航空發(fā)動機的研制方之一，韓國韓華集團也同樣認為，高性能發(fā)動機研制并非一蹴而就，需要依靠美國的技術力量。

　　然而，美國為了防止韓國研制出比肩F-35的先進戰(zhàn)機，對韓國提出包括25項核心技術在內的清單，并予以嚴格審查。在韓國政府的堅持下，美國最終同意洛克希德·馬丁公司轉讓21項技術，但在至關重要的核心技術上，美國仍然拒絕轉讓。最終，韓國決定采用美國通用電氣公司生產的第四代渦扇發(fā)動機F414，采購了240臺發(fā)動機和相應備件以供量產使用。

　　目前，KF-21戰(zhàn)機有40余項核心技術沒有取得實質性突破，包括最關鍵的隱身技術問題也遲遲未能解決，五代機的設計定位因為裝備F414發(fā)動機不得不降級。雖然在戰(zhàn)機性能上做出妥協(xié)，韓國自主研發(fā)發(fā)動機的決心卻十分堅定。近年來，韓國韓華集團接連公布多種推力級渦扇發(fā)動機研發(fā)計劃，并積極開展先進發(fā)動機相關技術研究，力圖縮短高性能航空發(fā)動機研發(fā)周期。

　　盡管如此，從近年來韓華集團在航空發(fā)動機的研發(fā)成果來看，包含低壓壓氣機葉片在內的冷端部件技術相對成熟，而對于高壓壓氣機等熱端部件的設計能力依然偏弱。

　　為此，韓國國防發(fā)展局“撮合”從事燃氣輪機制造的斗山重工集團與韓華集團合作研發(fā)，利用斗山重工集團在燃氣輪機熱端部件設計制造上的優(yōu)勢彌補韓華集團的短板弱項。

　　憑借地緣政治優(yōu)勢，韓華集團還在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)動機零部件制造，韓華集團不僅從該公司獲得諸多先進轉子部件的制造技術，還得到了超過110家美國航空發(fā)動機零部件制造企業(yè)的業(yè)務合作關系。

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

　　概念機呼聲頗高，難掩多重現實難題

　　經過多年技術積累，韓國為KF-21戰(zhàn)機打造國產發(fā)動機的計劃終于揭開“面紗”。前段時間，在2024年范堡羅國際航空展上，韓國韓華集團展出了一款新型發(fā)動機的概念原型機。該原型機采用6級壓氣機設計，無加力狀態(tài)下的推力范圍為15000至18000磅，全加力推力可達到24000磅，多項指標超過美國F414發(fā)動機。

　　新型發(fā)動機一亮相，就引起世人關注。此次國產發(fā)動機研發(fā)項目由韓國政府主導、投資超過22億美元，動員國內十余家軍工企業(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目”。

　　盡管呼聲頗高，韓國新型發(fā)動機研發(fā)仍處于概念論證階段，后續(xù)還需要細化設計、樣機制造與試驗、生產定型、持續(xù)改進等階段，才能最終達到一款成熟航空發(fā)動機的設計標準。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)動機是一個既龐大又復雜的系統(tǒng)工程。即使韓國設計人員以F414發(fā)動機為藍本設計制造更先進的發(fā)動機，同樣需要對葉片布局、結構設計、材料應用等方面進行重新考量。據統(tǒng)計，一臺軍用航空發(fā)動機零件數量超過30萬個，需要動用超級計算機進行仿真計算。有數據統(tǒng)計，目前韓國擁有12臺超級計算機，計算能力排在全球第九位，航空發(fā)動機產業(yè)從業(yè)人數不超過7000人，相關設計人才缺口很大。

　　二是高溫材料制造。軍用渦扇發(fā)動機的渦輪前溫度越高，越有利于提升發(fā)動機推力。發(fā)動機燃燒室的溫度超過2000℃時，渦輪產生的溫度將達到1500℃，需要使用耐高溫、高強度、耐腐蝕的先進材料。目前，韓國在航空發(fā)動機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難題。此外，韓國礦產資源較少，主要工業(yè)原材料均依賴進口，原材料和設備無法實現自給自足，制約了航空發(fā)動機專用材料的研發(fā)工作。在發(fā)動機進入量產階段后，材料匱乏和進口限制等問題或將更加突出。

　　三是試驗平臺搭建。航空發(fā)動機研發(fā)需要通過“技術驗證機—工程驗證機—原型機”的模式生成，經過反復驗證，樣機的可靠性、耐久性將會得到持續(xù)提升，直至達到定型標準。特別是先進航空發(fā)動機，必須經過葉片飛脫試驗、耐久試驗、吞鳥試驗等30多種試驗，在試車臺、高空模擬試車臺和試驗機上運轉上萬個小時，才能在性能、質量、適航等方面應對不同使用環(huán)境的挑戰(zhàn)。目前，韓國僅擁有一座中等推力發(fā)動機的高空模擬試驗臺，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)動機試驗能否匹配還是未知數。

　　航空發(fā)動機是現代工業(yè)“皇冠上的明珠”。韓國想要摘下這顆“明珠”，既需要強大的國力作后盾，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封鎖，實現自主國防，還有待觀察。

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