日本航空發動機產業發展淺析

2018年6月，日本石川島播磨重工（IHI）向日本防衛省交付了日本自主研制的XF9-1發動機原型機,引發了廣泛的關注和好奇。通過研究日本航空發動機產業發展歷程和現狀，可以發現，日本在航空發動機領域今日所取得的成就，并非一蹴而就，而是有雄厚的產業基礎作為支撐的。

日本航空發動機產業的復蘇

1945年，第二次世界大戰結束，日本作為戰敗國，其軍事裝備工業被取締。在航空方面，日本被禁止從事航空產品的研發和制造，航空工業被迫解體，企業轉產，人員分流。1952年《舊金山條約》簽署生效，禁令被解除，日本航空工業的發展有了新的轉機。

對于航空工業這樣的高科技領域，廠房等硬件設施的建設可以很快恢復，但熟練的產業工人及深厚的航空文化底蘊等軟實力卻不是短期就能速成的。日本航空工業的發展雖然有7年的空白期，但此前的熟練工人仍可重操舊業，甚至不存在明顯的技術人員斷層問題。因此，日本一旦獲得發展機會，其航空工業就迅速恢復。例如，三菱重工在戰后就保留了大量的航空技術人員，因為三菱重工認為，航空是國家防衛的原動力，而且重視人才是其一貫傳統，也因此在軍事工業解禁后，三菱重工迅速成為日本第一大軍工企業。

財閥猶存

日本戰敗后，盟軍認識到日本強大的財閥和裝備工業是推動和支撐日本走向軍事擴張的重要力量，因此在1945年發表的《中美英三國促令日本投降之波茲坦公告》第11條規定：禁止可以使日本重新武裝作戰之工業。美國負責日本戰后賠償的全權代表鮑萊更是指出：“財閥是日本最大的戰爭潛力。”1947年，美國占領軍公布并實施了《禁止壟斷法》和《經濟力量過度集中排除法》，指定拆除的公司為580家，其中包括了赫赫有名的飛機和發動機制造商三菱重工。三菱重工被拆分成了三家，包括東日本重工、中日本重工和西日本重工。隨著朝鮮戰爭爆發，美國對日本的政策從最初的摧毀轉向扶持。1948—1949年，實際被拆散的公司只有18家，而且在指定拆除的名單中并沒有涉及銀行，雖然財閥家族被處理，財閥企業被拆散，但是銀行的經濟實力卻被保存了下來，使得這些企業日后得以有機會以資本紐帶再次集結起來，并奠定了戰后財閥復興的基礎。事實上，此后包括三菱重工在內的曾經被拆散的財閥又紛紛復合。此后發展壯大起來的三菱、川崎、石川島播磨、富士等重工企業全是二戰前的財閥，不過是改頭換面而已，這些財閥后來又重新成為日本裝備工業,包括航空發動機產業的核心力量。

寓軍于民

二戰以后，日本受“和平憲法”制約，不能擁有核潛艇、航空母艦等進攻性的武器裝備，只能保有自衛所需的裝備，但在政府的大力扶植下，依賴其雄厚的工業基礎和先進技術，建立了寓軍于民的軍事工業體系，而寓軍于民的策略也是戰后日本發展航空發動機等裝備制造業的重要策略。日本通過優先發展民用航空向軍工技術進行滲透，將巨大的軍事應用潛力藏于民用產品和技術之中。當然，從企業的角度看，生產軍工產品利潤并不高，僅為5%～8%。為了鼓勵和維持企業生產防務產品的積極性，日本防衛省對擁有軍工生產能力的企業提供長期穩定的訂貨和項目支持，保證防務產業資金的穩定性，從而規避了市場波動的影響。因此，日本政府從國家的角度在政策和資金上確保了民營軍工企業自主研發、穩定生產軍品的動力，帶動企業長期有效地為日本的國土防衛服務。

與之對應的就是日本軍工企業的軍工依存度普遍較低，大部分的技術拓展都借助民用技術的開發和發展，三菱重工、川崎重工、富士重工、石川島播磨重工等無不如此。而且日本的航空航天企業，乃至其他軍工企業，工廠和制造車間沒有嚴格地區分軍用和民用，軍民用航空產品往往是在同一個工廠生產出來的。因此，從戰爭角度看，日本企業擁有強大的戰爭潛力，一旦發生戰爭，這些企業靈活的軍民技術之間可迅速轉換，形成強大的國防產能。

政策支持

日本對航空工業一貫采取政策上的支持和保護。1952年航空工業剛恢復，日本政府就制定了《航空工業企業法》，采取了一系列保護和優惠政策。1958年，航空工業從仿制轉向自行研制，政府頒布了《航空工業振興法》。到了20世紀80年代中期，當日本航空工業開展國際合作研制時，政府又于1986年制定了《航空工業振興法修正案》。其中規定日本航空企業參與國際合作項目所承擔的研制費用，由政府負擔55%（名為開發補助費），其余45%中的70%可從日本開發銀行獲得低息貸款，同時政府給予貼息。正如所述，日本政府對航空研究發展工作給予了很大的支持，但是日本航空工業界仍然認為，其資助額距離發展的需要以及比歐美航空發達國家對航空工業資助有很大差距，因此呼吁政府給予更有力的支持。

日本軍方使用的主要是國內許可證生產的、自行設計制造的或與國際合作的軍用飛機和發動機，即使國內生產的飛機和發動機產品比進口產品昂貴得多，也堅持這一策略，如表1和表2所示，即便對當今最先進的戰斗機也是如此。按當初的約定，日本從美國洛馬公司采購的42架F-35A，只有4架由洛馬公司生產，另外38架都是在日本國內組裝，由三菱重工小牧南工廠承擔這一任務。

表1 日本許可證生產的軍用航空發動機

國際合作

1981年，石川島播磨重工與三菱重工、川崎重工共同組建日本航空發動機協會（JAEC）。作為一個非營利性的財團法人組織，JAEC旨在推進日本民用航空發動機的發展，主要是協調日本航空發動機制造商參與民用航空國際合作項目，并代表日本發動機制造商與國外企業建立技術合作關系，獲得的發動機技術合作項目再在日本國內進行分工合作。日本這三家主要的發動機生產商形成了一個整體，既集中了各家優勢，又避免了本國企業在承擔國際合作任務時相互競爭，集中力量對外時承擔國際合作任務的能力也更強，如今已成為世界領先的發動機制造商GE、普惠、羅羅等公司的一級供應商，穩居世界民用航空發動機產業鏈上端，并已形成自己的技術優勢，以風險合作形式參與國際合作，甚至在參與研制的新型發動機上擁有一定的股份。

國際合作一直是日本航空工業發展的重要路徑。1952年，對日本航空工業的封鎖解除后，一開始是修理美國在朝鮮戰場被擊傷的飛機。從1954年開始，日本認為應該建立完整的航空工業體系，于是購買美歐專利進行許可證生產，仿制國外產品。從20世紀60年代開始，日本開始轉向民用航空轉包和合作研制，成為波音、空客、巴航工業、龐巴迪、GE、普惠、羅羅等公司的供應商。最初日本航空企業只是簡單地承接轉包生產，之后逐漸過渡到風險合作，成為國外制造商的穩定供應商，甚至成為一些零部件的永久供應商，承擔的研制任務份額也逐漸增多。例如，日本在波音767飛機上只承擔了15%的工作份額，而到波音787則上升到了35%。

在發動機方面，開始還只是承擔低壓部件和一些非核心部件，之后就過渡到參與核心機部件研制。例如，石川島播磨重工在GP7200、GEnx發動機上承擔了高壓壓氣機葉片研制任務，而三菱重工在遄達1000、遄達 XWB 、PW1100G-JM等發動機上承擔了燃燒室模塊的研制任務。在波音787項目上，日本投入30億美元的研發資金，其中石川島播磨重工為波音787飛機發動機投入了3.5億美元的研發資金。

日本航空發動機企業

日本主要的航空發動機制造企業有3家，分別是石川島播磨重工（IHI）、三菱重工（MHI）和川崎重工（KHI）。

石川島播磨重工

石川島播磨重工是日本一家綜合性企業集團，業務涵蓋航空、航天、能源、船舶、機械、物流等領域。該企業成立于1853年，最初是江戶川石川島創建的官辦造船所，長期從事造船業。歷經近100年的發展變遷后，于1945年6月建立石川島播磨重工業公司，1945年8月二戰快結束前制造并交付了5臺Ne-20噴氣發動機，用于裝備日本海軍的橘花改自殺特攻飛機，開始進入航空發動機領域。戰后石川島播磨重工于1957年成立航空發動機事業部，先后主導或參與研制日本自行開發的JR100發動機、JR220發動機、FJR710民用渦扇發動機、F3軍用渦扇發動機、F7-10大涵道比渦扇發動機等。

2000年7月，IHI航空航天公司成立，該子公司主要從事航空航天產品包括發動機的設計、制造與銷售。值得一提的是，IHI是戰后日本主要的航空發動機制造商，承擔了日本60%～70%的航空發動機研制生產任務，也參與了大量的民用航空發動機國際合作項目（見表3）。日本軍用航空發動機幾乎都由它作為主承包商進行許可證生產。

表3 石川島播磨重工的民用航空發動機國際合作業務

三菱重工

三菱重工是一家多元化發展的企業集團，最初是源于1884年成立的長崎造船所。特別值得一提的是，長崎造船所自誕生以來一直都是日本主要的軍艦生產基地，二戰時曾建造過武藏號戰列艦，這也是人類歷史上最大的戰列艦之一，130余年后的今天，這個造船所仍然是日本主力戰艦制造基地之一。1917年，三菱重工開始涉足航空，最初從事的與航空有關的業務就是制造航空發動機，從試制法國雷諾公司的航空發動機起步，直到二戰結束，三菱重工都是日本最重要的航空發動機和飛機制造商。而后來的發動機領導企業石川島播磨重工是1945年二戰快結束才進入航空發動機領域。三菱重工除大量參與民用航空發動機國際合作業務（見表4），還于20世紀90年代自行研制了MG5渦軸發動機，配裝三菱重工自行研制的MH-2000直升機。

川崎重工

川崎重工最初也是一家造船所，成立于1896年，1919年開始進入飛機制造業。二戰后，1953年重新開始飛機制造業務，也同時開展航空發動機研制。在航空領域，川崎重工以直升機為主，同時生產教練機、運輸機、反潛巡邏機，維修E-767和E-2C預警機，也生產F-2戰斗機和民用飛機部件，并生產C-1/P-1軍用運輸機。川崎重工從事航空發動機研制與生產業務的工廠是明石工廠和明神工廠。明石工廠的業務包括噴氣發動機、飛機傳動系統、摩托車、機器人，而明神工廠的主要業務則是噴氣發動機和燃氣渦輪部件，川崎重工也參與了大量民用航空發動機國際合作任務（見表5）。

表4 三菱重工的民用航空發動機國際合作業務

表5 川崎重工的民用航空發動機國際合作業務

日本航空發動機產業能力

日本航空發動機制造商能夠成為世界領先航空企業的一級供應商，參與當今世界最先進民用航空發動機的研制，是日本國內包括先進材料在內的航空發動機產業能力的集中體現。日本參與國際合作承擔的研制任務包括了風扇葉片、低壓壓氣機、低壓渦輪、風扇機匣、渦輪機匣、齒輪箱這類冷端部件，以及燃燒室這類熱端部件，其相應的研發能力都處于世界前列。雖然日本承擔的國際合作任務沒有覆蓋整臺發動機的各個模塊，但日本其實有發動機整機研制的經驗和能力，F3、F7-10、TS-1、MG5等發動機皆是已經投入使用的自主研制產品。

此外，眾所周知，日本在材料領域技術實力非常強大，高溫合金、陶瓷基復合材料（CMC）、碳纖維復合材料、樹脂基復合材料等，都實力不凡，特別是陶瓷基復合材料，是SiC/SiC復合的材料，是一種極具前景的發動機新材料，用在發動機渦輪葉片上能提高渦輪前溫度，GE公司也正在努力將其應用到發動機的各種部件。SiC纖維是SiC/SiC陶瓷基復合材料的上游產品，目前僅日本和美國能批量提供SiC纖維，而實現產業化、產能達百噸級的僅有日本碳素公司和日本宇部興產株式會社。2012年GE公司還曾與賽峰集團共同發布聯合日本碳素公司合資成立NGS公司，生產和銷售Nicalon品牌SiC纖維。日本對外宣傳XF9-1渦扇發動機時，也重點強調其采用了日本獨立研發的陶瓷基復合材料以提高渦輪前溫度，使渦輪前溫度達到1800℃。

日本航空發動機研制能力

二戰以后，日本自主研制的航空發動機型號稀少，如前所述，只有寥寥幾型 ，其型號研制經驗與航空強國、大國相比或有不足，但日本的研制經驗和能力一直在增強。1973年，日本IHI開始研制XF3發動機作為T-4教練機的動力，1987年F3發動機正式服役，最大推力為16.7kN。隨后，XF3發動機的改進型XF3-400技術驗證機進一步將推力增大到33.3 kN，并利用XF3-400進行了二維推力矢量技術驗證，使得日本成為當時少數掌握推力矢量技術的國家。進入20世紀90年代，日本又開始50kN級發動機XF5的研制，其目標就是向美國的四代機看齊，連結構都采用了與美國F119發動機相似的布局，之后研制出的XF5-1發動機驗證機用于ATD-X“心神”技術驗證機。據2014年日本防衛省技術研究所公布的數據，XF5-1發動機質量為644kg，不開加力推力為50kN，不加力推重比為7.8。與之相比，美國F119雖然最大推重比為10.7，但不加力推重比只有7.2；美國F135是迄今為止推力最大的戰斗機發動機，質量為1670kg，不加力推力為128.1kN，最大推力為191.3kN，不加力推重比為7.6，最大推重比為11.5。可見XF5-1發動機的不加力推重比竟在F119和F135之上。雖然部分技術參數不能代表發動機的全部性能，但可以反映出日本航空發動機的技術實力不容小覷。目前引人矚目的XF9-1發動機的研制則可追溯到2010年防衛裝備廳提出的“下一代發動機主要部件研制”計劃，IHI已于2010年開始發動機核心機部件的相關研究；2013年，IHI開始發動機核心機研制；2017年6月，IHI向防衛裝備廳移交了核心機；2018年6月，IHI向防衛裝備廳移交了XF9-1發動機原型機。XF9-1發動機不加力推力為107.8kN（11t）以上，加力推力為147kN（15 t）以上，渦輪前溫度為1800℃，與美國F119發動機在同一水平上。雖然XF9-1目前只是原型機，距離實際使用還有相當長的距離，但XF9-1反映出的歷史意義則是日本已經初步具備研制第四代戰斗機發動機的能力。

1950—2010年日本小涵道比軍用航空發動機發展歷程

結束語

二戰結束后，日本航空發動機乃至航空產業在逐漸恢復戰前產業的基礎之上，經過半個多世紀的積累，已經形成了較完整的航空產業鏈，具備了強大的技術實力。雖然受限于特殊的國情不能肆無忌憚地發展軍備，但其利用寓軍于民在內的一系列策略，在大力開拓國際民用航空市場，讓日本民用航空產品發展的同時，也增強了航空產業整體實力，進而促進了軍用航空，包括航空發動機的發展，使其一步步從小推力發動機逐漸過渡到了大推力、四代發動機XF9-1的研制。中間過程雖然曲折，但呈現出的目標卻非常明確，那就是日本謀求航空強國之決心從未停歇、從未放松，甚至也從未動搖，這才是真正值得高度關注的。