航空发动机产业链锻造与经济分析

周倩

中国崛起已引起全球关注，外界关注的是中国产业和技术的崛起，是近十几年中国在超级计算机、高铁、船舶重工、核能开发、航空航天等“极端制造”领域的高速发展。比如“神威太湖之光”、“天河二号”先后登上世界超级计算机排行榜榜首位置，彻底打破美国、欧洲、日本在这一关键领域的传统优势，对某些国家形成严重刺激。连好莱坞大片《地心引力》也无奈地呈现一个现实，当代几个大国中，只有美国、俄罗斯、中国有或曾经有过自己的太空站，美国宇航员在太空中遭遇严重险情，最后只能求救于中国的“天宫一号”。

可是，以上工业成就都不足以将中国划入世界一流制造强国的梯队。至少在一个极端制造领域——航空发动机，中国距离世界一流仍旧面临巨大的技术和产业化瓶颈。

制造强国的最后一里路

现今，“中国制造”已享誉世界，但是仍处于世界产业链中低端的第四级。世界产业链第一级是美国，全球70%的知识产权都掌握在美国手里；产业链第二级是英国和法国，科技原始创新能力强大，拥有相当数量的知识产权，始终处于世界产业技术研发最前沿；产业链第三级是日本和德国，在多数工业领域拥有世界最尖端技术，但是工业体系存在不少短板。

在普通人的“想当然”中，“日本制造”已如此强大，是世界汽车、船舶、电子、机床和工业机器人等领域最重要的核心零部件供应商，其技术实力和产业链影响力都是毋庸置疑的。但是，即使在“日本制造”纵横天下的20世纪80年代，即使日本GDP总量比英国、德国、法国的总和还多，仍只能屈居美国、英国、法国之后，是一个二流“制造强国”。

日本整体的制造能力仍不敌美国、西欧，一个关键原因就是，日本未能在飞机制造业这个“产业制高点”，消除与欧美国家的差距。尤其是航空发动机，是世界航空产业链的最核心环节。

20多年前，日本就能做到主力战机F15高达90%的国产化率，但至今日本仍不能完全将其国产化，就是卡在航空发动机上。波音公司主力机型787客机有35%的关键零部件由日本制造，机体材料是首次在民航客机中使用的碳素纤维，由东丽纺织供应；川崎重工主要制造机翼之前的部分机身，同时还提供主机翼固定后缘装置；富士重工主要制造中心翼盒，以及位于机身中部下侧用来连接机翼与起落架的强化结构；三菱重工则总装机翼。不过，没有谁会因此将日本视为一流航空工业强国，也是卡在航空产业链最核心的航空发动机上。航空发动机已经成为日本制造强国之路上永远难以走完的“最后一里路”。

做好大飞机和航空发动机项目，将会革命性提升一个国家的制造业水平。汽车、船舶、机械等普通制造业，根本无法与之相比。英国现在已告别世界工厂的荣光，其GDP中金融业和媒体产业占了很大比例。但英国至今仍是当之无愧的制造强国，航空发动机产业则是英国制造强国地位的关键支撑。

航空发动机是典型的技术和知识密集型高科技产品，被称为“工业之花”。美国长期把航空发动机列为仅次于核武器的第二敏感技术。军用航发领域，只有美、俄、英、法四国可以独立研制和发展一流水平的发动机技术。而民用航空发动机市场的门槛更高，目前真正具有技术和商业优势的只有美、英、法三国的四家公司：美国通用电气航空集团公司（GE航空）、普惠公司（P&W）、英国罗罗公司（R&R）以及法国斯奈克马公司（SNECMA）。这四家公司在全世界民用发动机市场份额接近90%。

如今，即使中国制造业在四代航发上取得了巨大进步，但国内制造的最先进航空发动机只相当于美国20世纪90年代的技术水平，这种差距仍达到30年。直至今日，当中国希望建造自己的大型客机时，却没有一颗可用的“中国心”——中国几乎所有民航飞机发动机都依赖进口，军用发动机则以“仿研+引进”为主，自主研制的型号很少。

作为世界第一制造大国，如果不能在性能先进的航空发动机上取得创新突破，那么，中国制造业转型升级的实际成效将大打折扣，“制造强国的最后一里路”也将变得遥不可及。

现代工业技术的极限考验

当前，“中国制造”在航空发动机上遭遇瓶颈，受困的不仅仅是中国航空工业，更是整个中国工业体系。航空发动机的超高研发、制造难度，集中考验了一国工业技术所能达到的极限。

一台飞机发动机的外形结构就像是一个两端都开口的圆筒，其工作原理是，从前端吸入的空气经过压气机、燃烧室等一系列内部结构，变为高温、高速燃气从后端喷射出去，产生向前的反推力。因此，航空发动机需要持续在高温、高压、高速旋转的条件下工作，对研制的要求极高。

以英国罗罗公司为A380客机生产的发动机为例。起飞时，4台发动机可以产生近18万匹马力，相当于上千辆普通家用轿车的动力，其内部最高温度在1700摄氏度以上，大大超过发动机涡轮叶片镍基合金的熔点。同时，发动机内部压力达到50个大气压，相当于3倍的蓄满水后三峡大坝底部压力，涡轮叶片就像一个冰块，在高温炉中高速旋转。这些都对发动机叶片、轴承的材料提出了严峻挑战。高品质、高水准航空发动机的重大战略意义绝不仅限于航空工业，必将牵动中国制造业整体上的转型升级。

比如，航空发动机的一个关键零部件——高可靠性、高精密度的顶级轴承，要能在高速、高温、受力复杂的条件下运转，直接影响到发动机的性能和寿命。很少有人知道，中国每年制造的价值过千亿的各类轴承，大多是中低端产品。高端轴承则主要依靠进口，高端轴承的研发、制造与销售基本上被美国、德国、日本和瑞典垄断。

更重要是，中国的轴承技术人才青黄不接，全国高校每年仅能提供不足百名的轴承专业毕业生。目前，欧美国家航空发动机主轴承的寿命均能达到1万小时以上，国内基本在900小时以内。千亿规模的中国轴承制造业，造不出符合航空发动机技术标准的轴承，这难道不是“中国制造”的一大痛点吗？

再如，航空发动机的另一关键零部件——涡轮风扇叶片，对制造商的技术工艺是一种极限考验。外国公司明确禁止向中国转让航空发动机风扇叶片、高温叶片等高端制造技术，中国公司一旦获得创新突破，前面将是一片蓝海。

无锡透平公司这样一家民营企业，在攻克航空发动机风扇叶片关键技术的同时，也在电站大型涡轮叶片国内市场综合占有率达到80%以上，形成百万等级超临界汽轮机、百万核电机组大叶片的工艺开发及制造能力。在能源领域，透平公司已成为国内三大电气公司的战略供应商，也是GE、西门子、东芝、三菱等顶级跨国公司的叶片供应商。

航空发动机的研发制造，必将倒逼中国制造商筑牢国家工业体系的基座。国内公众往往只看到一些表面化的创新成就，对工业领域的基础创新、底层创新关注有限。

今年4月，美国竞争力委员会发布的《2016全球制造业竞争力指数》报告认为，“美国制造”正在形成新的优势：在预测分析、物联网、智能产品和智能工厂等方面，美国都是世界领先，而在个人、技术、资本和公司之间建立联系、产生协同效应方面，美国的成就尤其突出，已经形成一个紧密联系的创新生态系统，并通过研发投资创造巨大价值。因此，未来五年，美国有望超过中国，重新成为全球最具竞争力的制造业大国。

这是成体系、生态化的全新工业竞争态势，而国内凸显的应对策略是“互联网+”和“机器换人”。可惜，这不能解决中国制造业转型升级的深层次问题。一个国家产业和技术基座的牢固程度，决定其工业创新力所能达到的高度。工业领域的前沿创新，不是有钱、有气魄就能做到的。“中国制造”瞄准的是金字塔尖，最缺的则是那些最基础的东西，比如基础材料、核心零部件、高端数控机床以及成熟工匠等。这是一步步发展起来的，不可跳跃。

蒸汽机古人没有想过吗？直到发明了镗床和橡胶，才真正做到实用化。有了耐高温高压的不爆裂的缸体，哈勃才发现还原法，在高温高压下合成氨、造出氮肥，大规模改善粮食产量。数码相机CT机需要高品质CCD，雷达需要高精度AD，飞机需要高强度紧固件，芯片制造需要光刻机，光刻机需要高精度的镜头和机床。

要设计和制造出好的航空发动机，本质要的是材料和加工工艺精度。看看欧美国家的发动机产品，真是艺术品一样的美感，里面加工的零部件每个拿出来都非常好看、极其精密。

美国科技强国地位的核心支撑，绝不只是谷歌、苹果、微软或Facebook，那只是美国工业基础发展之下长出来的市场之花。美国工业体系的核心是通用电气（GE）、霍尼韦尔、应用材料、陶氏化学、杜邦、英特尔、高通、IBM、波音、西科斯基，以及美国随时可以调用技术和人才的欧盟、日本公司。

壁垒和门槛是经济回报的有力保证

不可否认，航空发动机是一流经济强国的标准配置。何谓经济强国？就是这个国家的核心产业有很高壁垒，核心技术有很高门槛，制造出来的高端产品别国只能望其项背甚至望尘莫及，而壁垒和门槛是经济回报的有力保证。

很多国家都追求在制造业的激烈竞争中胜出，但是，多数国家都逃不过“竞争有害健康”的魔咒。回顾历史，根本不需要任何过人的聪明才智，任何一个普通人都能预见到一些行业将来会有极其惊人的增长，比如1910年代的汽车行业、1930年代的航空行业和1950年代的电视机行业。但是，这些行业后来极速增长的同时，也导致极度激烈的竞争格局，结果逼死了几乎所有进入这些行业的企业。即使幸存下来的企业也只好遍体鳞伤血流不止地退出战场。

在高度竞争性的制造业领域胜出，当然很风光，但最佳策略是尽量避开直接竞争。目前，信息技术和虚拟设计的发展能在很大程度上降低研发成本。现在，可以用计算机推演千百种方案进行比较，取得最佳方案后，再变为实体设计与实体制造，开发出新产品，再验证修正完善。这就可以大大缩短研发周期，节约研发资金。新产品定型后，再用计算机推演得出最佳制造过程，从而安排实体制造的工艺及生产。信息化和工业化的高效融合，加速了技术和产业的升级换代，但这带来的未必全是福音。

单纯从经济意义上讲，航空发动机产业链的有效构建，也能很完美地解决制造业的两大悖论：

制造业的“技术升级悖论”——恶劣的商战环境往往使制造商享受不到技术升级的好处，技术升级带来的效率提升，通常伴随着激化的市场竞争，技术升级的好处最终都流向消费者，制造商却被迫承受技术和设备升级的高昂成本。

制造业的“产业链升级悖论”——产品端的创新加速导致制造环节和供应链被动应付，比如精密电子产品的生命周期不断缩短，制造商和供应链只得快速跟进调整，这个过程代价昂贵并且疲于奔命。

航空发动机产业因为技术极其高端，处于寡头垄断的环境中，一款成熟产品能够销售30-50年，面临的竞争威胁很小，制造商可以安心享受技术和产业链升级带来的好处，几乎不必担心竞争和市场回报问题。

为何航空发动机的市场鲜有竞争，利润率极高？航空发动机是一项涉及空气动力学、工程热物理、机械、密封、电子、自动控制等多学科的综合性系统工程，到现在都还不能从理论上给予详尽而准确的描述，只能依靠大量的实际发动机试验。一款航空发动机设计制造出来，必须做大量的试验进行验证，以充分暴露问题。包括零件试验、部件试验、系统试验、核心机试验、整机试验等，一级一级往上做，一项都不能少。

美国、英国在航空发动机的研发过程中，地面试验时间在10000-16000小时，飞行试验时间在5000小时以上。试验累积不到一定时数，就无法知道达不达标。试验暴露出来的问题，改进之后还要继续试验。有些就是破坏性试验，比如民用飞机发动机中的风扇包容试验和鸟撞试验，试验需要损毁整台发动机，一款飞机发动机的整个研发过程中大概要损毁50-100台样机。

实际发动机试验是必须要大量“烧钱”的，从20世纪50年代到本世纪初，美国大约在航空发动机的基础研究方面投入超过1000亿美元。正如美国《国家关键技术计划》所描述的：“这是一个技术精深得使新手难以进入的领域，它需要国家充分保护并利用该领域的成果，需要长期数据和经验的积累以及国家大量的投资。”

更重要是，航空发动机的可靠成品制造出来，需要经受长期的市场考验并收回研发成本。有丰厚市场回报的技术领先，才是高价值、可持续的。技术成功但市场失败，往往会引发财务危机。

上世纪末，日本政府启动了一个“YSX计划”（大飞机制造计划），可是在还没取得实际的技术突破之前，就宣告计划失败。日本国土狭小，加上发达的高铁网络，日本人在国内能使用几架喷气式客机呢？没有市场支撑的航空制造业，如何生存下去？更不用想，获得持续的收入和利润用于长远的技术研发。

战后的“日本制造”在钢铁、石化、汽车、机电等所有产业上都拥有“能够实现量产化的本土市场”，在制造技术上通过“重新发明”，不断推出创新产品，赢得了广阔市场。然而，这些经验在大飞机计划上却无法通用。

日本这一“本土市场劣势”恰恰是中国航空制造业的最大优势。中国发展大飞机产业，有两项优势：一是有着庞大的市场容量，二是有政府和强大国力的扶持。中国国土辽阔，经济持续增长，已成为全球增长最快的航空市场。中国发展大飞机产业根本“无需依赖全球订单”，而且在国内地盘能获得一些保护性的准入待遇。

发掘产业链溢出效应

一架民航客机动辄数亿乃至十多亿元人民币，发动机就占总费用的三分之一。而其全寿命的维修费用，更是三倍于其购买价格。要真正做到自主可控，需要集中财力做大量实验，通过各种实验把航空发动机的整体水平提升。

中航工业董事长林左鸣曾有一个重要观点：“搞航空发动机，一定要学会做别的，什么赚钱做什么，才能把发动机发展起来。”这个意思是说，要通过发掘产业链溢出效应，支撑航空发动机的持续研发。这已是很多高端工业领域获得持续创新突破的重要路径。

在中国、韩国大量造船企业出现生存危机的当下，日本日立造船是怎么驾驭船舶工业的？与航空工业类似，造船业属于知识、资本密集型产业，世界上没有几个国家能参与进来。因为造船业需要大量的设备投资，回收成本的周期特别长，一定要技术实力雄厚+连续多年盈利，才能驾驭好这个产业。

多年以来，日本造船企业可以靠环保产业大赚其钱。这恐怕很少有人知道。处理没有公害的垃圾，需要很先进的锅炉。日立造船公司销售额的30%都是垃圾处理设备。建造一艘油轮造价为60亿日元，而大型垃圾处理设备一台就是100亿日元，这是非常大的生意。

很多人以为高科技就一定是赚钱的，其实，很多高科技是通过“持续赔钱做深度研发”逐渐培育赢利点的。而且世界上主要航空发动机制造商，都通过“业务互补”为航空发动机及设备研发提供资金支持。全世界搞航空发动机的，几乎没有单打一的。英国罗罗公司早期是生产劳斯莱斯汽车的，2003年将其卖给了宝马公司，此后罗罗公司再没有开发一型像样的新发动机，靠吃老型号过日子。而GE（通用电气）的产品线十分广阔，不仅研制航空发动机，还做电梯、空调，都是赚钱的，用这些业务来保证发动机的持续研发。发展航空发动机一定要会玩资本市场，只有赚到钱才能把发动机干起来。目前，全球前100大军工企业80%以上是上市公司。

航空发动机的产业链条非常长，将带动冶金、化工、电子、材料、高温涂料、电控系统等相关产业，需要民间科技公司配合协同进取，并统一构建质量控制体系。任何一个零部件，哪怕一个螺丝钉，用在飞机发动机上，都要经过无数次试验测试，确保品质安全。

过去，中国必须仰仗公共资金来推进本国的“极端制造”，而欧美和日本真正的工业实力主要植根于私营企业。缺少民间公司的创新支持，中国的产业崛起会很快达到极限。有大量民间科技公司参与的航空发动机全产业链立体布局，才能真正形成长远的创新优势。外界从未真正理解产业链垂直整合的优势所在，并非外界通常所想的“低成本”和“快捷的材料供给”，而是掌握着可以随时跟进前沿科技创新、组合出优势产品的技术能力。

所以，中国航空工业才特别强调深度军民融合，通过发展更多赚钱的“业务组合”互补反哺航空工业的新技术投入，而新技术再“溢出”到民用领域，形成良性循环。