一、印度對國產(chǎn)航空發(fā)動機的需求
2022年10月份,印度國防研究與發(fā)展組織(DRDO)的一個代表團會見了總羅羅公司的代表,討論了先進中型戰(zhàn)斗機(AMCA)發(fā)動機問題,雙方提出共同開發(fā)和生產(chǎn)印度第五代戰(zhàn)斗機發(fā)動機。如果談判順利,羅羅和DRDO可能會成立一家合資企業(yè)。此外,法國賽峰集團和美國發(fā)動機巨頭通用電氣(GE)也向印度提出了共同開發(fā)第五代戰(zhàn)斗機發(fā)動機的提案。
一、印度對國產(chǎn)航空發(fā)動機的需求
1、印度國產(chǎn)戰(zhàn)機市場牽引對國產(chǎn)航空發(fā)動機的需求
一方面是國產(chǎn)戰(zhàn)機對國產(chǎn)航空發(fā)動機提出了更高的動力需求,由于國產(chǎn)航空發(fā)動機的限制,即使是AMCA/TEDBF也都將由GE F414提供動力,而GE 404和414動力不足的問題將限制戰(zhàn)斗機的尺寸、有效載荷以及航程,從而需要更大推力的國產(chǎn)發(fā)動機為國產(chǎn)戰(zhàn)機提供動力。按計劃印度的光輝戰(zhàn)斗機(LCA)原本是要搭載國產(chǎn)GTRE GTX-35VS 卡佛里發(fā)動機的,然而由于政治因素和技術(shù)困難導(dǎo)致該型發(fā)動機進展緩慢,2001年首飛時由GE F404-GE-F2J3發(fā)動機提供動力,并在2008年9月正式與國產(chǎn)發(fā)動機切斷了聯(lián)系。2021年8月,印度斯坦航空公司(HAL)與GE更是簽訂了一份價值7.16億美元的合同,為LCA Mk1A訂購了99臺更先進的 F404-GE-IN20發(fā)動機。并為光輝Mark-2選擇了具有更高推力的F414-GE-INS6發(fā)動機,此外該發(fā)動機還有望為最初的第5代先進中型戰(zhàn)斗機(AMCA)和雙發(fā)艦載機(TEDBF)提供動力。然而這兩型發(fā)動機均面臨動力不足的困境:(1)由于GE F404發(fā)動機不足,從而降低了光輝戰(zhàn)斗機的有效載荷和航程;(2)為光輝Mark-2計劃提供動力的GE F414發(fā)動機同樣動力不足,無法滿足印度空軍(IAF)15-18噸級別中型戰(zhàn)斗機的要求,從而無法實現(xiàn)5噸有效作戰(zhàn)載荷的和600英里作戰(zhàn)半徑的目標(biāo)。
正在進行空中機動的印度空軍第18中隊的光輝戰(zhàn)斗機(LA-5018)
另一方面是印度軍用航空發(fā)動機市場需求旺盛。根據(jù)印度國防部 (MoD) 的估算,印度的軍用航空發(fā)動機市場在未來二十年內(nèi)將達到35000億盧比,大量國產(chǎn)戰(zhàn)機的列裝將刺激國產(chǎn)航空發(fā)動機的市場需求。預(yù)計到2027年將交付40架Mark-1和83架Mark-1A飛機,相當(dāng)于6個戰(zhàn)斗機中隊和1個訓(xùn)練中隊。此外由于在2035年之前沒有國產(chǎn)發(fā)動機可以為Mark-2提供動力,因此LCA Mark-2項目仍將繼續(xù)使用GE F414發(fā)動機。雖然在大多數(shù)情況下維修和大修都是通過HAL進行的,但目前印度軍用航空市場由仍由原始發(fā)動機制造商(OEM)占據(jù)。發(fā)動機維護占飛機維護總成本的35%,且超過三分之二的發(fā)動機維護成本發(fā)生在部件上,而印度本土發(fā)動機制造商有制造航空發(fā)動機零件的能力。因此印度在軍用航空發(fā)動機的維護、維修和大修(MRO)的空間很大。
2、商用航空發(fā)動機市場需求旺盛
印度是世界第三大民用航空市場,也是增長最快的市場之一。2022年5月,印度航空公司在國內(nèi)航線上運送了1200萬名乘客,印度航空公司目前運營著近700架飛機。印度政府于2016年啟動的UDAN-RCS 計劃,大幅提升了運營機場和執(zhí)飛飛機數(shù)量。根據(jù)印度民航部“2040 年遠景規(guī)劃”,航空客運量將增長六倍,國內(nèi)旅客將達到8.21 億人次,國際旅客將達到3.03 億人次,航空貨運量將達到1700萬噸,為此印度將需要2359架客機。據(jù)預(yù)測,發(fā)動機仍將是商用飛機MRO業(yè)務(wù)中增長最快的部分,發(fā)動機MRO市場也由主要航空發(fā)動機制造商主導(dǎo)。而印度MRO工作中的近90%都外包給了新加坡、迪拜、阿聯(lián)酋、斯里蘭卡等國家。因此,在印度建立航空發(fā)動機制造商的空間很大。目前印度 MRO 市場有八家主要參與者,AIESL、Air Works、Indamer Private Limited、Deccan Charter、Taj Air、Bird ExecuJet、GMR Aero Technic Limited 和 Max MRO Private Limited。AIESL 是印度航空公司的子公司,是唯一一家擴展成熟的發(fā)動機大修設(shè)施的公司,而Air Works在市場收入中的份額排名第二。
二、印度國產(chǎn)航空發(fā)動機卡佛里的研制經(jīng)驗
GTRE GTX-35VS Kaveri卡佛里(也可叫“卡弗里河”,是用印度河流命名的)是印度專門為自行研制的光輝戰(zhàn)斗機(LCA)而配套研制的渦扇發(fā)動機,由印度班加羅爾國防研究與發(fā)展組織(DRDO)下屬的燃氣輪機研究機構(gòu)(GTRE)開發(fā)。GTRE曾開發(fā)了GTX37-14U加力渦輪噴氣發(fā)動機,并于1977年首次運行,這是第一款完全在印度設(shè)計的噴氣發(fā)動機??ǚ鹄锇l(fā)動機項目經(jīng)過1986-2006年“印度自行研制階段”與2006-2018年“印法合作研制階段”兩個階段后進入了無限期停擺狀態(tài)。
卡佛里發(fā)動機
在卡佛里發(fā)動機研制過程中暴露了如下問題:(1)過度依賴國外技術(shù)支持,一旦停止提供技術(shù)支持項目便陷入僵局。由于卡佛里渦輪葉片失效問題,及2004年年中在俄羅斯的高空試驗失敗,導(dǎo)致印度國防部在2005年為首批20架生產(chǎn)型飛機訂購了40多臺GE 404發(fā)動機。2006年印度航空發(fā)展局(ADA)授予斯奈克瑪(SNECMA)一份合同,向其尋求解決卡佛里問題的技術(shù)援助。2013年1月印度GTRE終止與法國斯奈克瑪公司的合作,項目研制在失去法國技術(shù)援助后進展變得更為緩慢。(2)國防工業(yè)基礎(chǔ)薄弱,尤其是基礎(chǔ)試驗設(shè)施。由于國內(nèi)沒有航空發(fā)動機相關(guān)試驗設(shè)施,印度只能租用俄羅斯的相關(guān)試驗設(shè)施進行測試,于是乎卡佛里發(fā)動機只能在俄羅斯格羅莫夫飛行研究所(GFRI)與 IL-76 飛機集成并完成了相關(guān)測試。(3)預(yù)算嚴(yán)重超支。2004年12月, GTRE透露卡佛里項目的花費超過130 億盧比(1.628 億美元),并將其總開發(fā)成本的估計修改為283.9 億盧比(3.56 億美元)。印度主計長兼審計長在2010-11年度報告中指出,已在該項目上花費了189.2 億盧比(2.369 億美元),超支了642%。
三、印度航空發(fā)動機的生態(tài)環(huán)境
1、印度本土發(fā)動機制造商
HAL發(fā)動機部門于1956年在班加羅爾成立,根據(jù)羅羅公司的許可協(xié)議生產(chǎn)Orpheus 渦輪噴氣發(fā)動機。迄今為止,該部門已制造了3100多臺發(fā)動機并修理、大修了16500多臺發(fā)動機。此外還向賽峰、羅羅和霍尼韋爾等外國發(fā)動機制造商出口發(fā)動機部件。
HAL在Koraput的發(fā)動機部門成立于1964年,根據(jù)前蘇聯(lián)的許可制造MiG-21 R11發(fā)動機。隨后根據(jù)俄羅斯的許可分別為MiG-21BIS、MiG-27和MiG-29制造了R25、R29和 RD33發(fā)動機。迄今為止,該部門已制造了1300多臺發(fā)動機并大修了7000多臺航空發(fā)動機。
DRDO的國防冶金研究實驗室(DMRL)最近通過近等溫鍛造技術(shù),使用其獨特的 2000 MT等溫鍛壓機使用鈦合金制造出了高壓壓縮機(HPC)葉盤。
印度初創(chuàng)公司Paninian aerospace最近設(shè)計了一種用于巡航導(dǎo)彈和大型無人機的推力為4.5 kN的渦輪噴氣發(fā)動機。他們還在研究3-12 kN推力范圍內(nèi)的更多發(fā)動機,同時使用人工智能和3D打印技術(shù)來生產(chǎn)發(fā)動機。
2、現(xiàn)階段印度國產(chǎn)航空發(fā)動機項目
(1)HAL 航空發(fā)動機項目
DMRL渦輪軸發(fā)動機(HTSE-1200)將會作為LUH、ALH和LCH的替代品,推力為25 kN
HTFE-25(印度斯坦渦輪風(fēng)扇發(fā)動機)是一款正在開發(fā)的25kN渦輪風(fēng)扇發(fā)動機,可為單發(fā)教練機、公務(wù)機和5至9噸級無人機提供動力
為DRDO忠誠僚機升級的PTAE-7渦輪風(fēng)扇發(fā)動機,推力為3.43 kN
(2)GTRE航空發(fā)動機項目
重新設(shè)計GTRE GTX-35VS 卡佛里發(fā)動機,推力范圍為50--76kN,可以為未來無人戰(zhàn)斗機(FUFA)提供動力,其核心機將為印度航空發(fā)展機構(gòu)(ADE)的遠程引導(dǎo)打擊飛機(RPSA)提供動力。由于俄羅斯高空試驗臺到期,該項目推遲到2027年首飛
賽峰--GTRE合資方案。為AMCA開發(fā)推力級為110 kN的發(fā)動機,預(yù)計到2035年獲得認(rèn)證,合作成本約為60億歐元
開發(fā)推力級為46kN的卡佛里發(fā)動機,將用于無人機。到2030年,有效載荷達到1.5噸
(3)ADE小型發(fā)動機項目
開發(fā)用于替換SWIFT/Gakak UCAV的發(fā)動機
研發(fā)推力級為1kN的用于無人機的小型渦輪噴氣發(fā)動機,目前正在開發(fā)中
研發(fā)推力級為2.7kN的用于空地導(dǎo)彈的小型渦輪噴氣發(fā)動機,目前正在開發(fā)中
研發(fā)推力級為4.4kN的用于自主技術(shù)巡航導(dǎo)彈(ITCM)的Manik小型渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(STFE),目前正在試驗中
(4)RCI/NAL發(fā)動機計劃
開發(fā)推力級為275 Kgf的小型燃氣渦輪發(fā)動機(SGTJE),將為本土的戰(zhàn)術(shù)無人機Rustom II提供動力。目前正在與伊馬拉特研究中心(RCI)、DRDO共同開發(fā),詳細設(shè)計由國家航空航天實驗室(NAL)負(fù)責(zé),由HAL和巴拉特電子公司(BEL)進行生產(chǎn)
(5)民營發(fā)動機項目
Bharat Forge公司正在開發(fā)推力級為120kgF、160kgF、200kgF、300kgF、400 KgF的微型/小型渦輪噴氣發(fā)動機
Paninian India公司目前正在開發(fā)推力范圍為3kN、3.7kN、4.5kN、8.5kN至12.5kN的系列發(fā)動機(渦輪風(fēng)扇和渦輪噴氣發(fā)動機)
印度坎普爾理工學(xué)院(IIT Kanpur)和TurboTech Precision Engineering公司正在聯(lián)合開發(fā)微/小型燃氣輪機(MGT)
3、合資合作仍將是印度國產(chǎn)航空發(fā)動機的主旋律
印度在實施GTX-35VS項目時就曾公開邀請美國普惠、法國斯奈克瑪?shù)裙緟⑴c,截止2010年6月,卡佛里―斯奈克瑪聯(lián)合公司共生產(chǎn)8臺原型機和4臺核心機,完成2000多時數(shù)的試飛測試任務(wù)。期間還將法國“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機安裝“卡佛里”航空發(fā)動機(核心機)進行試飛測試任務(wù),該“卡佛里”航空發(fā)動機(核心機)最大推力達到85kN。由于項目嚴(yán)重超支,且全部6個關(guān)鍵設(shè)計指標(biāo)中只有2個勉強達到,2013年1月印度終止與法國斯奈克瑪公司的合作。2016年因采購法國陣風(fēng)戰(zhàn)斗機,印度決定再次借助法國的技術(shù)完成這款發(fā)動機的后續(xù)研制工作,該項目在中斷2年后重新迎來生機,之后又因法國援助開發(fā)成本過高再次使發(fā)動機研制進入無限期停擺狀態(tài)。
2019年10月,由于美國不愿分享核心或熱發(fā)動機技術(shù),印美國防貿(mào)易和技術(shù)倡議(DTTI)項下的噴氣發(fā)動機技術(shù)合作提議于2019年10月被暫停。DTTI 框架下的噴氣發(fā)動機技術(shù)聯(lián)合工作組隨后解散。
2022年6月份美國恢復(fù)與印度共同開發(fā) AMCA 戰(zhàn)斗機噴氣發(fā)動機的提議。GE采用GE-F414 的衍生型號“增強性能發(fā)動機”(EPE)重新競標(biāo)共同開發(fā)AMCA發(fā)動機,將采用新的核心機,推力將增加近20%,達到120kN。
2022年7月,賽峰集團首席執(zhí)行官奧利維爾·安德烈斯會見了國防部長拉杰納特·辛格,向印度國防部提交了一份提案,將與 GTRE共同為AMCA開發(fā)一臺推力級110 kN的發(fā)動機,但據(jù)悉要求高達10億歐元的技術(shù)轉(zhuǎn)讓費。在2016年陣風(fēng)戰(zhàn)斗機的交易中,法國承諾將在印度投資50%,即39億歐元作為補償。法方還談到計劃在印度建立MRO設(shè)施,為印度和外國商業(yè)航空公司檢修LEAP-1A和LEAP-1B發(fā)動機。透博梅卡公司和HAL早些時候為印度的先進輕型直升機(ALH)和輕型戰(zhàn)斗直升機(LCH)共同開發(fā)了Shakti發(fā)動機。
2022年10月英國政府表示愿意支持印度噴氣發(fā)動機設(shè)計和制造的本土化,并正在尋求建立聯(lián)合伙伴關(guān)系。
四、幾點看法
雖然印度早在1947年獨立時就擁有了相當(dāng)成熟的飛機工業(yè),并在1959年由位于坎普爾的國防研究與發(fā)展組織(DRDO)成立了燃氣輪機研究所(GTRE),1960年在印度斯坦航空有限公司(HAL)內(nèi)成立航空發(fā)動機研究與設(shè)計中心(AER&DC),從事燃氣渦輪發(fā)動機的設(shè)計開發(fā)。且從上世紀(jì)80年代開始,印度就開始了自主研發(fā)航空發(fā)動機之路,并一度邀請美法等國加入,但是奈何道路選擇搖擺不定以及國防工業(yè)基礎(chǔ)不過關(guān),導(dǎo)致國產(chǎn)航空發(fā)動機屢屢受挫,這給我國在國產(chǎn)航空發(fā)動機的研發(fā)工作敲響了警鐘。
一是我國應(yīng)避免印度與國外廠商合作開發(fā)的模式,因為此種模式并不會產(chǎn)生新型發(fā)動機,更不會提供能力升級,其最終結(jié)果很可能是成為許可生產(chǎn)商,因此我國一定要堅持走自主可控的國產(chǎn)航空發(fā)動機的發(fā)展道路,將核心技術(shù)牢牢掌握在自己手中,從而減少對國外技術(shù)的依賴。二是核心技術(shù)與下一代技術(shù)要“兩手都要抓,兩手都要硬”。未來航空發(fā)動機將向綠色航空轉(zhuǎn)型發(fā)展,重點在于采用新的推進技術(shù),以減少燃料消耗、減少二氧化碳排放、減少噪音排放,也要同時探索電動和混合動力推進系統(tǒng)。但是必須首先正確掌握其核心技術(shù),但同時還要研究下一代發(fā)動機技術(shù)。三是吸收印度國防工業(yè)基礎(chǔ)薄弱的教訓(xùn),加強國防工業(yè)基礎(chǔ)能力建設(shè),尤其是基礎(chǔ)試驗設(shè)施。航空發(fā)動機的發(fā)展史就是一個設(shè)計、制造、試驗、修改、再制造、再試驗…,一個不斷摸索和反復(fù)完善的過程,甚至有人說發(fā)動機主要是靠試出來的。因此一定要加強航空發(fā)動機基礎(chǔ)試驗設(shè)施的建設(shè),方能測試出性能優(yōu)良的發(fā)動機。