導讀：長久以來，日本的航空發動機產業一直被國內所忽視或輕視。但日本最新研製的XF9-1發動機在去年宣佈試車成功，今年6月又放出官方宣傳片後，確實讓中國網友們感嘆其研製推進之迅速和順利，日本官方已經確認達到了該發動機的最大推力達到了目標值15噸，並且具備全世界目前最高的渦輪進口溫度：1800攝氏度，並且測試進展得非常順利。今年讓我們通過XF9-1發動機來看下日本航空發動機行業的現狀。

圖1 XF9-1發動機，其效能可以媲美美國頂級戰機F-22戰機發動機，日本能夠獨立自主的設計和製造出該發動機，這一點令人相當印象深刻。

2018年6月29日，該發動機的承製方石川島播磨重工業IHI向日本國防裝置局交付了XF9-1戰鬥機發動機。儘管目前XF9-1發動機還只是原型發動機，但其推力超過15噸，它的功率等於甚至優於美國“ F-22”和俄羅斯“ 蘇-35”等世界一流戰鬥機的發動機。

XF9-1發動機的研製成功，是日本航空業的歷史性突破，許多日本航空業官員對此都非常激動，因為這是自第二次世界戰爭結束以來，日本首先能夠做到具備可以製造世界先進戰機的所有技術。

實際上，日本航空發動機工業擁有許多優秀的技術，包括不少日本獨有的技術，在改進全世界民用航空發動機效能上貢獻不少。不過，在整機上，日本除了為本國的軍用戰機研製過少數幾臺航空發動機外，目前沒有可裝備的日本民用航空發動機。

目前，全球的航空發動機主要由三家公司主導：美國通用電氣（GE），美國普惠和英國羅羅公司。但是，很多大型民用航空發動機都在使用日本零件和日本技術，日本石川島播磨重工業公司也參與了GE、普惠和羅羅公司發動機的開發和生產，這些公司不少民用航空發動機中，有10-20%的零部件是在日本國內製造的。

例如，日本航空公司波音787客機配備的GEnx發動機，日本公司的工作量就超過15%，其中包括高壓壓氣機和低壓渦輪。空客A320neo客機的PW1100G發動機，日本公司也生產了約23%的發動機部件，包括低壓壓氣機，燃燒器和風扇。

日本川崎重工公司也正在全球範圍內參與民用發動機生產，包括空客A350客機遄達XWB發動機的中壓壓氣機。

不過，這些在日本生產的零件中的不少零件具有很高的開發成本和全球製造屬性，它們可以在日本以外的地方製造。

但是，石川島播磨重工業IHI也有一些獨有優勢，例如連線發動機渦輪，壓氣機和風扇的軸。特別是，長度超過3米制造困難的軸，日本在全世界的份額為70%。

在日本，支撐軸的軸承份額也在增加。日本NTN公司最近已收到PW1100G發動機和遄達XWB發動機軸承的訂單。

PW1100G發動機是美國普惠公司最新生產的民用航空發動機，而遄達XWB發動機也是羅羅公司的大型旗艦發動機。

日本的軸材料也非常知名，日本大同鋼鐵公司為GE和羅羅公司生產波音787客機發動機的軸材料。

說到材料，眾所周知，自波音787客機研發以來，日本碳纖維也一直在減輕飛機重量方面發揮著積極的作用。

日本的三家公司（東麗，東邦特耐克絲和三菱麗陽）在飛機上使用的碳纖維佔70%的份額。碳纖維還有助於改善噴氣發動機的效能。

之前，民用航空發動機風扇基本都是由鈦材料製成。鈦具有比鋁合金更高的強度，而且鈦的比重為4.5，比鐵的比重7要輕，但比鋁合金的比重2.7要重。然而，碳纖維複合材料的比重小於2，如果用碳纖維複合材料代替鈦，則可顯著的減輕發動機重量。

此外，為了滿足發動機的包容性要求，即在鈦合金風扇葉片脫落時，它也會被堅固的外殼（稱為風扇機匣）阻擋在發動機內，不會飛入飛機機艙，因此風扇機匣也通常是鈦合金的。

目前大型發動機的風扇直徑超過3米，風扇機匣比風扇還重，因此使用碳纖維複合材料代替風扇和風扇機匣可以減輕數百公斤的重量。

除了減輕重量之外，碳纖維複合材料的使用還增加了形狀的自由度，從而提高了風扇的效率。

波音787發動機的風扇，您會看到黑色碳纖維的複合材料風扇。

同時，日本的機械加工製造業也非常發達，日本森精機、大隈、山崎馬紮克和牧野等公司的銑削機床對於製造航空發動機零件也必不可少。不僅日本的噴氣發動機零部件製造商使用這些日本機床，而且GE公司，普惠公司和羅羅公司也都使用日本機床，如果您檢視這些公司的工廠照片，很容易找到日本製造商的機床。

不過，儘管日本公司在各種情況下參與到全世界的民用航空發動機生產中，但是作為民用航空發動機最核心的高壓渦輪卻沒有參與，因為噴氣發動機的核心零件並未共享。

不過即便這樣，日本在高壓渦輪的製造上並非全無技術。對於民用航空發動機來說，耗油率是其主要的技術競爭之地，而渦輪進口溫度越高，民用發動機的燃油效率越高，耗油率越低

，原則上發動機效能越好。

目前在提供渦輪自身材料的耐熱溫度是不夠的，，通常還會使用耐熱塗層和冷卻技術來提高渦輪的耐熱溫度。在提高渦輪進口溫度的技術中，日本的高溫材料技術是世界一流的。

目前，渦輪葉片本身一般由鎳基高溫合金製成，它通過將各種稀有金屬新增到鎳中，日本在這種合金技術上是領先的。目前波音787客機配備的遄達1000發動機的高壓渦輪葉片材料就是由日本材料科學研究所（NIMS）開發的合金製成的。

另一種日本耐熱材料是碳化矽纖維，在噴氣發動機部件中使用碳化矽基體中固化了碳化矽纖維的SiC/SiC複合材料。

鎳基高溫合金很重，比重為8~9，主要是因為鎳很重，新增的稀有金屬通常更重，其耐熱溫度為1150攝氏度以下。另一方面，SiC/SiC複合材料的比重約為3，並且材料本身具有1300攝氏度的高耐熱能力。

用SiC/SiC複合材料代替耐高溫合金具有減少燃料消耗以及減輕重量的效果。

由SiC/SiC複合材料製成的零件可在1600°C以上的環境中使用，而鎳基高溫合金部件則需要冷卻至1150攝氏度以下使用。這意味著可以節省用於從壓氣機過來的冷卻空氣，從而進一步提高發動機用於燃燒和做功的空氣流量。據說僅將發動機高溫部分的材料更改為SiC/SiC複合材料即可減少百分之幾的燃油消耗。

不過，SiC/SiC複合材料的成本很高，據說價格與相同重量的黃金相當，但由於有如此多的好處，GE和賽峰合資公司CFM國際公司已經將其應用到了最新的LEAP發動機熱端部件上。

GE，法國Saffron公司和碳素公司（Nippon Carbon）已成立了一家名為NGS高階碳釺維株式會社的合資企業，以生產用於飛機的碳化矽纖維，它已經生產出用於批量生產零件的碳化矽纖維。

從這個角度來看，世界上的民用航空發動機似乎都受到日本工業技術的支援，當然，XF9-1發動機也使用了這種日本技術。根據日本公開的資料，XF9-1發動機的渦輪進氣溫度（代表噴氣發動機的效能）為1800攝氏度，這是目前世界上的最高水平。

在其宣傳該發動機的新聞稿中，可以看到“日本獨有的金屬材料”和“陶瓷基複合材料”這兩個詞可以改善渦輪進口溫度。“日本獨有的金屬材料”是支援波音787客機發動機燃油效率的耐熱高溫合金，“陶瓷基複合材料”則是僅日本能量產製造的SiC/SiC複合材料。

XF9-1發動機可以說是集成了日本過去幾十年培育的全部先進航空發動機技術，但是，XF9-1發動機的重要性並不止於此。

日本儘管擁有出色的基礎技術，但缺乏開發發動機整機的經驗，迄今為止，為戰鬥機製造的發動機仍保持在XF5發動機水平，推力為5噸，而5噸的推力不足以製造出頂級戰鬥機。因此，日本又研製了XF9-1發動機，其超過15噸的推力足夠推動頂級戰鬥機飛機。

另一方面，儘管日本製造了XF9-1發動機，但它是原型發動機，而不是實用發動機。用於F-22的F119發動機效能與XF9-1發動機差不多，但這是美國30年前開發的。

XF9-1發動機能夠飛行裝機飛行還有很長的路要走，並且不確定是否有機會走到這一步。同樣，即使日本使用XF9-1發動機核心機制造民用航空發動機，其障礙甚至比製造使用XF9-1發動機作為動力的戰鬥機還難。

XF9-1發動機是否使日本能夠向世界銷售噴氣發動機還不是事實，但可以說日本已成為世界上領先的航空發動機製造國家。

不管怎樣，日本的航空發動機產業確實在穩步增長。XF9-1發動機將成為日本噴氣發動機技術發展的主要里程碑之一，其發展仍然值得中國重視和學習。