为KF-21战机打造国产“心脏”——韩国推出新型发动机概念原型机

　　为KF-21战机打造国产“心脏”——

　　韩国推出新型发动机概念原型机

　　■姜子晗　肖　凡　王文辉　　

　　前段时间，在2024年范堡罗国际航空展上，韩国韩华集团展出一款新型发动机的概念原型机。据报道，该发动机有望在未来10年内取代美国F414发动机，成为韩国KF-21战机和新型无人机的国产“心脏”。

　　当前，KF-21战机搭载的F414发动机，是美国20世纪90年代的产品，性能表现平平，韩国下决心研发国产“心脏”，试图打破发动机技术受制于人的局面。

　　航空发动机被称为现代工业“皇冠上的明珠”。近年来，韩国通过承接美军战机组装任务引进F-16等战机生产线，逐步掌握了航空发动机的总体设计、生产工艺、质量控制等方面技术。那么，韩国研发国产发动机能否一帆风顺?其航空工业发展前景如何?请看解读。

　　从修飞机到造飞机，韩国航空工业艰难起步

　　研制五代机是一个难度系数很高的航空系统工程。作为高精尖装备的典型代表，谁拥有了自研五代机的能力，谁就拿到了航空强国的“入场券”。在过去几年里，土耳其、日本等国跃跃欲试，韩国也不例外。

　　2021年4月9日，时任韩国总理文在寅主持了首架国产战机KF-21原型机的下线仪式，并宣布韩国自主国防时代已经到来。尽管多项关键核心技术未取得实质性突破，但这款战机依然是韩国航空工业20多年艰苦研发取得的重要成果。

　　20世纪80年代，由于美日贸易摩擦，美国航空产业开始向韩国转移。为了抓住难得机遇，韩国航空工业从零起步，以廉价劳动力换取F-5、A-10等多型战机组装维修合同，边生产边学习提升仿制能力。20世纪90年代，韩国空军引进F-16战机生产线。韩国与美国达成授权组装生产协议，韩国大宇、现代以及LG等多家航空制造企业纷纷响应，加入对美军战机生产技术的引进计划。1994年，首架韩国版KF-16下线，实现70%机体、40%至50%电子设备国产化。由此可见，韩国当时就不满足于维修、组装和仿制，更希望研制出真正的国产战机。

　　紧随引进F-16战机生产线，1992年，韩国与美国联合启动超声速高级教练机计划，于2002年8月20日成功首飞原型机，命名为T-50“金鹰”教练机，并派生出FA-50轻型战机。这是韩国航空工业首次全程主导喷气式战机的设计研发和组装生产，为研制先进战机奠定基础。

　　为了追赶航空强国步伐，韩国于2001年提出五代机KF-X项目。该项目被韩国政府提升到“国家目标”高度，按照最初设计的技术和战术指标，将全面超越法国“阵风”和欧洲“台风”战机。此后，韩国航空工业迎来高速发展时代。

　　一方面，整合航空产业布局。韩国韩华集团收购三星特克温公司，成立韩国唯一的航空发动机整机制造企业，在壮大自身力量的同时对国外技术公司进行收购。比如，在越南首都河内成立海外生产基地，提升国际竞争力和生产能力;收购美国一家航空发动机零件商，成立韩华航空航天美国公司，进一步提升产品研发能力。

　　另一方面，打造国产基础设施。韩国颁布《航空航天产业开发促进法》，由政府带动100多家企业参与相关配套设备研发，推动国产战机发展。比如，韩国航空航天研究院自1995年开始逐步构建压气机、燃烧室、涡轮以及航空发动机整机试验和评估设施;韩国国防发展局打造高空试验台，用于中等推力军用涡扇发动机试验和核心机试验;电子系统、控制软件等也都用上了国产研发产品。

　　去年6月，随着KF-X项目最后一架KF-21原型机完成试飞，该项目进入量产准备阶段。通过KF-X项目，韩国航空工业正迈出武器装备国产化的重要一步。

　　引进核心技术受限，国产“心脏”研发举步维艰

　　航空界有句名言：“一代发动机决定一代战机。”以第五代发动机为例，相比上一代发动机，燃气温度和推力都有很大提升，能够帮助战机实现超声速巡航。自KF-21战机设计以来，韩国军方一直期盼KF-21战机装备性能更先进的发动机。

　　面对更新换代需求，韩国政府提出“先引进后自研”的两步走发展战略。作为军用航空发动机的研制方之一，韩国韩华集团也同样认为，高性能发动机研制并非一蹴而就，需要依靠美国的技术力量。

　　然而，美国为了防止韩国研制出比肩F-35的先进战机，对韩国提出包括25项核心技术在内的清单，并予以严格审查。在韩国政府的坚持下，美国最终同意洛克希德·马丁公司转让21项技术，但在至关重要的核心技术上，美国仍然拒绝转让。最终，韩国决定采用美国通用电气公司生产的第四代涡扇发动机F414，采购了240台发动机和相应备件以供量产使用。

　　目前，KF-21战机有40余项核心技术没有取得实质性突破，包括最关键的隐身技术问题也迟迟未能解决，五代机的设计定位因为装备F414发动机不得不降级。虽然在战机性能上做出妥协，韩国自主研发发动机的决心却十分坚定。近年来，韩国韩华集团接连公布多种推力级涡扇发动机研发计划，并积极开展先进发动机相关技术研究，力图缩短高性能航空发动机研发周期。

　　尽管如此，从近年来韩华集团在航空发动机的研发成果来看，包含低压压气机叶片在内的冷端部件技术相对成熟，而对于高压压气机等热端部件的设计能力依然偏弱。

　　为此，韩国国防发展局“撮合”从事燃气轮机制造的斗山重工集团与韩华集团合作研发，利用斗山重工集团在燃气轮机热端部件设计制造上的优势弥补韩华集团的短板弱项。

　　凭借地缘政治优势，韩华集团还在2019年以3亿美元收购了美国EDAC科技公司。EDAC科技公司专门从事航空发动机零部件制造，韩华集团不仅从该公司获得诸多先进转子部件的制造技术，还得到了超过110家美国航空发动机零部件制造企业的业务合作关系。

　　不过，KF-21战机多项核心技术仍由美国提供，未来该战机出口必须征得美国政府批准。如果研制不出来国产发动机，KF-21项目便无法摆脱美国控制，这是韩国必须直面的问题。

　　概念机呼声颇高，难掩多重现实难题

　　经过多年技术积累，韩国为KF-21战机打造国产发动机的计划终于揭开“面纱”。前段时间，在2024年范堡罗国际航空展上，韩国韩华集团展出了一款新型发动机的概念原型机。该原型机采用6级压气机设计，无加力状态下的推力范围为15000至18000磅，全加力推力可达到24000磅，多项指标超过美国F414发动机。

　　新型发动机一亮相，就引起世人关注。此次国产发动机研发项目由韩国政府主导、投资超过22亿美元，动员国内十余家军工企业、高校、研究所参与其中，将成为“韩国建国以来规模最大的国防力量项目”。

　　尽管呼声颇高，韩国新型发动机研发仍处于概念论证阶段，后续还需要细化设计、样机制造与试验、生产定型、持续改进等阶段，才能最终达到一款成熟航空发动机的设计标准。目前，韩国航空工业需要攻克以下几道难题。

　　一是满足算力需求。研制航空发动机是一个既庞大又复杂的系统工程。即使韩国设计人员以F414发动机为蓝本设计制造更先进的发动机，同样需要对叶片布局、结构设计、材料应用等方面进行重新考量。据统计，一台军用航空发动机零件数量超过30万个，需要动用超级计算机进行仿真计算。有数据统计，目前韩国拥有12台超级计算机，计算能力排在全球第九位，航空发动机产业从业人数不超过7000人，相关设计人才缺口很大。

　　二是高温材料制造。军用涡扇发动机的涡轮前温度越高，越有利于提升发动机推力。发动机燃烧室的温度超过2000℃时，涡轮产生的温度将达到1500℃，需要使用耐高温、高强度、耐腐蚀的先进材料。目前，韩国在航空发动机专用材料方面的研发还处于起步阶段，需要投入很长时间攻克这些材料技术难题。此外，韩国矿产资源较少，主要工业原材料均依赖进口，原材料和设备无法实现自给自足，制约了航空发动机专用材料的研发工作。在发动机进入量产阶段后，材料匮乏和进口限制等问题或将更加突出。

　　三是试验平台搭建。航空发动机研发需要通过“技术验证机—工程验证机—原型机”的模式生成，经过反复验证，样机的可靠性、耐久性将会得到持续提升，直至达到定型标准。特别是先进航空发动机，必须经过叶片飞脱试验、耐久试验、吞鸟试验等30多种试验，在试车台、高空模拟试车台和试验机上运转上万个小时，才能在性能、质量、适航等方面应对不同使用环境的挑战。目前，韩国仅拥有一座中等推力发动机的高空模拟试验台，故障模拟种类和诊断排除故障能力仍需提升，与将要研发的新型发动机试验能否匹配还是未知数。

　　航空发动机是现代工业“皇冠上的明珠”。韩国想要摘下这颗“明珠”，既需要强大的国力作后盾，更需要完整雄厚的航空工业作保障。韩国能否突破西方技术封锁，实现自主国防，还有待观察。

　　上图：在2024年范堡罗国际航空展上，韩国韩华集团展出一款新型发动机的概念原型机。资料图片