¿Por qué las compañías aéreas chinas no pueden producir sus motores a reacción en el país?

Quiero declarar que, mientras estudiaba ingeniería en la universidad, sé muy poco sobre la tecnología de los aviones en general. Tampoco soy un entusiasta de la aviación. Solo soy un tipo normal que leyó chino e inglés y prestó atención a este tema en particular porque el motor a reacción es uno de los criterios para medir el ingenio y la resolución de un país. Crecí con la propaganda anticomunista de estilo soviético, aprendí a ser escéptico y a leer entre líneas, especialmente de fuentes chinas.

En primer lugar, el motor a reacción es DURO.

En segundo lugar, aclaremos un poco la terminología. Cuando hablamos de “motor a reacción” aquí, estamos hablando de motores de turboventilador de gran empuje (es decir, potencia de caballo). A este respecto, solo un puñado de naciones puede hacer su propio motor a reacción: Estados Unidos, Reino Unido, Francia, Rusia, Ucrania y China continental, apenas.

Estados Unidos está por delante de casi todos. El británico Rolls Royce se ha quedado atrás de Estados Unidos en los últimos años. Francia está luchando por mantener su autosuficiencia debido a una escala de despliegue relativamente pequeña y no hay información pública sobre ningún nuevo desarrollo de motores; El bloque soviético está en una liga diferente, en el sentido de que los motores rusos / ucranianos pueden tener un rendimiento relativamente bueno, pero tienden a quedarse atrás de Occidente en términos de consumo de combustible y tiempo entre revisiones. Esto puede no ser un problema en las aplicaciones militares a primera vista, pero tiene consecuencias a largo plazo, ya que los OEM no pueden producir motores civiles para mantener su viabilidad financiera a largo plazo.

Tercero, China continental ha estado fabricando motores a reacción para DECADES, comience con WP-5 (WP = turborreactor, una forma anterior de motor a reacción que rara vez se usa en los aviones hoy en día) en 1956, que es una copia con licencia del VK-1 soviético ( 1947), que a su vez es una imitación de Rolls Royce Nene (1944).

No es un mal comienzo.

Luego, hubo una división sino-soviética. La China comunista perdió la mano que la alimentaba con una cuchara.

La principal razón por la que China está tan retrasada en el motor a reacción es la Revolución Cultural, que miles de científicos / ingenieros fueron purgados, creando así una brecha de talento que China tardó una generación en recoger.

La brecha de talento y la política sobre CUALQUIER COSA, incluidos los conocimientos técnicos y los hechos y ciencias fundamentales, hicieron mella en todos los aspectos de la economía y la tecnología de China, especialmente consideran que China no tenía mucha base industrial en primer lugar.

El primer intento de China de diseñar un motor de turboventilador, WS-6 como ejemplo, se vio gravemente afectado por la agitación política y contribuyó significativamente a la desaparición del proyecto.

Para cuando China recuperó la cordura, ya es en la década de 1970.

En este momento, China tiene un descanso. Reino Unido decidió licenciar Rolls Royce RB.13, motor “Spey” a China. No puedo encontrar nada en la red que explique cuál fue la razón política detrás de la decisión del Reino Unido, ni puedo encontrar nada sobre cuánto pagó China por el acuerdo.

El motor Spey se utilizó en la versión británica de F-4 Phantom. Es uno de los diseños de motores más exitosos en ese momento debido a su rendimiento y confiabilidad. China lo designó como WS-9 (WS significa turbofan en chino).

China y el Reino Unido firmaron el acuerdo de licencia en 1974 . Desde el Reino Unido se comprometió a transferir tecnología, pero no a la fabricación de conocimientos. Cuando China superó todas las dificultades técnicas asociadas con la fabricación del motor a reacción ( ingrese a la llamada producción en serie ), ya era mediados de 2003 . E incluso eso, no tengo ninguna información sobre cómo el WS-9 de China se compara con el Spey de Rolls Royce en términos de confianza, consumo de combustible y tiempo de revisión, etc.

Sí, así de lejos estaba China detrás.

China ha anunciado muchos motores de fabricación nacional desde entonces, pero hasta donde yo sé, WS-9 es el único motor de turboventilador que se fabrica en gran cantidad y se utiliza en un gran porcentaje de sus chorros de aplicación (JH-7) hasta ahora. El motor en sí está irremediablemente desactualizado por ahora.

Recientemente, China (a fines de mayo de 2017) anunció que se utiliza un nuevo motor a reacción de fabricación nacional para equipar al caza furtivo J-20 de quinta generación. La designación doméstica para el motor a reacción es WS-15 . El origen de este motor es relativamente sencillo: China negoció el diseño y el derecho de fabricación del motor designado para el extinto motor de combate Yak-141 VTOL, MNPK Soyuz R-79V-300 en 1995.

Una vez más, eche un vistazo al momento en que China obtuvo el diseño de Rusia ( 1995 ) para el anuncio del WS-15 utilizado en J-20 ( 2017 ). Y probablemente sea solo una ejecución de prueba, no una producción en serie.

WS-15 sería el motor de turboventilador más avanzado de China designado para aplicaciones de caza a reacción.

(Los rusos se negaron a entregar la parte del motor de la boquilla vectorial (despegue vertical / corto) a los chinos en 1995. Algunas fuentes chinas dicen que durante las crisis financieras rusas de 1998, Rusia cedió y autorizó la boquilla vectorial a los chinos)

WS-11 es un pequeño motor turboventilador. China obtuvo el diseño de Ucrania. Es una versión china de Ivchenko AL-25 . Debido a su empuje limitado, la aplicación militar se limita a los aviones de entrenamiento. Tenga en cuenta que Ucrania se ha convertido en el socio estratégico de China en este ámbito. China ha formado una empresa conjunta con Ucrania (después de que Ucrania se negó a vender Motor Sich) para desarrollar motores a reacción (los detalles son raros, pero parece que la colaboración es en motores de alta relación de derivación) y, a cambio, China está ayudando a Ucrania con la producción de aviones, radar y otras tecnologías.

Luego, hay WS-13 (confianza media) y WS-10 (confianza grande).

Ambos se burlan de “diseño interno” y “100% de propiedad de la propiedad intelectual”.

WS-13 está diseñado para reemplazar el motor ruso RD-33. Si bien no puedo encontrar ninguna información sobre Rusia, sino que autorizó el diseño a China, algunas de las fuentes chinas implicaron que China tiene los planos de diseño (el RD-33 está autorizado para ser fabricado en China) y el WS-13 se basa en los RD-33 diseño Poniendo las cosas en perspectiva, el RD-33 se usó originalmente en el caza Mig-29 , ¡se ejecutó por primera vez en 1974!

Por qué se puede afirmar que WS-13 es indígena está más allá de mí.

Dado que el WS-13 está diseñado para ser reemplazado por el motor RD-33 utilizado en FC-1 / JF-17 , tiene características similares en términos de tamaño físico, peso y confianza. La fuente china reveló que si bien el WS-13 tiene un empuje máximo más alto y ya no tiene el infame humo negro asociado con el RD-33, lleva más tiempo lograr la máxima confianza Y el WS-13 chino requiere un tiempo aún más corto entre revisiones que el ya sombrío RD -33 (compárese con, digamos, el F404 de GE) y una vida útil más corta que el RD-33.

Pakistán, el único usuario de FC-1 / JF-17, hasta ahora ha rechazado el WS-13 a favor del RD-33 a pesar de que WS-13 supuestamente ya está en producción en serie. Pakistán declaró que el JF-17, al ser un jet de un solo motor y columna vertebral de la fuerza aérea moderna de Pakistán, prefiere un motor confiable y probado que asumir riesgos innecesarios.

No puedo encontrar mucha información sobre el origen de WS-10 . De varias fuentes chinas no confiables y no autorizadas, parece que WS-10 usó el proyecto WS-6 desaparecido como punto de partida, tomó el diseño de CFM56 / F101 y, en cierta medida, AL-31F, y usó el software de control de Russian como base para golpear a esta bestia (ya que los chinos no lograron robar el código fuente de FADEC de Occidente). Algunas fuentes declararon que el “núcleo” de WS-10 se basa más en CFM56 que cualquier diseño ruso.

(Aquí es donde realmente desearía saber algo sobre el motor a reacción … qué demonios significa “núcleo”)

Si bien sé que la corporación CFM (empresa conjunta 50/50 entre GE de EE. UU. Y SNECMA de Francia) ha establecido instalaciones de mantenimiento de motores en China durante décadas, dudo sinceramente que EE. UU./ Francia regalaría los planos de diseño a los chinos. ¿China logró obtener algunas ideas de diseño / ingeniería inversa simplemente manteniendo / revisando el CFM56? ¿Cómo se puede aplicar la tecnología de CFM56, un motor a reacción civil utilizado en Boeing 737, a aplicaciones militares? Todas estas preguntas, espero que alguien en Quora y / o alguien que tenga información privilegiada en China pueda ayudarme a responder.

WS-10 está diseñado para reemplazar el AL-31F de Rusia, utilizado en el J-11 de China (que en sí mismo es un golpe para el Su-27 de Rusia) y el J-10. La última vez que verifiqué, WS-10, que afirmó haber entrado en producción en serie, está plagado de problemas que incluyen fallas en el motor y un pésimo tiempo entre revisiones de menos de 100 horas. China se vio obligada a comprar cientos de AL-31F a Rusia recientemente como una medida provisional. Hasta donde sé, a mediados de 2017, la gran mayoría de J-11 y su variante (J-15, J-16) y J-10 todavía usan los motores AL-31F de Rusia.

En aras de la comparación, ¡AF-31, el motor ruso que China intentaba reemplazar tan desesperadamente, se ejecutó por primera vez en 1981!

(Estoy omitiendo el desarrollo de grandes motores de relación de derivación, es decir, motores para transporte / carga / aviones, ya que sigue patrones similares de luchas de desarrollo)

En breve:

Es cierto que China lucha por producir motores a reacción modernos que se ajusten a sus aviones modernos en gran cantidad y de manera confiable,

Es cierto que incluso China logró producir motores a reacción modernos en gran cantidad y de manera confiable, casi todo el diseño del motor tiene al menos 20 años.

También es cierto que China está al menos una generación detrás de Estados Unidos en un buen día.

Pero está muy lejos de ser “incapaz de producir motores a reacción en el país”. La mayoría de las personas confía en que China podrá solucionar problemas y producir motores a reacción en gran número de manera razonablemente confiable en la próxima década.

Y tener un motor desactualizado por sí solo brinda una gran ventaja estratégica que no tener un motor en absoluto. El sueco JAS39 Gripen, de otro modo un caza ligero de primer nivel que usa motores estadounidenses, no pudo exportar a muchos países simplemente porque algunos de los mercados potenciales están compitiendo con el F-16 de EE. UU. O porque EE. UU. Tiene problemas de seguridad y se negó a permitir que el motor ser utilizado en estas naciones.

Situación similar en Pakistán. Al tener WS-13 disponible para reemplazo, por defectuoso que sea WS-13, China eliminó el último punto de estrangulamiento de Rusia, que Rusia podría detener la venta de JF-17. Dada la opción, Rusia preferiría vender Mig-29 a Pakistán directamente en lugar de simplemente vender el motor RD-33 solo y recaudar tarifas de regalías de los diseños RD-33.

Dado que el motor a reacción es tan intensivo en recursos, es una de esas cosas que el libre mercado no existe y todas las naciones usan el poder de los Estados para enfocar su esfuerzo en el desarrollo. Es un testimonio de la resolución y la capacidad organizativa de una nación además de su experiencia técnica. Desde esta perspectiva, los logros de China, por pequeños que sean, han sido bastante sorprendentes.

China probablemente superará a Francia a fines de 2020, ya que China tiene múltiples desarrollos de motores en la tubería.

Quién sabe, es posible que China se convierta en uno de los fabricantes de motores de alta tecnología en un día.

El documental de CGTN4 “Across China” [1] (con subtítulos en inglés) reveló recientemente una información importante que está en la mente de todos desde el primer vuelo del caza furtivo J-20 en 2011: esos motores misteriosos en los prototipos J-20. Los que habían argumentado que el J-20 usa los motores rusos AL-31F se sentirán decepcionados, porque ahora sabemos que en realidad era un par de Taihang WS-10 doméstico (~ 140 kN de empuje A / B) para la solución provisional en el avión LRIP y el Ermei WS-15 están listos para la prueba. China había pasado de colocar un motor de turboventilador de tercera generación (Taihang WS-10) a un motor de turboventilador de quinta generación (Ermei WS-15)

Cuellos de botella críticos superados por la investigación del motor a reacción de turboventilador chino:

  1. El Ermei WS-15 ofrece 180kN de empuje A / B, en comparación con el empuje de 160kN A / B del P&W F119 montado en el F-22A Raptor de los Estados Unidos.
  2. Las superaleaciones utilizadas para las aspas del ventilador de la turbina WS-15 se forman como un solo cristal de aleación de titanio, lo que lo hace más fuerte y confiable cuando se somete a un calor intenso de temperatura de trabajo de 1600 a 1700 grados centígrados, soportando hasta una temperatura máxima de 1,900 grados centígrados (2,200K), y alcanza una vida útil de 3,000 horas.
  3. El material utilizado para las superaleaciones WS-15 alcanzó un módulo de corte de E / 20, o 3.3GPa, que es el ideal teórico para los motores de turbocompresor de jet de combate.
  4. Todos los componentes y piezas críticos se producen en el país.

La espera finalmente ha terminado para los entusiastas de la aviación que esperan ver el WS-15 en acción. La primera prueba de funcionamiento del WS-15 montado en el J-20 podría ocurrir muy pronto, probablemente a principios del próximo año.

Rolls Royce del Reino Unido, Pratt & Whitney y General Electric de Estados Unidos pronto encontrarán un nuevo competidor entrando en el mercado de motores a reacción de turboventilador de nivel 1: Shenyang Liming AECC de China.

Notas al pie

[1] 官方 首次 公开 歼 20 战机 国产 涡 扇 15 发动机 (图)

China llegó tarde a la industrialización, la industrialización de China comenzó en la década de 1950, pasó por reveses, giros y vueltas, la industria manufacturera está experimentando una etapa de desarrollo. La artesanía de calidad y la atención al detalle serán un largo recorrido hasta que se desarrolle la experiencia en motores de aviones. Es muy difícil para China superar las pocas economías desarrolladas para obtener los mejores motores de avión.

Roma no fue construida en un día. El apoyo total de fabricación detrás de las naciones es esencial para el éxito de los principales actores mundiales Rolls-Royce (Reino Unido), Pratt & Whitney (EE. UU.), General Electric (EE. UU.), CFM International (Francia), por ejemplo, los fabricantes aeroespaciales para encontrar formas para incorporar materiales metálicos nuevos y existentes para un mejor rendimiento. China no tiene suficientes tecnologías en este campo.

Otro factor es el lento retorno de una gran inversión. China ha decidido impulsar la industria nacional de motores de aviación como un gran proyecto a nivel estatal en un esfuerzo colectivo.

Los motores a reacción son de ingeniería dura. En mucha ingeniería estás tratando de lidiar con una sola cosa, como altas temperaturas, alta velocidad, presión, límites de materiales. Pero en los motores a reacción estás lidiando con todo esto y más.

Si te equivocas, tu motor se desmonta catastróficamente en el aire (explota).

Y los chorros de los que estamos hablando no son pequeños, son bastante grandes y generan enormes cantidades de empuje. Necesitan hacer esto durante miles de horas de una manera altamente confiable. No es fácil y es una prueba de su infraestructura de ingeniería desde la investigación hasta la fabricación. Relativamente pocos países hacen esto solos.

Los aeroengines son muy complejos y los márgenes de rendimiento son muy reducidos: nadie manejará una aerolínea rentable si usa motores solo un pequeño porcentaje menos que la mayoría de la oposición. Esto hace que sea un mercado muy difícil entrar: si no puedes vender muchos motores, entonces obtener experiencia y más fondos para más I + D es aún más difícil.

Que los chinos hayan tenido problemas para fabricar nuevos motores, ya que no han tenido su propia industria de aerogeneradores, sino que han fabricado motores de ingeniería inversa decentes durante años no debería ser una gran sorpresa, simplemente no esperen que dure para siempre. El diseño y la fabricación de aeronaves se están moviendo a un gran ritmo en China, y estoy seguro de que los veremos fabricando motores indígenas competitivos en poco tiempo.

J31 está utilizando RD33 en este momento porque no era un proyecto ordenado por el gobierno. Fue la propuesta de diseño la que perdió la competencia ante J20. SAC decidió mantener vivo el proyecto con su propio dinero para la exportación y / o el requisito del futuro caza naval. Como tal, no tenían el recurso para utilizar un nuevo motor. Tuvieron que usar un motor fácilmente disponible para mantener el costo bajo.

La mayoría de los recursos de desarrollo de motores chinos se concentran en WS15, un turbo ventilador de alto empuje para J20, y CJ1000, un turbo ventilador de alto bypass para Y20 y aviones. El turboventilador de empuje mediano que se adapta a J31 está en el quemador trasero.

La construcción de un motor a reacción es algo que incluso los novatos hacen. El verdadero desafío es hacer que permanezcan durante largos períodos de tiempo, es donde entra la metalurgia del motor, es necesario hacer materiales que tengan una vida útil prolongada y solo unos pocos países en el mundo lo ha dominado.
La lista de esas partes críticas que están presentes en el extremo caliente de un motor es pequeña.
Palas de turbina de cristal único en lugar de palas DS normales (solidificadas direccionalmente).
Recubrimientos TBM (barrera térmica) que se aplican a las puntas de los rotores que los protegen de las altas temperaturas.

Estas son algunas de las tecnologías básicas de las que carecen los chinos y los indios, lo que les impide encontrar un motor a reacción confiable con una calificación aceptable de por vida.

Este documento responde a su pregunta completamente.

Compre, construya o robe: la búsqueda de China de tecnologías avanzadas de aviación militar por Phillip C. Saunders y Joshua K. Wiseman

http://ndupress.ndu.edu/Portals/

Los chinos pueden construir motores de turbina bypass de alto rendimiento y lo han hecho durante casi 10 años. Lo que les falta es experiencia en metalurgia y la experiencia química necesaria para construir y fabricar sistemas de turbinas militares avanzadas.

Deberían poder lograr este objetivo en los próximos 20 años.