中国为何无法制造喷气发动机

# 为什么喷气发动机不是“中国制造” 来源：https://aakash.substack.com/p/why-jet-engines-arent-made-in-china 甩掉灰尘：通用电气破纪录的喷气发动机是一款除尘利器…… （https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!cBBF!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2F2d4d6017-b15d-4796-857b-7620b402737d_1080x675.png） 通用电气旗下的GE9X发动机，为波音777X提供动力，正在制造中。 在我最近一篇对比中国活力与美国惰性的文章中（https://aakash.substack.com/p/america-doesnt-have-the-stomach-for），我描述了中国国家资本主义体系对社会动荡有着非同寻常的容忍度，加上富有远见的领导层，使得大规模社会提升成为可能。然而，许多评论将这一关于国家能力的观察推断为美国必然衰落的预言，而这并非我的本意。或许那篇文章中略带争议的旁述给了部分读者滑向悲观主义的借口。 所以，让我们明确一点：这是一个错误的前提。一个团结的西方联盟拥有许多中国国家难以复制的结构性优势。相反，我认为对中国的恐慌在很大程度上只是一种迟来的过度修正。在过去的二十年里，我们一直贬低任何其他大国对西方霸权构成挑战的可能性，而现在我们却因为竞争的存在而感到震惊。 但这种过度反应让我们忽略了微妙之处。中国并非国家层面的神童：它是一个技术先进的国家，拥有非凡的能力来调动国家资源。其大多数成功案例都涉及利用这一优势来规模化一项成熟技术，成为其主导供应商，并利用由此产生的协同效应进行横向和纵向扩展。这种策略在某些行业取得了成功，但在其他行业却遭遇了失败。 失败的规律给出了启示。 一个典型的失败案例是喷气发动机。中国花了大约五十年时间尝试生产与西方水平相当的军用和商用喷气发动机，但都失败了。为什么会失败？因为，正如我下面探讨的，喷气发动机几乎是为暴露中国体制的弱点而独特设计的。它们是一个低利润率的市场，专注于长期可靠性，其中制造质量和一致性至关重要。迭代速度非常慢，并且每个成品都面临普遍存在的、国际实施的监管壁垒。这些因素共同抵消了中国在熟练劳动力、资本和规模化速度方面的通常优势。它们也阻止了传统的国内保护主义增加太多价值。 分析中国未能生产出可行的喷气发动机，为我们提供了关于西方剩余比较优势本质的重要教训。 现代喷气发动机中的高压涡轮叶片需要承受比熔岩温度还高的气体，以超过一级方程式发动机最高转速的速度旋转，同时承受比福特福克斯更重的恒定离心载荷。并且，它需要在连续飞行时间约30,000小时（大约4年）内，不发生拉伸、熔化或开裂。这些叶片的失效将是灾难性的，会导致发动机毁坏，很可能紧接着飞机坠毁。 实现这些要求使它成为世界上最复杂的制造产物之一。最初的挑战来自材料的制造。 弗兰克·惠特尔的第一台喷气发动机使用了尼莫尼克-75：一种镍铬钛合金，在超过700℃的温度下会发生蠕变（即应力下伸长），使用寿命仅为几十小时。突破发生在1940年代末，一位英国冶金学家发现添加更多钛和一些铝可以产生显著的强化。由此产生了尼莫尼克-80A，这是所有后续超合金的基础。随后每一代都在混合物中添加新元素，以解决上一代的失效模式。第二代合金添加了铼来抗蠕变，这是一种非常稀有的金属，其全球年产量仅为五十吨（https://www.usgs.gov/centers/national-minerals-information-center/rhenium-statistics-and-information）。第三代合金将铼含量翻倍，提高了耐温能力，但在载荷下产生了脆性，因此最新迭代添加了钌，这是一种更稀有的金属，仅作为南非铂矿开采的副产品生产。 另一个主要挑战是铸造。熔融金属不会均匀冷却。相反，金属的不同部分同时凝固，这些同时进行的凝固过程在最终固体中形成多个晶体。这些晶体在晶界处相遇。历史上，涡轮叶片最常见的失效模式就是沿这些晶界出现裂纹。为了缓解这一问题，现代涡轮叶片采用单晶方法铸造。该方法于1980年代开发，它沿熔融金属表面保持均匀的温度梯度，使凝固沿一个方向进行，并结合一个晶粒选择器，即铸模中的螺旋“猪尾”形状，压缩凝固中的金属，确保只有一个成核过程成功。这最终产生了一种完全没有晶粒的金属。 这里最大的复杂因素是良品率。在单晶铸造过程中，需要将几十个变量保持在非常小的公差范围内。过程中任何干扰、基材的任何缺陷、成核过程中任何微量溶解气体，都会导致微晶粒产生，从而使叶片无法通过认证。成熟的制造商仍然只能达到50-70%的良品率；新进入者将在多年内处于百分之十几的低水平。 因此，全世界只有七家公司能够大规模制造涡轮叶片。首先是三大发动机制造商：通用电气，在魁北克和南卡罗来纳州拥有铸造厂；普惠在康涅狄格州；罗尔斯·罗伊斯在英国布里斯托尔。另外四家是专业制造商：密歇根州的Howmet Aerospace，俄亥俄州的PCC Airfoils，加利福尼亚州的Consolidated Precision Products，以及英国公司Doncasters，其在英国、德国和阿拉巴马州设有工厂。 这些公司中的每一家都依赖于一个深厚的供应商网络。合金由美国的四家公司生产，它们从世界各地采购元素。陶瓷来自两家公司：科罗拉多州的CoorsTek或英国的Morgan Materials。注射模具来自日本、德国或瑞士。用于铸造叶片的布里奇曼炉由四家公司制造：德国的ALD，新泽西州的Consarc，加利福尼亚州的Retech，以及法国的ECM。涂层来自美国、瑞士和德国的公司。最后，检验和认证设备是一个广泛的类别，来自日本、美国、德国和英国的一批公司。 总而言之，一个单一的涡轮叶片包含来自大约100家不同公司的产品，分布在美国25个不同的州和15个不同的国家。 而涡轮叶片尽管复杂，只是喷气发动机的一个部件。一台完整的发动机有超过40,000个零件，每个零件都在同样极端的条件下运行，挑战了传统制造的极限，因此每个零件都有其独特的奇异材料成分和制造工艺，通过数十年的持续工程努力而优化。这创造了一个最终产品，它依赖于一个庞大的横向供应商网络，生产集中在美国、英国、法国和德国，原材料来自全球。在现代，最大的发动机制造商是罗尔斯·罗伊斯、通用电气、普惠和赛峰，它们通过各种合资企业生产世界上绝大多数最先进的商用和军用喷气发动机。这是一个长期存在的均衡状态。在过去的半个世纪里，这四家公司为世界上生产的大多数飞机提供动力。一个主要例外是苏联/俄罗斯的国内工业，它一直落后西方十年。 但行业中还有另一个——规模小得多的——参与者：中国。自1986年邓小平确立喷气发动机国产化的战略要务以来，中国已投入数千亿美元创建自己的平行产业。这反映了中国在所有行业投资的大规模扩张，服务于中国“战略自主”的模糊目标——在西方更广为人知的说法是自给自足。在大多数行业中，中国取得了彻底的胜利。中国庞大的高技能劳动力储备和近乎无限的国家提供资本，使其能够占领每一个技术前沿，排挤现有的参与者。显著的例子包括电动汽车、可再生能源、电子元件和成熟制程半导体。这种中国工业主导的模式变得如此一致，以至于西方几乎将其视为预言。 那么，令人惊讶的是，在喷气发动机领域，中国仍然至少落后西方十年。即使在经过四十年的国家主导投资之后，中国的旗舰商用客机C919仍然使用CFM（通用电气-赛峰合资企业）制造的LEAP-1C发动机。中国潜在的竞争对手CJ-1000A经历了多次延误，现在预计至少要到2030年才能投产。与此同时，中国的第一款第五代战斗机成都J-20B，在其国内WS-15项目（始于1990年代）被认为准备好投产之前，整整十年依赖的是已有三十年历史的俄罗斯AL-31发动机。即便如此，预计它在耐用性、可靠性和效率方面仍远落后于F-35的发动机普惠F135。它的另一款战斗机使用的是一款过时的、已有二十年历史的中国发动机。事实上，中国，这个在其他方面已经掌握了追赶式增长公式，并积累了庞大的制造人才和资本基础的国家，在喷气发动机制造方面并未能实现任何不对称的加速。前沿技术依然明显在西方。 为什么？因为中国最引人注目的成功——那些我们思考“西方活力终结”时最常引用的——通常具有大致相似的市场结构。而喷气发动机明显不同。 中国在具有清晰技术目标、成熟制造工艺和快速迭代周期的行业中表现出色。他们的策略是选择那些基本原理成熟但需求未被充分满足的技术，然后部署资本以非常快的速度扩大生产。这些行业有快速的迭代周期，使中国公司能够迅速改进设计，同时其规模让他们在价格和数量上低于西方制造商。中国国家通过保护新兴产业免受外国竞争来帮助这一点，为它们提供国内市场先进行扩张，然后再转向出口。 这些因素共同使中国企业能够定义一个全新的、更低的市场底线，并完全拥有它。这使他们能够积累知识并优化制造工艺，最终能够进入利润率更高的细分市场，与西方现有企业直接竞争。 喷气发动机是上述每个性质的反面。可靠性目标不像电池续航或太阳能电池板产量。它们依赖于发动机内每个组件之间的对齐，使其难以直接优化。迭代速度非常慢，因为可靠性很难先验知道：它需要广泛的测试和现实世界的监控。而且喷气发动机没有一个需求未被满足的低端市场：只有一小批要求非常严格的客户，以及一批成熟的供应商来满足他们。 中国的喷气发动机项目步履蹒跚，是因为它正在将一种以规模为中心的方法应用于一个护城河是累积知识的行业。 （https://substackcdn.com/image/fetch/$s_!aMAJ!,f_auto,q_auto:good,fl_progressive:steep/https%3A%2F%2Fsubstack-post-media.s3.amazonaws.com%2Fpublic%2Fimages%2Fc12f57e6-6393-4ff5-82d1-d0afe52e8c1c_1400x700.jpeg） 比亚迪的深圳生产线。 中国追赶式增长最具说明性的例子是它对电动汽车生产的统治。中国从2009年开始建设电动汽车产能，当时特斯拉还是一个产能有限的豪华品牌，而西方制造商专注于生产混合动力汽车以保护其内燃机投资的价值。因此，中国制造商进入了一个没有任何真正现有企业的广阔市场。他们从零开始——不需要重新培训劳动力或重建工厂。电动汽车也比汽油车制造起来容易得多。与基于数十年机械工程专业知识、拥有2,000个零件的内燃机（带有变速箱、燃油喷射和排放控制）不同，电动汽车由一个单一的商品化组件驱动：无刷电机。中国国家通过创造国内需求来帮助他们，中国公民获得巨额补贴购买电动汽车，同时为每年可以注册的进口汽油车数量设定配额。 此外，中国可以利用现有的协同效应。中国电动汽车的成功是建立在早期电池制造成功的基础上的。比亚迪实际上成立于1995年，是一家电池制造商，作为国家主导的将电池视为核心战略组件的举措的一部分。这里的模式类似：中国在该行业部署了近1000亿美元以补贴规模化，并利用进口管制人为创造早期需求。中国公司最初专注于磷酸铁锂（LFP）化学体系，而不是之前占主导地位的镍锰钴（NMC），原因有二：LFP基本上未被西方公司触及，中国公司控制了LFP电池的大部分供应链。这使他们能够在低端市场迅速扩张。韩国和日本公司在消费电子产品的NMC领域有着悠久的历史。在LFP上的成功赋予了中国在规模和制造工艺知识方面的优势，使他们能够扩展到那个有争议的NMC市场，以及更高端的电动汽车。 这种国家主导的产业政策创造了中国版的韩国财阀或日本财阀：一个纵向整合的公司，主导着经济的整个部分。比亚迪，现在是世界上最大的电动汽车生产商，如上所述从电池起步，现在也自己制造半导体、电机、软件和充电基础设施。华为，起步于电信基础设施，现在设计自己的CPU和GPU，制造广泛的消费电子产品，甚至有自己的AI基础模型。如今，它还销售高端电动汽车。在这两个案例中，纵向整合赋予公司对整个供应链的定价权，并且——在产业政策中同样重要——使国家有了一小批目标公司来进行优化。 但喷气发动机是一个技术挑战，中国的国家资本主义模式特别不适合应对。喷气发动机必然有缓慢的迭代速度。它们的技术挑战集中在优化长期可靠性、防止灾难性故障和最小化维护上。真正理解这些特性只能通过广泛的测试制度，然后是现实世界的部署——这总共需要数年时间。此外，正如我们所描述的，喷气发动机的每个组件都已经经历了超过半个世纪