1、航空發(fā)動機(jī)被譽(yù)為“工業(yè)皇冠上的明珠”
根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國航空發(fā)動機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀深度分析與發(fā)展前景預(yù)測報告（2024-2031年）》顯示，航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的一個核心部件，是為飛機(jī)提供飛行所需推力的熱力機(jī)械。航空發(fā)動機(jī)不僅是飛機(jī)的動力裝置，也是航空技術(shù)發(fā)展的重要推手，能否研制航空發(fā)動機(jī)成為衡量一個國家科技水平、軍事實(shí)力和綜合國力的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，可廣泛帶動電子、材料、精密加工、冶金、化工等產(chǎn)業(yè)的繁榮，被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”。
同時，航發(fā)也是典型的技術(shù)、知識密集型高科技產(chǎn)品，附加值較高，根據(jù)《航空發(fā)動機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新》，其單位重量創(chuàng)造的相對價值是船舶的1400倍。航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)因?yàn)榧夹g(shù)極其高端，處于寡頭壟斷的環(huán)境中，一款成熟產(chǎn)品能夠銷售30-50年，面臨的競爭威脅很小，幾乎不必?fù)?dān)心競爭和市場回報問題，壁壘和門檻是經(jīng)濟(jì)回報的有力保證。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下整理
2、航空發(fā)動機(jī)具有高技術(shù)壁壘、研制周期長等特點(diǎn)
航空發(fā)動機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)可以概括為“三高一長”，即高壓、高轉(zhuǎn)速、高溫、長期循環(huán)往復(fù)工作，決定航空發(fā)動機(jī)的研制需要綜合工程熱力學(xué)、氣體動力學(xué)、燃燒學(xué)、傳熱學(xué)、固體力學(xué)、強(qiáng)度振動、現(xiàn)代控制理論、材料學(xué)、冶金、加工制造、試驗(yàn)測試等幾乎所有現(xiàn)代技術(shù)門類來實(shí)現(xiàn)，是一個高技術(shù)行業(yè)。
航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)壁壘、研制周期長分析
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類別 |
簡介 |
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技術(shù)壁壘 |
對可靠性要求極為嚴(yán)苛 |
航空發(fā)動機(jī)是推動飛機(jī)飛行的動力，與地面、水面運(yùn)輸工具動力裝置不同，航空發(fā)動機(jī)一旦出現(xiàn)問題，輕則致使無法完成飛行任務(wù)，重則導(dǎo)致機(jī)毀人亡的重大事故。 |
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發(fā)動機(jī)工作環(huán)境惡劣 |
發(fā)動機(jī)主要零部件的工作環(huán)境十分惡劣，常常處于高溫（最高可接近2000°C）、高壓（幾十個大氣壓）和高速轉(zhuǎn)動（最高可達(dá)幾萬轉(zhuǎn)/分鐘）的工作狀態(tài)。 |
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發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)和技術(shù)情況復(fù)雜 |
與其他機(jī)械裝置相比，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，零件數(shù)目達(dá)數(shù)萬個。同時，航空發(fā)動機(jī)的研制是一項涉及空氣動力學(xué)、工程熱物理、傳熱傳質(zhì)、機(jī)械、強(qiáng)度、傳動、密封、電子、自動控制等多學(xué)科的復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)工程。航空發(fā)動機(jī)的復(fù)雜程度到了目前理論上仍無法給出詳盡而準(zhǔn)確的描述，只能依靠試驗(yàn)不斷反復(fù)完善。航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展史就是一個設(shè)計、制造、試驗(yàn)、修改、再制造、再試驗(yàn)，不斷摸索和反復(fù)完善的過程。 |
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研制周期 |
預(yù)先研究 |
主要任務(wù)是為發(fā)展新型發(fā)動機(jī)提供技術(shù)儲備，降低研制風(fēng)險。具體可分為應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和先期技術(shù)開發(fā)。 |
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工程研制 |
主要任務(wù)是根據(jù)主要作戰(zhàn)使用性能指標(biāo)，研制滿足需求的發(fā)動機(jī)產(chǎn)品。具體可分為工程驗(yàn)證機(jī)研制和原型機(jī)研制，研制周期規(guī)劃為18年。 |
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使用發(fā)展 |
該階段是發(fā)動機(jī)全壽命研制工作的重要階段，發(fā)動機(jī)裝備使用后仍需持續(xù)解決使用中暴露的各種技術(shù)質(zhì)量問題，以提高發(fā)動機(jī)的使用可靠性。 |
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資料來源：觀研天下整理
3、全球航空發(fā)動機(jī)市場呈現(xiàn)寡頭壟斷格局
也正是因?yàn)橛捎诤娇瞻l(fā)動機(jī)技術(shù)本身的復(fù)雜性和高壁壘性，加上技術(shù)轉(zhuǎn)移的限制，目前全球能自行設(shè)計研制飛機(jī)的國家僅有幾十家，能獨(dú)立研制高性能航空發(fā)動機(jī)的國家僅有美國、英國、法國、俄國、中國等少數(shù)國家，其中制造難度更大的商用航空發(fā)動機(jī)主要被美國、英國、法國的企業(yè)壟斷，如GE通用電氣航空、PW普拉特·惠特尼、RR羅爾斯·羅伊斯、CFM國際公司、IAE國際航空發(fā)動機(jī)公司、EA發(fā)動機(jī)聯(lián)盟公司等。
全球航空發(fā)動機(jī)市場主要生產(chǎn)廠商介紹
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公司名稱 |
公司簡介 |
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GE Aerospace通用電氣航空 |
GEAerospace通用電氣航空，是美國通用電氣旗下的子公司之一。公司是世界領(lǐng)先的商用和軍用飛機(jī)噴氣發(fā)動機(jī)、零部件和集成系統(tǒng)供應(yīng)商。其航空發(fā)動機(jī)廣泛應(yīng)用于商用航空、軍用航空領(lǐng)域。典型產(chǎn)品包括用于波音777X的GE9X，用于波音777的GE90，用于F-18的F404發(fā)動機(jī)。 |
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Pratt& Whitney普拉特·惠特尼 |
PW普惠公司是美國最大的兩家航空發(fā)動機(jī)制造公司之一，公司的發(fā)動機(jī)在200多個國家和地區(qū)運(yùn)行使用，約16000名客戶在使用公司的發(fā)動機(jī)。典型產(chǎn)品包括用于F-15和F-16戰(zhàn)斗機(jī)的F100發(fā)動機(jī)，用于F-22的F119發(fā)動機(jī)。 |
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Rolls Royce羅爾斯·羅伊斯 |
RR羅爾斯·羅伊斯是英國著名的發(fā)動機(jī)公司，也是歐洲最大的航空發(fā)動機(jī)企業(yè)。公司是全球?qū)掦w飛機(jī)發(fā)動機(jī)市場的領(lǐng)導(dǎo)者，為波音747、757、777、787夢想飛機(jī)，以及空客A330/A330neo、A340、A350、A380等機(jī)型提供航空發(fā)動機(jī)。典型產(chǎn)品包括RB211系列、Trent500、Trent800等。 |
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CFM國際公司 |
CFM國際是由美國通用電氣航空和法國賽峰集團(tuán)（Safran）為研制CFM56系列噴氣發(fā)動機(jī)而各自出資50%組建的合資公司。CFM56系列噴氣發(fā)動機(jī)被廣泛應(yīng)用于波音737和空中巴士A320等區(qū)域航線用的中小型噴氣式客機(jī)，使得CFM國際成為世界上主要的飛機(jī)發(fā)動機(jī)供應(yīng)商之一。此外，CFM國際的下一代發(fā)動機(jī)是LEAP系列發(fā)動機(jī)。 |
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IAE國際航空發(fā)動機(jī)公司 |
國際航空發(fā)動機(jī)公司是由美國普惠公司、英國羅羅、日本航空發(fā)動機(jī)公司和德國MTU航空發(fā)動機(jī)1983年在瑞士成立的飛機(jī)發(fā)動機(jī)公司，旨在開發(fā)150座單通道飛機(jī)的發(fā)動機(jī)V2500。該發(fā)動機(jī)主要供空中客車A320系列和麥克唐納·道格拉斯MD-90系統(tǒng)客機(jī)等使用。 |
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EA發(fā)動機(jī)聯(lián)盟公司 |
發(fā)動機(jī)聯(lián)盟公司是GE航空和普惠公司各出資50%成立的合資公司。起初是為波音747-500/600X項目提供發(fā)動機(jī)，但最終項目取消。發(fā)動機(jī)聯(lián)盟公司將產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，以兩巨頭的主力產(chǎn)品GE90和PW4000為基礎(chǔ)，推出GP7200發(fā)動機(jī)供給空客A380。 |
資料來源：觀研天下整理
同時，這些國家對航空動力技術(shù)的預(yù)先研究和試驗(yàn)驗(yàn)證給予極大的重視，開展一系列大型研究計劃，為各種先進(jìn)軍、民用發(fā)動機(jī)提供了堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。例如，美國政府和軍方制定多用途、經(jīng)濟(jì)可承受的先進(jìn)渦輪發(fā)動機(jī)（VAATE）計劃，在2017年左右使發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)可承受性（定義為能力與壽命期成本之比，其中能力為推重比與中間狀態(tài)耗油率的函數(shù)）提高10倍；英國和法國聯(lián)合實(shí)施先進(jìn)軍用發(fā)動機(jī)技術(shù)（AMET）計劃，德國宇航研究院聯(lián)合企業(yè)界獨(dú)立實(shí)施針對民機(jī)的3E（環(huán)境、效率和經(jīng)濟(jì)性）發(fā)動機(jī)研究計劃。
美國部分航空發(fā)動機(jī)材料和制造技術(shù)發(fā)展計劃
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計劃 |
實(shí)施年代 |
備注 |
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航空航天推進(jìn)計劃 |
1959- |
推重比6-8發(fā)動機(jī)預(yù)研，材料為重要專項之一。 |
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發(fā)動機(jī)部件改進(jìn)（ECI）計劃 |
1977-1981 |
推重比8發(fā)動機(jī)改進(jìn)改型，對材料的使用可靠性進(jìn)行了深入研究。 |
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發(fā)動機(jī)熱端部件技術(shù)（HOST）計劃 |
1980-1987 |
F100、F110發(fā)動機(jī)改進(jìn)改型，重點(diǎn)研究了渦輪葉片的材料特性和防護(hù)涂層。 |
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綜合高性能渦輪發(fā)動機(jī)技術(shù)（IHPTET）計劃 |
1988-2005 |
新一代推重比12-15一級渦扇／功重比11-12一級渦軸發(fā)動機(jī)預(yù)研。 |
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先進(jìn)高溫發(fā)動機(jī)材料技術(shù)計劃（HITEMP） |
1989-2005 |
對先進(jìn)復(fù)合材料的可行性驗(yàn)證、結(jié)構(gòu)分析模型的證實(shí)及試驗(yàn)方法的研究。包括金屬間化合物、陶瓷、高分子復(fù)合材料等。 |
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先期概念技術(shù)演示驗(yàn)證計劃（ACTD） |
1995-2005 |
F119渦扇發(fā)動機(jī)／PW207渦軸發(fā)動機(jī)研制，側(cè)重于材料與制造技術(shù)的工程化研究。 |
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極高效的發(fā)動機(jī)技術(shù)（UEET）計劃 |
2000-2005 |
面向GENX渦扇發(fā)動機(jī)、AE1107渦軸發(fā)動機(jī)研制，材料為七個子課題之一。 |
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先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)材料（ADAM）計劃 |
2003- |
研究下一代發(fā)動機(jī)用單晶合金、輕質(zhì)量高溫軟磁材料、先進(jìn)金屬基復(fù)合材料、革新的粉末材料、先進(jìn)的粘接技術(shù)。 |
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下一代制造技術(shù)計劃（NGMTI） |
2004-2008 |
金屬加工制造和復(fù)合材料加工制造是其中兩個重要研究領(lǐng)域。 |
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通用經(jīng)濟(jì)可承受先進(jìn)渦輪發(fā)動機(jī)（VAATE） |
2006-2017 |
面向新一代推重比15-20一級渦扇／功重比12-15一級渦軸發(fā)動機(jī)預(yù)研，強(qiáng)調(diào)軍民共用技術(shù)。材料作為四個研究計劃的重點(diǎn)技術(shù)支持小組之一。 |
資料來源：觀研天下整理
4、我國航空發(fā)動機(jī)由仿制進(jìn)入到自主研制階段，但與歐美先進(jìn)國家仍然有差距
而在中國市場，從1954年新中國第一臺航空發(fā)動機(jī)試制成功到現(xiàn)在，我國航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)走過近70年的發(fā)展道路，現(xiàn)如今可以獨(dú)立設(shè)計制造高性能航空發(fā)動機(jī)，我國也是繼美國、英國、法國、俄國之后第五個能夠獨(dú)立研制發(fā)動機(jī)的國家。
我國航空發(fā)動機(jī)的研制之路
資料來源：觀研天下整理
從性能和研制時間來看，我國渦扇10發(fā)動機(jī)推動比與F100相當(dāng)，于2010年服役，較F100服役時間晚36年；對標(biāo)F119性能的渦扇15發(fā)動機(jī)于2022年完成首飛，2023年開始量產(chǎn)。但是，我國在民用航空渦扇發(fā)動機(jī)方面仍處于空白狀態(tài)，與歐美航空發(fā)動巨頭相比存在較大差距。因此，近幾年，我國國產(chǎn)民用航空渦扇發(fā)動機(jī)正處于加速研制中，2016年中國航發(fā)商發(fā)被認(rèn)定為C919國產(chǎn)發(fā)動機(jī)供應(yīng)商，2017年CJ1000A核心機(jī)完成組裝，2018年5月點(diǎn)火啟動成功，核心轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)計要求，2020年開始進(jìn)入地面臺架測試階段，而計劃裝配于C929大飛機(jī)的CJ2000發(fā)動機(jī)正處于研制階段。
5、國家積極布局+政策逐步加碼，我國航空發(fā)動機(jī)行業(yè)自研能力顯著提升
當(dāng)前，我國對于航空發(fā)動機(jī)的研制生產(chǎn)重視依舊，對相關(guān)產(chǎn)業(yè)支持具備政策延續(xù)性。在2015年兩會中，兩機(jī)專項首次寫入政府工作報告，同年國務(wù)院提出《中國制造2025》，著重強(qiáng)調(diào)制造業(yè)高端裝備創(chuàng)新工程，明確提出組織實(shí)施大型飛機(jī)、航空發(fā)動機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)、民用航天等一批重大工程；“十四五”是我國國防和軍隊現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵時期，政策逐步加碼布局航空發(fā)動機(jī)，傾斜力度明顯。
《中國制造2025》航空發(fā)動機(jī)專項重點(diǎn)產(chǎn)品
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重點(diǎn)產(chǎn)品 |
主要產(chǎn)品 |
應(yīng)用領(lǐng)域 |
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大涵道比大型渦扇發(fā)動機(jī) |
CJ-1000A渦扇發(fā)動機(jī) |
國產(chǎn)干線客機(jī)C919 |
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寬體客機(jī)渦扇發(fā)動機(jī) |
中俄聯(lián)合研制的寬體客機(jī) |
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中/小型渦扇/渦噴發(fā)動機(jī) |
7000-11000kgf級齒輪傳動渦扇發(fā)動機(jī) |
噴氣支線飛機(jī) |
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5000kgf級渦扇發(fā)動機(jī) |
噴氣支線飛機(jī)或公務(wù)機(jī) |
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1000kgf級小型渦扇發(fā)動機(jī) |
7-8座輕型公務(wù)機(jī) |
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中/大功率渦軸發(fā)動機(jī) |
1000kW級渦軸發(fā)動機(jī) |
新型5噸級直升機(jī) |
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8000kW級大功率渦軸發(fā)動機(jī) |
保障未來重型直升機(jī)需求 |
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大功率渦槳發(fā)動機(jī) |
5000kW級渦槳發(fā)動機(jī) |
未來渦槳支線客機(jī)及中小型運(yùn)輸機(jī) |
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航空活塞發(fā)動機(jī) |
200kW航空活塞發(fā)動機(jī) |
輕型通用飛機(jī)和無人機(jī) |
資料來源：觀研天下整理
綜上，近年來，得益于國家支持和市場發(fā)展，我國航空發(fā)動機(jī)研發(fā)體系能力顯著提升。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，目前，我國航空動力行業(yè)共生產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)超過7萬臺，基本滿足各類裝備制造與使用的需求。現(xiàn)階段，我國已建立較為完整的航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)體系，具備高性能軍用航空發(fā)動機(jī)的研制保障能力。
我國主要航空發(fā)動機(jī)型號研制生產(chǎn)情況
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主機(jī)廠 |
發(fā)動機(jī)類型 |
型號 |
仿制對象 |
裝備飛機(jī) |
推力/功率 |
推重比 |
定型年份 |
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沈陽黎明 |
渦噴 |
WP-6 |
PA-9B |
殲-6、強(qiáng)-5 |
3187kg |
4.59 |
1961年 |
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WP-7 |
P11-300 |
殲-7/8 |
5630kg |
5.2 |
1970年 |
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WP-14 |
自研 |
殲-8系列 |
6960kg |
6.4 |
2002年 |
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渦扇 |
WS-10 |
自研 |
殲-10/11/15/16/20 |
13200kg |
7.1-9.1 |
2005年 |
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WS-15 |
自研 |
殲-20 |
16000-18000kg |
9.7-10.9 |
研制中 |
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西安航發(fā) |
渦噴 |
WP-8 |
RD-3M-500 |
轟-6 |
9300kg |
2.94 |
1967年 |
|
渦扇 |
WS-9 |
SpeyMK-202 |
殲轟-7 |
/ |
5.05 |
2006年 |
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WS-20 |
自研 |
運(yùn)-20 |
14000-16000kg |
5 |
研制中 |
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貴州黎陽 |
渦噴 |
WP-13 |
R13-300 |
殲-7系列 |
/ |
5.39 |
1988年 |
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渦扇 |
WS-13 |
RD-33 |
FC-1梟龍、FC-31 |
/ |
/ |
2009年 |
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株洲南方 |
渦軸 |
WZ-8 |
ArrieL1C、1C1 |
直-9系列、直-11系列 |
560kw |
/ |
1985年 |
|
WZ-9 |
自研 |
武直-10 |
1200kw |
/ |
2009年 |
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|
WZ-10 |
自研 |
直-20 |
2000kw |
/ |
研制中 |
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|
WZ-11 |
自研 |
直-8F |
/ |
/ |
研制中 |
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WZ-16 |
中法合作 |
直-15系列 |
1200-1500kw |
/ |
研制中 |
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WJ-6 |
AH-20M |
運(yùn)-8系列 |
3124kw |
/ |
1976年 |
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|
WJ-9 |
自研 |
運(yùn)-12 |
5000kw |
/ |
1995年 |
||
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成都航發(fā) |
渦扇 |
WS-18 |
D-30KP-2 |
運(yùn)-20 |
13200kg |
5.01 |
研制中 |
|
蘭翔機(jī)械 |
渦軸 |
WZ-6 |
TM-C |
直-8系列 |
1130kw |
/ |
1988年 |
資料來源：觀研天下整理（WYD）
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