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全球航空发动机行业呈寡头垄断格局 中国市场自研能力显著提升

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全球航空发动机行业呈寡头垄断格局 中国市场自研能力显著提升

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https://www.chinabaogao.com/market/202409/727431.html

航空发动机被誉为“工业皇冠上的明珠”,是衡量一个国家科技水平、军事实力和综合国力的重要标准之一。目前全球能独立研制高性能航空发动机的国家仅有少数几个,而中国作为第五个能够独立研制发动机的国家,近年来在航空发动机领域的自研能力显著提升。本文将从技术壁垒、全球市场格局、中国发展现状等多个维度,全面解析航空发动机行业的发展现状和未来趋势。

航空发动机的重要性与技术壁垒

航空发动机是飞机的一个核心部件,为飞机提供飞行所需推力的热力机械。它不仅是飞机的动力装置,也是航空技术发展的重要推手。能否研制航空发动机成为衡量一个国家科技水平、军事实力和综合国力的重要标准之一。航空发动机产业因为技术极其高端,处于寡头垄断的环境中,一款成熟产品能够销售30-50年,面临的竞争威胁很小,几乎不必担心竞争和市场回报问题,壁垒和门槛是经济回报的有力保证。

航空发动机的运行特点可以概括为“三高一长”,即高压、高转速、高温、长期循环往复工作,决定航空发动机的研制需要综合工程热力学、气体动力学、燃烧学、传热学、固体力学、强度振动、现代控制理论、材料学、冶金、加工制造、试验测试等几乎所有现代技术门类来实现,是一个高技术行业。


数据来源:观研天下整理

全球航空发动机市场格局

由于航空发动机技术本身的复杂性和高壁垒性,加上技术转移的限制,目前全球能自行设计研制飞机的国家仅有几十家,能独立研制高性能航空发动机的国家仅有美国、英国、法国、俄国、中国等少数国家。其中,制造难度更大的商用航空发动机主要被美国、英国、法国的企业垄断,如GE通用电气航空、PW普拉特·惠特尼、RR罗尔斯·罗伊斯、CFM国际公司、IAE国际航空发动机公司、EA发动机联盟公司等。

全球航空发动机市场主要生产厂商介绍

公司名称
公司简介
GE Aerospace通用电气航空
GEAerospace通用电气航空,是美国通用电气旗下的子公司之一。公司是世界领先的商用和军用飞机喷气发动机、零部件和集成系统供应商。其航空发动机广泛应用于商用航空、军用航空领域。典型产品包括用于波音777X的GE9X,用于波音777的GE90,用于F-18的F404发动机。
Pratt& Whitney普拉特·惠特尼
PW普惠公司是美国最大的两家航空发动机制造公司之一,公司的发动机在200多个国家和地区运行使用,约16000名客户在使用公司的发动机。典型产品包括用于F-15和F-16战斗机的F100发动机,用于F-22的F119发动机。
Rolls Royce罗尔斯·罗伊斯
RR罗尔斯·罗伊斯是英国著名的发动机公司,也是欧洲最大的航空发动机企业。公司是全球宽体飞机发动机市场的领导者,为波音747、757、777、787梦想飞机,以及空客A330/A330neo、A340、A350、A380等机型提供航空发动机。典型产品包括RB211系列、Trent500、Trent800等。
CFM国际公司
CFM国际是由美国通用电气航空和法国赛峰集团(Safran)为研制CFM56系列喷气发动机而各自出资50%组建的合资公司。CFM56系列喷气发动机被广泛应用于波音737和空中巴士A320等区域航线用的中小型喷气式客机,使得CFM国际成为世界上主要的飞机发动机供应商之一。此外,CFM国际的下一代发动机是LEAP系列发动机。
IAE国际航空发动机公司
国际航空发动机公司是由美国普惠公司、英国罗罗、日本航空发动机公司和德国MTU航空发动机1983年在瑞士成立的飞机发动机公司,旨在开发150座单通道飞机的发动机V2500。该发动机主要供空中客车A320系列和麦克唐纳·道格拉斯MD-90系统客机等使用。
EA发动机联盟公司
发动机联盟公司是GE航空和普惠公司各出资50%成立的合资公司。起初是为波音747-500/600X项目提供发动机,但最终项目取消。发动机联盟公司将产品进行优化,以两巨头的主力产品GE90和PW4000为基础,推出GP7200发动机供给空客A380。

资料来源:观研天下整理

同时,这些国家对航空动力技术的预先研究和试验验证给予极大的重视,开展一系列大型研究计划,为各种先进军、民用发动机提供了坚实的技术基础。例如,美国政府和军方制定多用途、经济可承受的先进涡轮发动机(VAATE)计划,在2017年左右使发动机经济可承受性(定义为能力与寿命期成本之比,其中能力为推重比与中间状态耗油率的函数)提高10倍;英国和法国联合实施先进军用发动机技术(AMET)计划,德国宇航研究院联合企业界独立实施针对民机的3E(环境、效率和经济性)发动机研究计划。

美国部分航空发动机材料和制造技术发展计划

计划
实施年代
备注
航空航天推进计划
1959-
推重比6-8发动机预研,材料为重要专项之一。
发动机部件改进(ECI)计划
1977-1981
推重比8发动机改进改型,对材料的使用可靠性进行了深入研究。
发动机热端部件技术(HOST)计划
1980-1987
F100、F110发动机改进改型,重点研究了涡轮叶片的材料特性和防护涂层。
综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划
1988-2005
新一代推重比12-15一级涡扇/功重比11-12一级涡轴发动机预研。
先进高温发动机材料技术计划(HITEMP)
1989-2005
对先进复合材料的可行性验证、结构分析模型的证实及试验方法的研究。包括金属间化合物、陶瓷、高分子复合材料等。
先期概念技术演示验证计划(ACTD)
1995-2005
F119涡扇发动机/PW207涡轴发动机研制,侧重于材料与制造技术的工程化研究。
极高效的发动机技术(UEET)计划
2000-2005
面向GENX涡扇发动机、AE1107涡轴发动机研制,材料为七个子课题之一。
先进航空发动机材料(ADAM)计划
2003-
研究下一代发动机用单晶合金、轻质量高温软磁材料、先进金属基复合材料、革新的粉末材料、先进的粘接技术。
下一代制造技术计划(NGMTI)
2004-2008
金属加工制造和复合材料加工制造是其中两个重要研究领域。
通用经济可承受先进涡轮发动机(VAATE)
2006-2017
面向新一代推重比15-20一级涡扇/功重比12-15一级涡轴发动机预研,强调军民共用技术。材料作为四个研究计划的重点技术支持小组之一。

资料来源:观研天下整理

中国航空发动机产业发展现状

在中国市场,从1954年新中国第一台航空发动机试制成功到现在,我国航空发动机产业已经走过近70年的发展道路,现如今可以独立设计制造高性能航空发动机,我国也是继美国、英国、法国、俄国之后第五个能够独立研制发动机的国家。

从性能和研制时间来看,我国涡扇10发动机推动比与F100相当,于2010年服役,较F100服役时间晚36年;对标F119性能的涡扇15发动机于2022年完成首飞,2023年开始量产。但是,我国在民用航空涡扇发动机方面仍处于空白状态,与欧美航空发动巨头相比存在较大差距。因此,近几年,我国国产民用航空涡扇发动机正处于加速研制中,2016年中国航发商发被认定为C919国产发动机供应商,2017年CJ1000A核心机完成组装,2018年5月点火启动成功,核心转速达到设计要求,2020年开始进入地面台架测试阶段,而计划装配于C929大飞机的CJ2000发动机正处于研制阶段。

政策支持与未来展望

当前,我国对于航空发动机的研制生产重视依旧,对相关产业支持具备政策延续性。在2015年两会中,两机专项首次写入政府工作报告,同年国务院提出《中国制造2025》,着重强调制造业高端装备创新工程,明确提出组织实施大型飞机、航空发动机及燃气轮机、民用航天等一批重大工程;“十四五”是我国国防和军队现代化建设的关键时期,政策逐步加码布局航空发动机,倾斜力度明显。

《中国制造2025》航空发动机专项重点产品

重点产品
主要产品
应用领域
大涵道比大型涡扇发动机
CJ-1000A涡扇发动机
国产干线客机C919
宽体客机涡扇发动机
中俄联合研制的宽体客机
中/小型涡扇/涡喷发动机
7000-11000kgf级齿轮传动涡扇发动机
喷气支线飞机
5000kgf级涡扇发动机
喷气支线飞机或公务机
1000kgf级小型涡扇发动机
7-8座轻型公务机
中/大功率涡轴发动机
1000kW级涡轴发动机
新型5吨级直升机
8000kW级大功率涡轴发动机
保障未来重型直升机需求
大功率涡桨发动机
5000kW级涡桨发动机
未来涡桨支线客机及中小型运输机
航空活塞发动机
200kW航空活塞发动机
轻型通用飞机和无人机

资料来源:观研天下整理

综上,近年来,得益于国家支持和市场发展,我国航空发动机研发体系能力显著提升。根据相关数据,目前,我国航空动力行业共生产航空发动机超过7万台,基本满足各类装备制造与使用的需求。现阶段,我国已建立较为完整的航空发动机产业体系,具备高性能军用航空发动机的研制保障能力。

我国主要航空发动机型号研制生产情况

主机厂
发动机类型
型号
仿制对象
装备飞机
推力/功率
推重比
定型年份
沈阳黎明
涡喷
WP-6
PA-9B
歼-6、强-5
3187kg
4.59
1961年
WP-7
P11-300
歼-7/8
5630kg
5.2
1970年
WP-14
自研
歼-8系列
6960kg
6.4
2002年
涡扇
WS-10
自研
歼-10/11/15/16/20
13200kg
7.1-9.1
2005年
WS-15
自研
歼-20
16000-18000kg
9.7-10.9
研制中
西安航发
涡喷
WP-8
RD-3M-500
轰-6
9300kg
2.94
1967年
涡扇
WS-9
SpeyMK-202
歼轰-7
/
5.05
2006年
WS-20
自研
运-20
14000-16000kg
5
研制中
贵州黎阳
涡喷
WP-13
R13-300
歼-7系列
/
5.39
1988年
涡扇
WS-13
RD-33
FC-1枭龙、FC-31
/
/
2009年
株洲南方
涡轴
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
WZ-10
自研
直-20
2000kw
/
研制中
WZ-11
自研
直-8F
/
/
研制中
WZ-16
中法合作
直-15系列
1200-1500kw
/
研制中
WJ-6
AH-20M
运-8系列
3124kw
/
1976年
WJ-9
自研
运-12
5000kw
/
1995年
成都航发
涡扇
WS-18
D-30KP-2
运-20
13200kg
5.01
研制中
兰翔机械
涡轴
WZ-6
TM-C
直-8系列
1130kw
/
1988年

资料来源:观研天下整理(WYD)

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