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
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
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 |
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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)
