中国航发无可替代,砥砺多年终迎腾飞

继而新冠病毒持续蔓延全球,全球航天业也受到了一定的影响。招商证券军工行业分析师岑晓翔在进门财经路演时认为,目前我国第三代军用发动机逐步成熟,新型发动机进入攻关阶段。而我国民用航空发动机坐拥全球最大民航市场,未来发展潜力巨大。

一、航空发动机产业概况

1、什么是航空发动机

航空发动机,又被称为航空动力装置,它为航空器的飞行提供动力,被誉为航空器的“心脏”。航空发动机的研制是航空产业链中的核心环节,在莱特兄弟发明飞机之前,尽管不断有飞机设计方案出现,但都无法实现自由飞行,其中主要原因就是没有适于飞行的动力系统。

回顾航空发展历程,每一个里程碑式的成就,无不与航空发动机的技术进步紧密相关:涡轮喷气式发动机的出现,使人类的航空活动扩大到了平流层;加力燃烧室的采用,使飞机突破声障;Ma3的飞机得益于发动机推重比的提高;旋转喷口发动机使飞机的垂直起降成为可能。

高涵道比涡扇发动机的问世使大型远程宽体客机得以成功;推力矢量喷管为飞机提供直接控制力,从而实现超机动飞行;大幅度提高涡轮前温度,则使四代机在不开加力条件下实现超声速持续巡航。

因此,航空发动机不仅在狭义上为航空器提供飞行的动力,而且在广义上也是整个航空工业发展的推动力。

中国航发无可替代,砥砺多年终迎腾飞

燃气涡轮发动机是目前应用最广泛的航空发动机:主要由进气口、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。从进气口进入的空气在压气机中被压缩后,进入燃烧室与喷入的燃油混合燃烧,生成高温高压燃气。

燃气在膨胀过程中驱动涡轮作高速旋转,将部分能量转变为涡轮功。涡轮带动压气机不断吸进空气并进行压缩,使发动机能连续工作。

由压气机、燃烧室和驱动压气机的涡轮这三个部件组成的一般称为核心机,又称为燃气发生器,它不断输出具有一定可用能量的燃气。

按燃气发生器出口燃气可用能量的利用方式不同,燃气涡轮发动机分为涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨和涡轮轴发动机。涡轮喷气发动机在20世纪50年代曾广泛应用于军用和民用飞机,特别是超声速飞机上,目前大多数已被涡轮风扇发动机所取代。

涡轮螺旋桨发动机主要用于亚声速运输机、支线飞机和公务机;涡轮轴发动机用于直升机。燃气涡轮发动机是20世纪50年代以来主要的航空动力形式,而且在可预见的未来,还没有任何其他动力形式可以完全取代它。

制造业皇冠上的明珠:高温、高压、高转速、高可靠性、耐久性和维护性是其基本特点。在这些相互矛盾的高要求推动下,航空发动机经过长时间的发展已经成为人类有史以来最复杂最精密的工业产品,每台零件数量在万件以上。

因此,航空发动机被誉为“制造业皇冠上的明珠”,它是一个国家科技、工业和国防实力的重要标志。

2、航空发动机行业发展现状

1)军用航空发动机发展至第五代,高推重比与高温是主要特征

从40年代末到21世纪初.喷气战斗机动力大致经历了四次更新换代。战斗机对发动机的主要要求是:

1、推重比高飞机轻,机动性好,发动机划代的一个主要指标是推重比;2、耗油率低对于四代机要求具备不加力超音巡航能力;3、允许飞机高机动飞行发动机抗畸变能力强,具有推力矢量喷管;4、隐身:红外;5、可靠性安全性好;6、一次成本低.使用维修方便。

提高推重比的主要措施是:

1、提高每公斤空气流量的推力,为此提高涡轮前燃气温度(2000K)和加力燃烧室温度(2100-2200K),这是非常有效的。由下表可见涡轮前燃气温度是划代的另一主要特征;

2、减重:采用先进结构,如整体叶盘,采用先进强度设计技术,实现等强度设计等,先进材料轻但受力能力大铝镁合金。

近年来,战斗机正朝多用途、宽包线方向发展,这促使研究者提出了变循环发动机概念。变循环发动机通过改变发动机部件的几何形状、尺寸或位置来调节热力循环参数,将高、低涵道比发动机的优势合二为一,使发动机可同时具备大推力与低油耗特性,使得发动机在各种工作条件下都具有最佳的热力循环,从而对飞行速度和高度有良好的适应性。

因此,变循环发动机受到各航空强国的重视,是目前航空发动机的重要研究方向。

2)民用航空发动机发展至第四代,安全性与经济性特点突出

民用大客机对发动机的要求与军机差别很大,各指标的相对重要性如下:1、安全性、可靠性;2、经济可承受性;3、排放和噪音的要求不断提高。近年来绿色、低碳甚至已成主要诉求,即在保证安全可靠的前提下。

提高经济性,降低污染排放、降低噪音、增长寿命,实现性能更加优化、控制更加智能化和对环境更加友好。由于大涵道比涡扇发动机能更好满足上述要求,现代民用大客机均以此为动力装置。

为了提高运行经济性、降低耗油率.基本的技术途径是提高发动机的涵道比提高总压比以及问冷回热技术。

通过对比民机主要参数的发展情况发现,民用航空发动机的涵道比和总增压比明显增长,温度相应增加而耗油率则逐渐降低。而大涵道比的民航发动机是在价格上与小涵道比的发动机相差了近一个量级。

中国航发无可替代,砥砺多年终迎腾飞

二、民用航空发动机市场:空间广阔,我国有望实现突破

1、民用航空发动机市场空间近1400亿美金

据日本航空发展公司预测,2019年至2038年期间售出的发动机总数将为87,685台,其中80,764台是提供给客机和货机的喷气发动机,而6,921台是于客用涡轮螺旋桨飞机的涡轮螺旋桨发动机,如2018年市场价格测算,市场总价值将达到1.36万亿美元,年均680亿美元。

其中,喷气发动机将占1.35万亿美元,涡轮螺旋桨发动机将占剩余的150亿美元。再考虑发动机维修后市场,预计民用航空发动机市场年均近1400亿美金。

如按推力进行划分,市场份额最大的是窄体飞机(例如737和A320系列)所需的12,000到35,000磅间的中等推力发动机,需求架数达到48,929台,占到总需求的61%。其次宽体客机(例如777/787和A330/A350/A380)使用的65,000至115,000磅推力的大型发动机,需求架数达到18608台,占需求数量的23%。

如考虑到价格,65,000至115,000磅推力的大型发动机将占据最大的市场份额,达6,283亿美元,占总销售额的47%。其次是12,000到35,000磅间的中等推力发动机,价值5,581亿美元,占总销售额的41%。

中国航发无可替代,砥砺多年终迎腾飞

如按地区划分,亚太地区将是对飞机需求最高的市场,该地区发动机的需求数量为35,343台,占发动机销售数量的40%,销售额为5,789亿美元,占销售额的41%。其次是欧洲的18,005台(占21%)和2,797亿美元(占20%),北美的17,147台(占20%)和2,562亿美元(占18%)。

2、民用航空发动机市场寡头垄断,美国优势明显

由于航空发动机的高技术、高投入,长周期、高风险等特点,行业进入门槛很高,全球范围内航空发动机经过多年的发展,已呈现出典型、明显的寡头垄断格局。

以大推力商用航空发动机为例,目前主要是美国、英国和法国等国家企业占据垄断地位,军用航空发动机也主要集中在美、英、法、俄、中等国家。其中GE通用电气、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发动机联盟公司是民用航空发动机市场上最主要的参与者。

从市场份额来看,CFM国际公司凭借其LEAP系列发动机优异的燃油经济性,牢牢把握住窄体飞机70%以上的市场份额,成为波音及空客交付和订单数量最多的供应商。而在宽体飞机的大型民用发动机领域,基本是GE与罗尔斯罗伊斯两强争霸的格局,GE占到了将近一半的市场存量。

3、中国商发强势崛起,受益于我国民机产业巨大市场

中国航发商用航空发动机有限责任公司(简称“中国航发商发”,AECCCAE)成立于2009年1月18日,是由中国航空工业集团公司与上海烟草集团有限责任公司、上海电气(集团)总公司、上海国盛(集团)有限公司共同出资组建的股份多元化企业,注册资本60亿元,主要从事商用飞机动力装置及其相关产品的设计、研制、生产、总装、试验、销售、维修、服务、技术开发和技术咨询等业务。商发公司下设研发中心、总装试车中心、大修中心、客户服务中心。

公司在研的“CJ-1000A”发动机是我国第一款商用航空发动机产品,是装配国产大飞机的唯一国产动力。据中国航发商发官网介绍,目前已完成验证机全部设计工作,正在开展零部件试制和试验工作。该款发动机预计于2025年服役。

据介绍,该发动机是一型双轴大涵道比直驱涡扇发动机,由1级风扇、3级增压级、10级高压压气机、单环形燃烧室、2级高压涡轮及7级低压涡轮组成,采用全三维气动设计、贫油预混燃烧、主动间隙控制等先进技术,以及宽弦空心风扇叶片、整体叶盘、新一代单晶、粉末冶金等先进材料工艺,具有高效率、低燃油消耗,低排放、低噪音,高可靠性、长使用寿命,低维护成本、良好的维修性等产品特性。

中国航发无可替代,砥砺多年终迎腾飞

相较与成熟的西方航空发动机巨头,目前我国在民用航空涡扇发动机方面还处于空白状态,差距明显,但随着中国航发商发以及CJ1000A的出现,我国将拥有挑战世界最大航空发动机市场,发展国产大飞机及航空发动机产业的重要机遇。

C919中型客机,全称COMACC919,是中国首款按照最新国际适航标准,具有自主知识产权的干线民用飞机,由中国商用飞机有限责任公司于2008年开始研制。据中国商飞官网报道,目前C919已经完成立项论证、可行性论证、预发展阶段工作,转入工程发展阶段。

2020年2月16日,据《华尔街日报》报道,特朗普政府考虑阻止通用电气公司向中国出口LEAP-1C航空发动机,理由是担心该发动机的技术被中国“逆向仿制”。C919是商飞具有自主知识产权的150座商用单通道,截至2019年已经获1000架意向订单,在手订单815架。

原计划2021年后进行交付,发动机选用CFM-leap1c。我们认为,美国政府对发动机“限售”的可能性,将促进我国对于航空发动机产业自主研发的力度。

观察者网2017年9月报道,中国商用航空发动机有限责任公司总经理冯锦璋于2017年8月26日在无锡透露,装配国产C919客机的“长江1000A”发动机将于2017年完成总装下线,装配C929的“长江2000”发动机也正在进行大部件、大单元体的试制和试验。

随着预计C919国产大飞机开始交付,国产商用航空发动机CJ-1000的逐步成熟,我国民用航空发动机市场前景广阔。



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