中國將成立國家航空發動機集團 深度解析航發上升為國家戰略

2021-02-16 飛行世界

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 中國將成立國家航空發動機集團 總資產或達1450億 | 深度解析

據外媒援引不願具名知情人士消息報導,中國最快本月將宣布成立國家航空發動機集團公司,將分散在相關公司的航空發動機業務整合注入該集團。

 

相關資產涉及40多家單位,幾乎包括中國所有航空發動機相關研製單位,總資產達1100億元人民幣。

 

中國政府和包括中國航空工業集團在內的多家國有企業還將再向新成立的公司合計投資約350億元。

 

中國國資委、工信部和中航工業目前均沒有立即置評。

 

註:不願具名知情人士2015年10月稱,中國正計劃成立一家國家航空發動機集團公司。

航空發動機產業被喻為現代工業皇冠上的明珠

航空發動機技術被譽為現代工業「皇冠上的明珠」,是一個國家科技、工業、經濟和國防實力的重要標誌。航空製造是製造業中高新技術最集中的領域,整個製造過程對材料、工藝、加工手段、試驗測試等都有極高的要求,而航空發動機技術則是高新技術中的尖端代表。航空發動機的特點在於其工作狀況複雜、製造要求高、研製周期長、研製費用高。

 

指導美軍21世紀聯合作戰的綱領性文件《2020年聯合設想》中,提到構成美國未來戰略基礎的九大優勢技術,其中航空發動機排在第二位,位於核技術之前。

 

目前,世界多國爭相發展第五代戰機,在第五代戰機的「4S」標準中,「超音速巡航」和「超機動性」都主要是由航空發動機的性能決定的。另外在「隱身能力」方面,發動機進氣道的雷達反射量約佔飛機雷達總反射量的1/4,飛機的紅外特性更是與航空發動機密切相關。

 

中國的航空工業經過60年的發展,取得了舉世矚目的巨大成就。然而,與世界航空強國相比,航空發動機領域仍是中國航空工業面臨的「軟肋」or最大「瓶頸」 。

研製高性能的航空發動機本身就是一項難度極大的系統工程。

 

這種難度首先體現在,高性能的航空發動機要求通過不斷結構創新,才能達到先進的總體設計和高循環參數要求。 

其次,研製航空發動機難在,超過極限的參數要求最終都要落實到發展尖端的材料、製造工藝上。


第三,研製航空發動機還難在,航空發動機的製造是現代技術和傳統技藝的集成。

 

最後,研製航空發動機還難在航空發動機的技術本身不成熟,現在還是實驗性技術。航空發動機的研製和發展是一項涉及空氣動力學、工程熱物理、機械、密封、電子、自動控制等多學科的綜合性系統工程,航空發動機內部的氣動、熱力和結構材料特性是如此複雜,以至於到目前為止,仍然不能夠從理論上給予詳盡而準確的描述,只能依靠實際發動機試驗。


中國必須清醒地看到與世界先進水平的差距,以及研發高性能國產航空發動機的緊迫性。目前我國軍用發動機種類不全,民用發動機量產幾乎是空白。

 

著名航空動力專家劉大響院士曾撰文認為中國航空發動機研製較世界先進水平主要存在五點較大差距:

1.基礎研究薄弱,技術儲備不足,試驗設施不健全;

2.國家經濟相對落後,研製經費嚴重不足;

3.對發動機的技術複雜性和研製規律認識不足;

4.基本建設戰線過長、攤子過大、力量過散、低水平重複;

5.管理模式相對落後,缺乏科學民主的決策機制和穩定、權威的中長期發展規劃。

 

為了彌補中國航空製造業一直以來「最短的一塊板」,一個專事研發製造航空發動機及相關產品的國字號新企業平臺距離剝離中國航空工業集團公司(下稱中航工業)並最終打造成型只差最後一步。

 

此前,中國航空工業集團旗下上市公司中航動力、中航動控和成發科技2015年10月公告稱,按照國家有關部門的安排,目前正在制定中航工業下屬航空發動機相關企(事)業單位業務的重組整合方案,涉及公司實際控制人發生變更,中航工業預計不再成為公司的實際控制人。

  這個結果並不意外,從有這個意向開始至今已經兩年左右,高層早已定調一定要打造一個專門的發動機研發製造平臺,只是用什麼方式來整合重組,以及涉及到眾多上市或非上市公司的調整問題。

 

  中航工業在2009年聯合上海電氣集團等國有企業共同發起成立了中航商用航空發動機有限責任公司(下稱中航商發),其主要目標是為解決國產大涵道比發動機研發、製造、裝配、試車、服務等方面需求而打造的一個平臺。中航商發此前成立的一個最重要目的,則是為正在研發中的國產幹線客機C919提供一種動力選擇,其競爭對手是美國通用電氣和法國斯奈克瑪公司合資成立的CFM國際公司,這也是目前世界上最大的單通道客機動力提供商。但CFM為C919研發的LEAP-1C型發動機已經在7月下旬交付給中國商飛,C919客機也即將正式下線,而中航商發對標LEAP-1C所研發的大涵道比發動機SF-A卻仍然沒能拿出成型的產品。而目前中航商發正在研發中的另一款大推力發動機CJ-1000A計劃在2016年製造出驗證機,並在2020年完成適航取證,這一發動機也計劃用於C919系列飛機,但據一位接近中國商飛的人士看來,CJ-1000A研發的進度目前並不樂觀。「SF-A在技術上只能達到CFM在35年前研發的CFM56-3的水平,完全沒法跟LEAP-1C競爭,或許正是因為對中航商發此前的工作不夠滿意,堅定了中國政府將發動機製造單獨分拆成立全新平臺的決心。

 

  據知情人士透露,儘管中航工業內部對此並不情願,但因為是高層直接授意的方案所以最終只能接受被分拆的命運。而發展航空發動機與燃氣輪機已經進入最新的政府工作報告,並將獲得超千億元的資金支持,因此這一新平臺幾乎可以說是在萬眾矚目之下「含著金鑰匙出生」。


下面我們看下中國製造2025對航發的期待。

3.2 航空發動機

航空發動機產業是指渦扇/渦噴發動機、渦軸/渦槳發動機和傳動系統以及航空活塞發動機的集研發、生產、維修保障服務的一體化產業集群。航空發動機產業鏈長,覆蓋面廣,對國民經濟和科技發展有著巨大帶動作用。

3.2.1 需求

未來十年全球渦扇/渦噴發動機累計需求總量將超 7.36 萬臺,總價值超4160 億美元;渦軸發動機累計需求總量超3.4 萬臺,總價值超190 億美元;渦槳發動機累計需求總量超1.6 萬臺,總價值超150 億美元;活塞發動機累計需求總量超3.3 萬臺,佔60%以上通飛動力市場,總價值約30 億美元。同時,國內幹線客機對大型渦扇發動機的市場累計需求總量超 6000 臺,總價值超500 億美元,而低空空域的開放也將進一步刺激通用飛機對渦軸、活塞等發動機的需求量。

3.2.2 目標

2020 年, CJ-1000A 完成型號研製;1000kgf 級渦扇、1000kW級渦軸等完成論證和型號研製;航空活塞發動機實現產業化;部分產品開始搶佔國內飛機市場,開拓售後服務市場,進一步擴大中國航空發動機產業。

2025 年, CJ-1000A 商業服役;1000kgf 級渦扇、1000kW 級渦軸等重點產品完成適航取證;5000kW 級渦槳等完成型號研製。實現自主研製的首型先進大型民用渦扇發動機在國內商業服役,使中國航空發動機產業進入世界第一梯隊。

3.2.3 發展重點

1. 重點產品

(1)大涵道比大型渦扇發動機

CJ-1000A 渦扇發動機,用於國產幹線客機C919。

寬體客機渦扇發動機,用於中俄聯合研製的寬體客機。

(2)中/小型渦扇/渦噴發動機

7000-11000kgf 級齒輪傳動渦扇發動機,用於噴氣支線飛機。

5000kgf 級渦扇發動機,用於噴氣支線飛機或公務機。

1000kgf 級小型渦扇發動機,用於7-8 座輕型公務機。

(3)中/大功率渦軸發動機

1000kW 級渦軸發動機,用於新型5 噸級直升機。

8000kW 級大功率渦軸發動機,保障未來重型直升機需求。

(4)大功率渦槳發動機

5000kW 級渦槳發動機,用於未來渦槳支線客機及中小型運輸機。

(5)航空活塞發動機

200kW 航空活塞發動機,重油、航空生物燃料等安全低碳燃料,功重比大於3,耗油率不大於235g/kWh,直聯輸出活塞發動機,用於輕型通用飛機和無人機。  

2. 關鍵零部件

(1)先進大涵道比風扇系統

寬弦彎掠設計的鈦合金/樹脂基複合材料風扇和複合材料風扇機匣,涵道比>8,級壓比達到1.6。

(2)先進高級壓比高壓壓氣機

級數9-11、壓比>20 的多級軸流式高壓壓氣機。

(3)先進低汙染燃燒室

出口溫度>1700K,滿足國際民航組織 CAEP/8 的 COx、UHC、NOx 和煙排放要求。

(4)單晶/陶瓷基複合材料高壓渦輪葉片

單晶/陶瓷基複合材料,耐溫能力>1700K,效率>0.91,2 級總膨脹比>4.8。

(5)先進健康管理系統

含狀態監視、故障診斷與處理、故障預測和壽命管理,能顯著提高任務安全性和可靠性,並降低壽命周期成本。

(6)先進高性能長壽命傳動系統

含長壽命重載軸承、高功率減速器和高轉速傳動系統,轉速>20000rpm,軸承 TBO>5000 小時,最大傳遞功率>3000kW,減速器最大功率>15000kW。  

(7)先進全權限數字電子控制系統

飛行/推進綜合主動控制,耐溫能力>220℃,系統成本降低50%-60%。

3. 關鍵共性技術

(1)先進總體設計及驗證技術

含先進航空動力總體設計與集成驗證技術,飛發一體化設計與驗證技術等。

(2)高效高穩定裕度壓縮系統技術

含低噪聲大尺寸風扇/增壓級技術,軸流/離心/組合壓氣機技術,高速螺旋槳/槳扇系統技術等。

(3)高性能、低排放燃燒室技術

含高熱容環形/回流燃燒室技術,陶瓷基複合材料燃燒室技術,低排放組織燃燒技術、長壽命火焰筒技術等。

(4)高負荷、高效率、長壽命渦輪技術

含單晶/陶瓷基複合材料渦輪葉片技術,無導葉對轉渦輪技術,變轉速動力/低壓渦輪技術等。

(5)先進航空發動機設計/試驗/綜合維護保障技術

含先進信息化技術,以及設計/試驗/製造/維護保障一體化平臺技術等。

(6)航空發動機關鍵件再製造技術

含渦輪葉片、渦輪盤等關鍵件再製造、無損檢測、塗層恢復技術,再製造/設計製造共用技術等。

3.2.4 應用示範工程

1. 航空發動機集成驗證技術應用示範工程

形成航空發動機整機試驗體系,建設整機地面試驗臺、高空試驗臺、飛行試驗臺等共性平臺,以應用於航空發動機集成驗證示範。

2. 航空發動機先進材料與製造應用示範工程

形成先進材料與製造研發體系,建設鈦合金、高溫合金、先進複合材料等的綠色製造、精確製造和智能製造的研發與驗證體系,推廣在航空發動機行業的應用,以滿足研製周期和經濟可承受性需求。

3. 商用航空發動機運營示範工程

開展商用航空發動機適航取證和運營示範,不斷提升產品性能和安全性,提高航空發動機市場競爭力,以滿足航空公司和乘客的需求。

4. 航空發動機智能化生產線示範工程

運用數位化、信息化、智能化技術升級發動機生產線,實現設計、製造數位化交互協同,建成典型航空發動機產品的智能化生產線,具備敏捷製造和柔性製造能力,滿足航空發動機快速研發和智能生產的需求。  

5.航空發動機關鍵件再製造示範工程

利用先進的表面工程等再製造技術,實施航空發動機渦輪葉片、渦輪盤等關鍵件再製造,建立航空發動機再製造與設計製造的反哺互動機制,研發攻關發動機再製造關鍵專用裝備。

3.2.5 戰略支撐與保障

1. 加強航空發動機發展頂層規劃,儘快實施航空發動機重大專項,為航空發動機產業戰略升級奠定基礎。

2. 加大國家戰略性新興產業來培育航空發動機市場,通過適航當局的適航取證和國際適航雙邊協議,為國產航空發動機參與國際競爭創造條件。

3. 構建航空發動機智慧創新平臺,建成智能化的產品設計/製造/試驗/服務保障一體化平臺,促進發動機產業發展。

4. 加強航空發動機適航能力和人才隊伍的建設,提高適航審定和驗證能力,增加適航審定機構和人才隊伍,滿足民用航空發動機產業發展需求。

5. 加強航空基礎技術投入和基礎工業建設,強化材料製造等通用/基礎技術工程化應用開發,推進航空發動機自主創新發展。


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