造業上的皇冠，航空發動機

造業上的皇冠，航空發動機

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航空發動機號稱製造業中的皇冠，為何會有如此美名？

因為太難了，製造真的是太難了。

航空發動機核心部件需要承受1400~1800℃的高溫環境，而且還要在如此高溫環節中持續工作，因此材料要求很高。

另外，航空發動機要承受速度高達300m/s和20多個大氣壓的氣流衝擊，還要並保持每秒上千轉的轉速。而且航空發動機部分精密零件加工精度要求達到微米級。如此苛刻的要求，馬虎一點都不行。

要研發一款航空發動機，起碼都是以10年為單位，靠資金不斷的砸出來的。所以也就只有幾個大國能玩得起，如僅有美國、 俄羅斯、英國、法國和中國五個國架具有自主研製能力。

航空發動機有一個關鍵的指標叫推重比，也就是推力與自身重量之比，第一代航空發動機的推重比大概在2左右。目前航空發動機發展到了第五代，推重比已經超過了10，大概在12到13的範圍。

在軍用飛機中，推進系統的成本大概就會佔到飛機成本的23%，僅次於機體結構的成本，所以航空發動機很關鍵。

2010年，美國開展第六代航空發動機的研發，市場預計推重比將達到20以上。

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1903年，萊特兄弟把一臺4缸發動機裝到飛行者一號飛機上，這款發動機重162斤，但是功率僅為8.95kW。然後開始飛行試驗，這次飛了36.6米，留空時間是12s，很短，但開啟了人類的飛行時代。

一開始，航空發動機主要是活塞式發動機，原理和汽車發動機差不多。發動機轉動螺旋槳為飛機提供動力。

活塞式發動機在兩次世界大戰中快速發展，在二戰達到頂峰。

戰爭嘛！速度很重要，但是裝配活塞式發動機的飛機速度有限，速度一般在220米以下。

要想提高速度，就得提高發動機的輸出功率，而且發動機功率與飛行速度的三次方成正比。速度越高，需要的發動機功率驟然增大。

根據正常想法，那就增加發動機的氣缸數量，但是氣缸數量增加，飛機重量又要增加，最後飛機也扛不住。

後來想，活塞式發動機的工作原理是將空氣引入活塞，然後壓縮空氣，注入燃料燃燒，然後氣體膨脹，從而推動活塞高速運轉。整個過程有進氣、加壓、燃燒和排氣這四個階段，這就是高中物理說的4衝程。

那現在我們不能夠幹得徹底一點？

別浪費時間，這4個環節全部連續起來，為飛機提供持續的動力。於是就發明出了噴氣式發動機，噴氣式發動機同樣有進氣、加壓、燃燒和排氣四階段，但不再是活塞式發動機「咣當咣當」的在哪裡上下運動，而是氣體依次流經噴氣發動機的各個部分，完成活塞式發動機4個階段的工作。

渦噴發動機的工作原理是空氣從進氣口進入，然後經過壓氣機壓縮空氣。經過壓縮後的空氣進入到燃燒室與燃料混合燃燒，然後膨脹做功，後面流過渦輪推動渦輪高速轉動。而渦輪與氣壓機轉子是連在一根軸上的，因此氣壓機與渦輪轉速一樣。最後，高溫高速的燃氣經過噴管噴出，從而提供推力。

在二戰後，被噴氣式發動機逐漸取代活塞式發動機。

其實早在1913年，噴氣式發動機的概念就出來了，這一年法國工程師雷恩·羅蘭獲得了第一個噴氣發動機專利，但是真正運用起來基本是在二戰後。

到1939年，第一架裝有渦噴發動機的飛機成功首飛。1944年，美國製造的第一批噴氣式戰機F-80開始服役。

裝上渦噴發動機後，戰機速度快速提升。但是當戰機速度達到聲速之後，就會遇到音障，為了突破音障，飛機需要更大的動力，怎麼辦？

為了實現超音速，往往會在發動機上加上加力燃燒室，那什麼又是加力燃燒室？

我們都知道，經過燃燒後的高溫氣體會從發動機後面的噴管噴出，但是在這個過程中空氣中的氧氣可能並未完全燃燒。

加力燃燒室就是讓這些並未完全燃燒的氧氣，再燃燒一邊。具體做法是在渦輪後面增加一個燃燒室，然後對噴出的氣體繼續注入燃料，讓空氣再燃燒一遍，從而增加推力。

有了加力燃燒室，一般可以將飛機最大推力提高50%，但是非常耗油。你想想，在本來沒多少氧氣的高溫空氣中再燃燒一遍，當然耗油了。

但是為了提升速度，拼了！

在1958年，美國推出F104戰機，速度高達2.2馬赫，這也是世上第一款達到2倍音速的戰機。

既然渦噴發動機這麼強，戰機用了，轟炸機、運輸機和偵察機也用上了。

渦噴發動機效率高是高，那也簡直是油老虎。未來繼續提升推力和降低耗油率，於是發展出了渦扇發動機，那這與渦噴發動機有何區別？

渦扇發動機與渦噴發動機的區別在於他的風扇出口氣流分成兩股，通過內外兩個環形涵道流過發動機，也就是外涵道和內涵道。

外涵空氣經過涵道直接排出，內涵道氣流走向和渦噴發動機一樣，這樣的布局有利於省油和增加推力。

在1959年，英國生產的康維渦扇發動機用於客機上，結果耗油率比渦噴發動機低10%以上。

之後，民用發動機開始往高涵道比方向發展，什麼是涵道比？涵道比指的是外涵道與內涵道空氣流量的比值。

目前，先進的航空發動機主要有美國的F135和英、美聯合研製的F136，這兩款航空發動機推重比達到12.0到13.0。

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目前世界裝備戰機數量最多的型號是F16，那麼F16用的是什麼發動機？

答案是F100和F110。

1974年，耗時4年零8個月之後，普惠研製出F100發動機，推重比達到8，裝配於F-15 和F-16型戰機。

大家也看到了，F100的研製時間也就4年多，很短。

一般航空發動機研製都是以10年為單位，後面F100出現很多飛行安全性問題。

於是F110出來了！

別問F101是什麼情況，總之就是知道前期已經有積累就行了！1976年，歷時6年通用電氣（GE）公司研製出F110，有效彌補了F100的不足，當然，F110的研製時間也不算長，那是因為前期已經有積累，是基於F101研製的發動機。

F110性能相當好，很少出問題，因此被公認為是安全可靠的標杆。

F100和F110發動機已經實現高達1271.3億美元的全壽命周期價值。

在運輸機方面，位列10大軍用運輸機之首的是C130，目前美國大概擁有878家，數量遠高於全球其他軍用運輸機的機型。

其中C130用的發動機是4臺艾裡遜T56-A-15。

另外，運用於C17運輸機的發動機是F117，這是一款由普惠公司研發的渦扇發動機。

F117研製花了十多年，於1993年首次投入使用。

截止2016年F117停止生產，這款發動機一共生產了1313臺。

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目前國際上生產航空發動機的企業主要有GE、賽峰、羅羅和普·惠公司。

其中GE航空與賽峰合資的公司CFM在商用載體科技佔據絕對主導份額。

另外，美國霍尼韋爾、德國MTU、義大利 Avio、俄羅斯土星、俄羅斯禮炮等也具有較完整的生產能力。

目前世界上能夠獨立研製高性能軍用航空發動機的國家也只有美國、俄羅斯、英國、法國、中國等少數幾個國家。

在全球商用航空發動機市場，CFM佔了40%的市場份額，聯合技術公司（UTC）佔了27%的市場份額，GE市場份額為19%，羅羅的市場份額為11%。

另外，CFM在商用窄體客機領域的市場佔有率達到了71%，起絕對主導作用。

雖然，CFM公司在航空發動機市場所佔份額最大，但其實世界上最大的航空發動機生產商是GE航空。

因為CFM公司是1974年GE與法國斯奈克瑪共同成立的，雙方各佔50%股份。而CFM公司之所以成功，是因為生產了一款渦扇發動機叫做CFM56，而這是一款航空史上銷量最高的發動機。

2016 年，斯奈克瑪更名為賽峰飛機發動機公司。

截至2018年，CFM已累計交付了超過3.2萬臺CFM56發動機，累計飛行時間超過10億小時。

根據2018年的數據，波音737Max的全部航空發動機用的都是CFM公司的LEAP發動機。

另外，空客A320neo有67%的飛機用的LEAP發動機。

如今CFM56交付量已超過32500臺，LEAP已有超過16000份訂單，成為航空史上訂單速度最快的發動機型。

由於CFM56屬於GE旗下的產品，所以GE航空是目前世界上最大的綜合性動力和設備製造商。

GE在營收規模上有絕對的優勢，是目前全球規模最大的航空發動機製造商。

說到GE,可能大家不是特別了解，但是說到愛迪生大家該知道了吧！

而GE的前身就是1878年成立的愛迪生點燈公司。

1892年，愛迪生公司與湯姆遜.休斯頓電氣公司合併成立通用電氣公司，也就是GE公司。

到1941年，通用電氣進入航空發動機領域，所以GE公司在航空發動機產業已經有了近80年的歷史了。在全球範圍內，現在每兩秒鐘就有一臺由GE航空提供動力的飛機起飛。

2015年，GE 宣布將縮減金融業務。

2018年，GE 宣布將剝離醫療健康部門，並在2至3年內出售其在貝克·休斯石油公司中的全部 62.5%的股份。

GE 將專注於噴氣發動機、 發電廠和可再生能源業務，航空的營業收入佔總營收的比例或將增加。

GE的航空發動機譜系極為廣泛， 公司產品F404 是世界上最廣泛應用的戰鬥機 引擎，運用於F / A-18大黃蜂戰鬥攻擊機，韓國T-50，印度Tejas Mark I，F-117 隱形戰鬥機等，超過3700架飛機。

GE90是波音777的發動機，目前GE9X是波音777的下一代唯一可選動力系統，可降低10%的油耗。

聯合技術公司之所在航空發動機市場排第二，那些因為公司旗下有一家子公司叫做普·惠。

普·惠成立於1925年，靠活塞式航空發動機起家，二戰末就已經成為美國最大的活塞發動機生產商。

普·惠生產的發動機以軍用為主，如F100和F119。

如今，普·惠壟斷著美國軍用航發市場，公司發動機也以軍用為主，公司近2.2萬臺軍用發動機在22個國家服役。

我們都知道，美國最先進的戰機是F22，但是由於F22造價昂貴，已經停產。未來五代機的主力毫無疑問是F35。

而普·惠就是F-22和F-35的唯一動力供應商。

F135發動機用於F-35，F119用於F-22猛禽，F100系列用於F-15和 F-16。

而普·惠公司F117-PW-100 發動機則是C-17的動力。

PW4000從1984年投入使用，衍生型號推力從52000 磅發展到99040磅，使用機型包括空客A300，空客A310，波音747，波音767，波音777，空客A330。在商用航空發動機方面，普·惠PW4000非常具有活力。

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羅爾斯·羅伊斯，是英國著名的航空發動機公司，簡稱羅羅公司，是歐洲最大的航空發動機企業。

目前羅·羅航空發動機市場佔有率僅次於GE。

1906年，羅·羅公司由亨利·萊斯和查爾斯·勞斯創建的英國汽車與飛機發動機製造公司分離而來。

羅·羅公司從1914年開始製造飛機發動機，並在1920年代末發展成為最主要的業務。

在20世紀60年代後期，羅·羅公司開發出噴氣發動機RB211一舉成名。

研發RB211費用巨大使得羅·羅公司於1971年破產，而後被英國政府國有化才得以生存。

1980年，勞斯萊斯汽車被 Vickers 收購，後被賣給寶馬，從此羅·羅公司成為專業從事渦輪發動機的公司。

20世紀90年代起，RB211被其概念繼承者:穩達系列發動機取代，遄達也成了公司最驕傲的產品。

遄達700發動機是目前空客A330飛機的最主要動力系統，在我國的市場佔有率超過90%。

遄達900發動機是空客A380的動力系統，南航、新加坡航空、阿聯航空都選擇皖遄達900，市場佔有率超過50%。

遄達1000發動機，波音787的動力系統，在世界範圍內擁有較高的市場佔有率。

賓達達XWB發動機是空客A350XWB的唯一動力系統馬達遄達XWB的訂單已經超1500臺，是羅·羅史上銷售最快的發動機。b

遄達1000發動機改進後裝在A330NEO飛機上，形成了遄達7000發動機，單純發動機的效率可以提高10%。

羅·羅公司80%訂單為遄達系列撮可見遄達這款航空發動機在公司的分量有多重。如今，波音787、空客A380、空客A330等哈達用遄達系列發動機。

另外，從主力產品上可以看出，羅羅的主要業務是在民用航空。

目前，羅羅公司民用航空收入佔比基本保持在50%左右，而防務收入在15%-20%之間。

在軍用航空發動機方面，戰後羅·羅斯貝噴氣發動機為三叉戟、灣流2和福克F28 提供動力。

軍用版的斯貝為英國皇家空軍的海盜攻擊機、F-4 幽靈II戰鬥機和獵迷預警機提供動力。

羅·羅RB199航空發動機為狂風式戰鬥機提供動力，同時還生產颱風戰鬥機的發動機EJ200。

羅羅公司2018年其航空發動機銷售收入是167億元，而服務收入是221億元，服務收入約為設備銷售收入的1.3倍。

其實，在航空發動機業務方面，服務收入往往會更好，各種養護和維修都少不了。

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Oboronprom聯合工業公司有一家子公司叫做俄羅斯聯合發動機公司（UEC），聯合發動機公司產品涵蓋軍用和民用，航空、太空計劃、各種電能和熱能裝置產品都有。

雖然，聯合發動機公司成立時間僅是在2007年，生產在生產航空發動機方面技術絕對不弱，因為在成立之前就有了幾十年的技術積累了。

事情是這樣的，在2007年，俄羅斯成立了4個控股公司：禮炮航空發動機聯合體、留裡卡土星航空發動機聯合體、克裡莫夫股份公司、薩馬拉航空發動機製造中心。

在2008年，將4個控股公司整合成立聯合發動機製造集團控股公司（ODK），該集團佔了俄羅斯發動機行業85%以上的資產。

如今，俄羅斯的主力機型是T50，裝備發動機型號為117S。

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相比於西方國家，我們航空發動機研發歷史相對短一些，而且一開始主要是仿製。

1956年，我國仿製出第一代航空發動機渦噴5，從而使我國成為少數能夠批量生產噴氣式發動機的國家。

1987年，渦扇-10立項，2001年實現裝機首飛。

渦扇10最大推力為138千牛，推重比達到8，性能與F100差不多。

目前，渦扇10已成J-10/11/15/16/20等多個系列戰機的主力發動機。

從這裡來看，渦扇10確實是我國航空發動機的主力。

過去我國航空發動機的研製與飛機研製深度綁定，在確定飛機研製目標後，會啟動配套該型飛機的航空發動機的研製。

為了更好的發展發動機，2012年設立「航空發動機與燃氣輪機」國家科技重大專項，市場稱為兩機專項。

2016年，中國航空發動機集團成立，註冊資本500億元，從而實現將飛機製造企業和發動機製造企業分離，同時兩機專項也進入實質籌備實施階段。

目前，航發集團下轄20餘家直屬企事業單位，擁有航發動力（600893）、航發科技（600391）和航發控制（000738）3家主板上市公司。

WS-9「秦嶺」發動機是我國生產的第一臺渦扇發動機，其原型是英國斯貝發動機，裝備了殲轟-7等飛機。

目前，我國正在研製第四代航空發動機是WS-15「峨眉」，推重比超過10，是我國目前正在研製的最先進的發動機。

WS-15有望在2020年完成定型，其主要技術指標接近或超過主流第四代航空發動機水平。

2017年，我國航空發動機市場需求量約5196臺，需求達到456.5億元，我國航空發動機市場規模總體呈現穩步增長的態勢。在運輸機方面，目前運-20裝備俄羅斯生產的D-30KP2 發動機，WS-20發動機是我國在研的大涵道比渦扇發動機，目標裝配機型為運-20。

我國軍機保有量與美國有較大差距，因此未來潛在增長空間大。目前美國軍機保有量12812架，俄羅斯軍機保有量4059架，我國軍機保有量3184架。

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前面談到的多種優秀國產航空發動機，大多與航發動力這家公司有關。

航發動力前身系吉林華潤生化股份有限公司。

2008年，西航集團向華潤生化注入航空發動機業務，通過借殼方式實現上市，同年11月名稱變更為西安航空動力股份有限公司。

2014年，公司發生重大資產重組，收購黎明公司、南方公司、黎陽動力、晉航公司、吉發公司、貴動公司、深圳三葉以及西航集團的航空發動機相關的資產。自此，軍用航空發動機總裝業務全部進入上市公司，更名為中航動力股份有限公司。

2015年更名為中航動力股份有限公司，公司是三代戰機國內唯一發動機供應商。

航發動力是我國唯一具有全種類軍用航空發動機生產資質的企業。

航發動力主要產品包括渦扇、渦噴、渦軸、渦漿及活塞發動機，產品運用於戰鬥機、轟炸機、直升機、運輸機、民機等各軍民機型。

航發動力公司產品覆蓋我國迄今為止全代際、全類型、全型號的國產航空發動機。

其中WS-10「太行」是國產第三代大型軍用航空渦扇發動機，是殲-10C、殲-11B、 殲-15 以及殲-16的動力。

很明顯，航發動力的主要來自是來自於旗下黎明公司、黎陽公司和南方公司，三大航空發動機主機廠是公司收入的主要來源，這三家主機廠營收約佔公司全部營收 70%至 75%左右。

2019年，航發動力的營業收入是252億元，旗下的黎明公司佔比近半。

航發動力公司還擁有國內最大的葉片生產線，公司航空發動機用複雜零部件加工能力達到世界先進水平。

航發動力與GE、RR等巨頭建立了穩定的合作關係，成為數家外國發動機公司近百種零件的海外唯一供應商。

受到武器定價機制影響，航發動力的利潤率相對顯得較低，例如2019年的毛利率僅為17.7%，淨利率為4.4%。

儘管航發動力2019年的營業收入高達252億元，但淨利潤僅為10.8億元。

而不可否認的是，航發動力在我國航空發動機這一塊，自然是有絕對領先的優勢，加上嚴格的正常壁壘，這其實才是公司的亮點。

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