商用发动机市场谁主沉浮？

彭静宇

如今，全球航空发动机市场犹如群雄逐鹿的战场。一方面，随着飞机交付量的不断提升，发动机制造商也“火力全开”，不断加快发动机的交付速度；另一方面，大数据、智能制造等新技术也对发动机产业产生了深远影响，制造商们正在不断尝试利用新技术，朝着更加环保、更加高效的目标迈进。

同时，一向高度垄断的民用航空动力市场，近年来也开始有新的制造商试图进入。其中，俄罗斯的表现最为抢眼。在经历了一系列大手笔的合并与改革之后，俄罗斯民用航空发动机产品的研制开始取得实质性进展。未来计划装配MC-21飞机的PD-14发动机已经完成了一系列重要试验，按计划将在今年取得俄罗斯国内颁发的适航证。用于宽体客机的更大推力的PD-35发动机也在按计划推进。可以预见，未来俄罗斯航空发动机产业或将恢复往日的雄风。

订单与营收创出新高

近10年来，对于窄体客机发动机制造商CFM国际公司和普惠发动机公司来说，可谓是黄金十年。不断刷新的飞机订单纪录，让它们也赚得“盆满钵满”。

对于CFM国际公司来说，2018年是一个具有特殊意义的年份。十年前，在没有任何飞机项目启动的前提下，CFM国际公司在CFM56发动机的基础上，启动了LEAP-X发动机项目。大约18个月后，LEAP系列发动机被中国商飞公司选中，成为C919大型客机的动力装置。一年后，LEAP系列发动机被空客选中，成为A320neo的可选发动机。2011年，又成为737MAX系列飞机的唯一动力装置。在三大型号的支持下，LEAP系列发动机的订单如雪片般飘来。

从2011年至今，CFM国际公司共收获了超过15450台发动机订单和购买承诺（不包括意向订单），按目录价格计算超过2200亿美元。仅2018年上半年，LEAP系列发动机就收获了1306台订单。而在7月刚刚结束的范堡罗航展上，CFM国际公司又收获了858台LEAP系列和CFM56发动机订单和购买承诺，加上同时签署的长期服务协议，目录价值高达157亿美元。

为了按时交付产品，CFM国际公司近年来对生产线进行了重建和扩充。在双源策略的指导下，公司不断加快从CFM56到LEAP系列发动机的过渡。根据规划，今年CFM国际公司发动机交付量将达到2100台。今年7月，LEAP系列发动机的产量首次超越CFM56发动机。面对5位数的储备订单，CFM国际公司未来还将继续提升产能，预计到2020年，现有的LEAP系列发动机产能将实现翻番。英国《飞行国际》预测，未来20年，CFM国际公司的发动机产品市场保有量将达到43000台，产能仍需继续提高。

窄体客机动力市场的另一个大赢家普惠发动机公司，凭借GTF发动机在窄体客机市场实现了“完美逆转”。

截至2018年7月，已有近200架由GTF发动机提供动力的飞机在全球各地运营。由GTF发动机提供动力的A320neo系列、A220与E190 E2所组成的机队已累计安全飞行近100万个小时。根据普惠公司公布的数据，GTF发动机自2016年初投入运营以来，已经为客户节约了价值7500万美元的4000多万加仑燃油，比监管排放标准减少了50%的氮氧化物排放，缩小了75%的噪音轨迹。

从订单量来看，尽管GTF发动机在运营初期遇到了一些问题，但并没有影响客户对这款飞机的喜爱。2017年，GTF发动机共收到来自全球22家客户的2000多台发动机订单和购买承诺。

在产能提升方面，对于普惠来说，最大的难点在于如何提升钛铝合金风扇叶片的生产速度。如今，普惠已经在新加坡新建了发动机叶片生产厂，再加上日本知名的石川岛播磨重工业株式会社，未来GTF发动机钛铝合金风扇叶片的生产速度将有显著提升。预计2018～2020年间，GTF的交付量将达到第一个高峰，年交付量将达到1200～1500台。

大推力大佬忙“尝新”

与窄体客机发动机制造商们忙着提升产能不同，以GE和罗罗为代表的宽体客机发动机“大佬们”则一边忙着研制新产品，一边忙着将各种最前沿的新技术应用到自家的发动机产品中。

目前，GE正在加速推进GE9X项目，未来这款当今最大的民用发动机将用于装配波音新一代777X飞机。作为为777X量身定制的一款产品，GE9X的总增压比达到惊人的60以上。由于压气机后端和高压涡轮进气口的工作温度已经超过现有常规材料的极限，GE公司投入巨资发展了第四代粉末合金材料、陶瓷基复合材料火焰筒与涡轮以及一系列先进的冷却技术。

截至2017年年底，GE公司已经生产了8台GE9X發动机用于各种地面试验和飞行试验。今年3月，GE9X发动机在波音747-400飞行测试平台上进行了首飞，飞行时间持续了4个多小时。根据计划，GE9X发动机将在2019年年初取得适航证，2020年左右随777X一起投入商业运营。

另一家宽体客机发动机“大佬”罗罗在新机型的研发上则更加忙碌。过去12个月，罗罗先后完成了遄达1000TEN、遄达XWB-97和遄达7000三款大推力发动机的取证。其中，遄达7000作为空客A330neo的唯一动力装置，与上一代遄达700相比，推力达到68000～72000磅，涵道比翻番，燃油效率提高了10%，可谓是一个很大的飞跃。目前，首批量产的遄达7000发动机已经抵达空客图卢兹总装基地，为年内首架A330neo交付葡萄牙航空投入运营做好准备。而在今年年初，选装遄达XWB-97发动机的A350-1000飞机也已经投入运营。

在下一代发动机研发方面，今年7月，罗罗完成了对Advance3验证机的全功率试车，这标志着罗罗UltranFan发动机的研发又迈出了重要的一步。去年，罗罗完成了UltranFan发动机齿轮箱功能测试，新的动力齿轮箱功率达到7万马力，创下业界新纪录。根据规划，包括Advance核心机和高功率齿轮箱等在内的一系列先进技术将使UltranFan发动机的燃油效率较第一代遄达发动机提高25%。

在新技术与新理念的应用上，宽体客机发动机大佬们也更敢于“尝新”。

近年来，GE除了大手笔投资在3D打印技术领域外，还将更多的精力放在了新材料的应用上。陶瓷基复合材料（CMC）是GE近年来大力推崇的新材料，在GE最新研制的GE9X发动机上，这种新材料就已经被使用，GE公司由此成为全球首家将耐热、轻质的CMC材料用在民用航空发动机热端部件上的制造商。

由于CMC材料只有金属合金密度的三分之一，这些重量超轻的CMC部件可以降低整个发动机的重量。此外，这种材料的耐热性可以大大提高发动机的耐用性和燃油经济性。CMC材料在高温下远比金属合金耐磨，这也使得航空发动机热端部件需要的冷却空气减少，从而使得用于做功的空气流量增加，达到提升发动机效率的目标。

目前，GE公司已经着手在美国建立了一条完整的CMC材料供应链，以确保这种先进材料的大规模生产。GE公司在美国亨茨维尔市投资2亿美元建立了两家工厂，其中一家用于生产CMC材料，另一家用于生产CMC部件。两家工厂将先后于2018年和2019年投产，预计年产量可达到20吨，而一台LEAP发动机使用的CMC材料大约为1公斤。

相比之下，罗罗公司更加注重在大数据与智能制造领域的创新。2018年，罗罗推出了针对售后市场的“智能发动机”概念。在“智能发动机”规划中，借助现在飞机上不断发展的网络通信能力，航空发动机之间将能够彼此通信，变得更加安全和高效。在大数据技术的支撑下，航空发动机不仅能够借鉴自身的运营经验和数据，还能参考其他发动机的运营经验和数据，对潜在风险作出分析判断。未来，航空发动机甚至能够实现自我修复。

在售后维护领域，罗罗希望能够通过数字技术和人工智能，利用更多的机器人来开展发动机维护工作。以远程孔探机器人为例，通过在发动机内部安装这种机器人，制造商可以通过远程诊断的方式对类似压气机叶片这种复杂的部件进行实时维修，从而缩短维修和飞机停场的时间。另一些可以“灵活游走”的蛇形机器人则可以用来对受损的热障涂层进行修复，相比现在传统的维修方式，蛇形机器人可以明显降低维修成本。

“战斗民族”的重新崛起

从严格意义上来讲，目前全球具备独立生产发动机能力的企业只有GE、罗罗和普惠，CFM国际公司和MTU等也都是这些企业的合资公司，由此可见制造商想要涉足民用航空发动机市场的难度之大。目前，中国和俄罗斯都在进行民用航空发动机产品的研发，由于俄罗斯本身具备一定的人才和技术储备，在产品研制方面已经有所成绩。

在停滞了20多年后，俄罗斯通过PD-14发动机项目重新开始了民用航空发动机的研发。

从目前来看，PD-14发动机的研制进展较为顺利。2015～2017年，俄罗斯联合发动机制造集团完成了PD-14发动机取证前和工程试验这两个阶段的试飞，完成了所有高度和速度范围及工作状态下的试验。目前，联合发动机制造集团正在局方代表的参与下进行第三阶段飞行试验。由于MC-21飞机仍在研制中，因此PD-14发动机将装载在伊尔-76LL飞机上进行各种试验，以验证发动机及相关系统在接近实用环境下的工作能力。根据计划，PD-14发动机将在2019年安装在MC-21飞机上进行飞行试验。

与此同时，另一款推力更大的PD-35发动机的研制也在按计划推进。大推力商用发动机是航空发动机制造的巅峰，全球只有罗罗和GE两家公司具备生产能力。PD-35是俄罗斯首次研制推力达到35吨的发动机。在此之前，俄罗斯研制的推力最大的发动机是用于超重型运输机安-124的D-18T发动机，推力为23吨。可以说，研制像PD-35这样的大推力发动机无论在前苏联还是俄罗斯民用航空史上都是第一次。因此，PD-35项目对于俄罗斯民用航空工业来说具有十分重要的战略意义。

目前，俄罗斯联合发动机制造集团下属的航空发动机公司是PD-35发动機的研制主体。PD-35项目于2016年启动，目前正在进行燃气发生器的研制，预计2023年开始试验样机的制造，2028年开始批生产。由于该项目要使用一系列新材料和新技术，俄罗斯目前已经就该项目专门拨款1800亿卢布。根据计划，其中的1200亿卢布将被直接用于发动机研制，包括采用树脂基复合材料制造发动机零部件、采用复合材料制造层流环绕的大尺寸发动机短舱、利用增材制造技术制造大型复杂剖面机匣零件、应用新的热强合金和金属间化合物研制低辐射燃烧室等。

与PD-14发动机项目类似，PD-35发动机项目聚合了俄罗斯国内最顶尖的研发和生产力量，联合飞机制造集团、联合发动机制造集团以及大量科研机构参与了该项目。例如，全俄航空材料研究院专门进行新材料的研发，中央航空液压研究院进行发动机短舱和挂架的气动外形研究，应用机械研究院则为项目提供物理学和数学仿真模型。

在产品研制思路上，俄罗斯计划在PD-14发动机的基础上，通过放大和加级的方式来实现推力增长。这也是目前世界上主流的研制方法，有助于缩短研制周期，降低技术风险，减少研发成本。可以说，在国家政策的大力扶持下，俄罗斯这个昔日的航空强国，正在一步步实现它的航空复兴之梦。