调整与蓄势：全球航空发动机市场回顾

任治潞

2020年，肆虐全球的新冠肺炎疫情让全球航空业遭遇了前所未有的危机。航空发动机产业作为全球航空产业链中的重要一环，自然也难以独善其身。尽管如今航空业已经逐步从疫情发生之初的手足无措中走了出来，全球航空运输市场也在逐步恢复，但没有人会否认，这场疫情将对未来全球航空業的发展产生深远的影响。对于航空发动机产业来说，在经历了2020年的冲击之后，如何规划好企业未来的技术发展之路、市场开拓之路，才是更为重要的。

“停转”的发动机

2020年，或许对于航空发动机制造商来说，最难的并不是发动机产品的销售随着飞机交付量的减少而减少，而是大量航班停飞所导致的售后服务市场收入锐减。事实上，对于发动机制造商来说，这部分收入才是其最重要的收入来源之一。

与2003年的非典疫情相比，此次新冠肺炎疫情对航空运输市场的重创至今都在不断超出行业早前的预期。在全球疫情最为严重的2020年4月，全球98%的国际航班停飞，当时全球封存的飞机数量达到了创纪录的19436架，是疫情前的5倍之多。尽管之后，市场有所恢复，但全球封存机队的封存比例也一直在50%左右。更令人困扰的是，这种缓慢复苏的情况很有可能是相当长一段时间内全球民用航空市场的写照。

受到飞机封存的连带影响，2020年全球各细分市场典型发动机产品的同期封存比普遍在40%～60%之间，其中全球市场保有量最大的两款发动机产品CFM56和V2500的封存比例自然也是首当其冲。但是在市场缓步复苏之后，发动机市场产品封存的走势也呈现了一定的分化。

以LEAP、PW1000G以及GEnx为代表的成长期发动机复飞率要远高于成熟期的发动机产品，而以PW2000和RB211为代表的处于衰退期末尾的发动机产品在处于封存状态后呈“一蹶不振”的态势。这主要是因为，在运力严重过剩的情况下，航空公司从经济性角度考虑，一般会选择装载LEAP、PW1000G系列发动机产品的新一代飞机进行航班飞行。

从行业过去的经验来看，以“911事件”为例，当时处于成长期的窄体客机发动机产品的市场价值下降都十分有限，甚至在危机之后，都超过了危机前的水平，并逐步迈入成熟期。但在宽体客机发动机市场的情况则完全不同。

同样以“911事件”为例，当时宽体客机市场的一款处于成长期的产品CF6-80C的市场价值严重疲软，之后市场行情的复苏也十分缓慢，抗危机的表现甚至还不如当时已经处于停产状态的CFM56-3C1。此次新冠肺炎疫情发生后，IBA分析公司的数据显示，以GE90和遄达700为代表的成熟期宽体飞机发动机在此次疫情后的市场价值已经下降了20%，而同期CFM56和V2500的降幅还不到10%。考虑到市场价值变化主要由市场需求驱动，因此可以认为窄体客机发动机产品受经济下行和复杂市场环境影响波动较小，危机后的回暖速度也将明显快于宽体客机发动机市场。这一趋势与全球飞机市场的趋势是相一致的。疫情后，全球窄体客机市场受影响程度和复苏情况要明显好于宽体客机市场，这一点从飞机制造商的订单和交付量中已有明显体现。也正因为疫情对窄体客机市场的冲击要略小于宽体客机市场，因此窄体客机发动机制造商的压力也要相对小一些。

即便是在2020年4月，面对第一季度全球民用航空发动机交付锐减40%的严峻形势，赛峰集团仍表示，其业绩与年初设定的全年指标相符，对全年保持正向现金流充满信心。公司预计，2020年全年LEAP系列发动机的产量预计在1000台左右，而在疫情发生前，LEAP系列发动机的产能预计也不过1400台。

相比之下，宽体客机市场另一家重要的供应商罗罗的日子就要难过得多。数据显示，2020年第二季度，全球装载罗罗发动机的宽体客机飞行小时数下降了75%，之后在2020年年末，罗罗预计全年飞行小时将同比下降55%。即便是到2021年，装载罗罗发动机的宽体客机的飞行时间最多恢复至2019年的70%。

制造商不同的发展方向

一直以来，在全球航空发动机市场，GE航空凭借着在高压比核心机研发方面的优势在行业内占据了领先的地位。尽管疫情对公司的业务造成了负面影响，但GE并没有放缓技术研发的脚步。

面对普惠公司齿轮传动涡扇（GTF）发动机通用核心机的竞争，GE航空启动了eCore核心机计划，将GEnx核心机进行缩比设计，引入最新气动、结构、冷却、复合材料和低排放设计技术，使“10级高压压气机+第二代双环预混旋流（TAPS）燃烧室+2级高压涡轮”构型的核心机应用由宽体客机延伸至窄体客机，市场对象包括支线客机和公务机等。

此外，为了在新一轮公务机动力竞争中抢占先机，GE航空还与赛峰联手，充分应用LEAP发动机核心机技术衍生发展了Passport 20发动机。目前，这款发动机产品已经投入市场，并成为了多款高端公务机的可选动力装置。

同时，在窄体客机动力市场，GE将与赛峰集团的合作延长至2040年，这意味着未来公司将持续享有LEAP系列发动机所带来的市场红利。也正因为GE除了在宽体客机动力市场之外，还将触角延伸至了窄体客机和公务机市场，因此即便在疫情的冲击下，2020年年末公司发布的财报显示，集团的现金流状况依旧较为健康，这也为GE未来持续的技术研发投入创造了较好的环境。

20世纪70年代，罗罗公司研发了用于RB211三转子发动机的核心机，通过对核心机不断改进升级，发展了遄达700、遄达800、遄达500、遄达900、遄达1000等系列发动机，奠定了罗罗公司在三转子发动机方面的霸主地位，支撑了其近半个世纪的发展。之后，为了应对飞机升级需要，罗罗以代表最新技术成果的遄达1000发动机核心机为基础，应用在高效和环境友好的航空发动机（EFAE）计划验证的新技术，放大设计，发展出了遄达XWB发动机，成为遄达系列有史以来最畅销的发动机，也是目前罗罗公司生产的最大发动机。

随后，随着新一代机型的研发，罗罗面对普惠公司GTF发动机和GE航空集团超高压比发动机的竞争，罗罗公司基于对民机动力发展需求的预测，制定了分阶段进行的未来10年航空发动机技术和产品发展路线：第一阶段以遄达XWB发动机为起点，开发验证Advance核心机与发动机;第二阶段以Advance核心机为基础，引入齿轮传动结构，开发和验证具有颠覆性技术特征的“超扇”（UltraFan）发动机。Advance项目是罗罗基于高压比核心机丰富的研制经验而做出的转型抉择，是从三转子结构到传统民机动力主流结构的重大战略转变。

目前，尽管超扇发动机项目还没有明确装机对象，但罗罗表示将在2021年完成首台演示样机的装配。根据罗罗的规划，将在2021年年底前完成发动机的全组装并进行测试，以便潜在装机客户出现后，这款发动机就可以直接做好装机交付的准备。同时，由于考虑到超扇发动机技术的可扩展设计对于罗罗未来的产品计划尤为重要，因此罗罗仍计划继续沿用原有方案在2022年对发动机进行测试，并响应飞机制造商在110～445千牛推力范围内的任何需求。

超扇发动机的核心部件是动力齿轮箱，计划安装于超扇演示样机的齿轮箱目前正在德国进行组装，有望在2021年年中完成组装，并集成到超扇的演示样机中。该齿轮箱被命名为DP211，以响应罗罗RB211发动机家族的传承。

电气化的探索

电推进技术可实现飞行器气动和推进效率的大幅提升，并且能够降低油耗、噪声和碳排放，满足未来绿色航空发展的需求，是未来航空推进技术的发展方向。近几年，电气化推进系统的研发可谓如火如荼，成为航空动力技术发展的热点之一。

普惠和GE都参与了NASA的电推进系统项目。2020年3月，NASA公布了第一架全电动推进验证机X-57麦克斯韦（Maxwell）的一些新概念图。

X-57麦克斯韦是X-plane系列飞机开发计划中首款采用全电动系统的飞机，是由4座常规轻型飞机泰克南（Tecnam）P2006T改型而来，其两台罗塔克斯（Rotax）912S3四缸活塞式发动机被替换成12台电动机。该飞机效率比传统飞机提升了500%，同时零污染排放，并且没有噪声污染。

2021年，NASA计划启动电气化动力系统飞行验证项目（EPFD），该项目基于目前进行的部件技术工作，利用此前已经列入计划的推进系统验证机，实现亚声速飞行的目标。该项目将验证1MW功率范围内的电气化推进系统技术，所装备飞机预计于2030～2035年服役。NASA相信，电气化推进系统将推动未来民用飞机实现低能耗和低维修成本。

按照项目计划和降低风险要求，NASA授出了5份电气化飞机推进系统（EAP）初始合同。其中3份授予了包括波音、GE和普惠在內的制造商。目前，GE航空已经测试了1MW电动机，并验证了从F110发动机的双转子提取1MW功率。GE航空集团还与NASA签订了价值1200万美元的合作合同，在此合作框架下利用碳化硅动力电子器件研发可用于飞行的1MWDC-AC变流器。该变流器的飞行试验将在NASA位于俄亥俄州梅溪站的电动飞机试验设备模拟的9144米高空条件下进行。

普惠公司对其承担的NASA项目进度保密，很有可能他们正在根据多电飞机优化需求研究兆瓦级电动机/发电机与第二代齿轮传动涡扇发动机的集成。柯林斯宇航公司和普惠加拿大公司正在基于加拿大庞巴迪公司“冲”8 涡桨飞机设计并联式混合电推进系统验证机，该混合电推进系统名为“804项目”，拟采用1台普惠加拿大公司研发的1MW内燃机和柯林斯宇航公司研发的由电池供电的1MW电动机替换飞机中1台常规涡桨发动机，希望能在2022年实现飞行时节省30%燃料的目标。

罗罗公司在飞行电气化之路的发展上也做了大量的工作。2019年，罗罗公司收购了西门子电力及混合电力航空推进业务，以助力其实施电气化战略，之后在进行了相关业务整合之后，罗罗成立了专门的电气部门——罗罗电气（RRE）。

罗罗公司将航空混合电推进系统的未来市场应用分为4块：一是2～4座的轻型和超轻型飞机，主要用作飞行训练和航空运动飞行;二是空中出租车或eVTOL，主要用作城市交通运输;三是20座及以下的飞机，这类飞行器也可采用垂直起降;四是20～100座的飞机，罗罗与空客联合启动了E-Fan X飞机项目。2020年，E-Fan X项目由于受到疫情影响被迫搁置，但罗罗已明确表示将继续完成其在这个项目中原有的技术研发。

此外，罗罗还在进行一项名为M250混合电推进系统的验证机。演示验证计划将采用APUS i-5飞机作为试验平台，该飞机质量约4吨，为常规起降形式。演示验证计划将由罗罗公司主导，为期3年，合作伙伴包括德国航空工程公司（APUS）和勃兰登堡理工大学（BTU）。罗罗公司表示本项目旨在验证最为复杂、全面的基于燃气涡轮发动机的混合电推进系统的开发和集成。值得一提的是，基于M250发动机的混合电推进系统可以采用分布式布局，可应用于多种起飞质量、载荷较小的飞机平台，例如常规起降飞行器、通用飞机、直升机以及eVTOL。

对于电气化在航空业的发展，罗罗明确表示，电气化将为航空业带来深远影响，就好比当初燃气涡轮发动机替代活塞式发动机一样。在这场新一轮的产业变革中，罗罗的目标就是要在变革中占据主导地位。事实上，后疫情时代，对于产业链上的企业来说，是挑战更是机遇，谁能在这场变革中占据优势，让我们拭目以待。