航空发动机润滑系统专利总体态势分析

王昊

（中国煤炭科工集团有限公司，北京 100013）

在航空发动机中，润滑系统一般是为轴承、齿轮提供润滑油，对它们进行润滑和冷却，减少磨损、防止锈蚀，同时，将由机械转动而产生的热量带走，而达到一定的热平衡状态。润滑系统控制机械在一定的工作温度下正常运行，防止由于温度的过高而导致的零件失效情况的发生，进一步保证机械能够更加长久地运转。发动机润滑系统工作的正常与否直接影响着整个发动机的可靠性。

以涡轮风扇发动机为例，航空发动机润滑系统主要由润滑油箱、润滑油泵、调压活门、油滤、管路、滑油喷嘴组成。其工作过程大致为：润滑油由润滑油箱经润滑油泵抽出，进入润滑油泵，压力增加后经过油滤后流出润滑油附件，进入发动机内部。在发动机内部沿分流通道分为两路：一路润滑传动装置与轴承前腔，另一路去润滑轴承中腔与轴承后腔，然后，经回油级分别抽回。

由于润滑系统在航空发动机稳定性和可靠性方面起着重要作用，因此，开展润滑系统的专利分析是十分重要的。

1 润滑系统全球专利申请基本情况

了解润滑系统在世界范围内的技术分布有助于了解该国或地区技术发展的现状和对技术的输出情况。同时，分析不同国家或地区在世界范围内的专利布局情况，对我国航空发动机润滑系统的发展和保护也有一定的借鉴意义。截至2020年11 月，全球航空发动机润滑系统专利申请与授权情况如图1 所示。可见全球润滑系统专利申请可以分为两个时期，2001～2011 年为技术积累期，在此期间，由于军事和民用的巨大需求，美国、法国、俄罗斯等国和普惠、罗罗等各大公司纷纷投入大量的经费和科研力量进行航空发动机的设计和研究，涌现出了多个航空发动机型号，航空发动机的润滑系统技术的专利数量也在平稳地上升；2011 年至今，为技术快速发展期，随着经济全球化的趋势以及大国之间的军力的竞争越来越激励，航空发动机润滑系统技术也得到了快速的发展，发展迅猛，在此期间，我国筹备航空发动机重大专项，投入万亿资金进行航空发动机的研制，欧美俄等主要国家也加大了对航空发动机的研制。由此可见，随着投入的不断加大，国家的重视程度越来越高，未来航空发动机润滑系统技术的发展将大有前途，越来越快。

图1 航空发动机润滑系统全球申请趋势

根据优先权国别统计数据，分析了航空发动机润滑系统全球专利首次申请国/地区分布百分比，通常申请人会首先在本土进行专利申请，之后再以此为优先权向其他国家递交申请，因此，分析全球专利首次申请国/地区分布，能够反映出该国/地区分布在润滑系统领域的原创能力。从图2 中可以看出，就主要分布地区来看，排名第一的是美国，其专利申请总量占全部总量的41%，日本和俄罗斯（包括前苏联）并列第二名，其专利申请总量均占全部总量的12%，第三名是法国，其专利申请总量占全部总量的11%，我国紧随其后，其专利申请量占全部总量的8%。由此可见，美国作为世界第一强国，其技术研发依然具有巨大的优势，日本由于具有二战后相关条约的限制，发展不及美国，但依然领先于我国，而俄罗斯由于苏联解体的影响，以及国内经济形式的不稳定，其技术发展和技术研发活跃度已经大大落后于美国，法国由于具有世界知名的航空发动机研制公司，其申请活跃度也比较高，随着我国经济的不断发展，对外开放的程度越来越高，其润滑系统技术发展也在不断前进，而作为世界工业强国，德国和英国的专利申请量却较少，究其原因，德国可能是因为其没有比较知名的航空发动机公司，英国可能是由于近几年其国内第一大航空发动机制造商罗罗公司连续20 个月出现了5 次盈利预警，造成了对研制投入的经费降低，从而造成了申请减少。

图2 航空发动机润滑系统主要申请地区比例趋势

近年来，国内航空发动机生产设计企业已经将润滑系统作为未来航空发动机升级的主要技术方向的情况下，也加大了润滑系统技术的引进开发和自主研究。

对比图3 中的主要公开地区比例和图2 中的主要申请地区比例可以看出，公开的地区分布更平衡一些，与主要申请地区占比相比，美国、英国，法国有所下降，可见其技术输出的较多，中国、日本、俄罗斯的占比上升，可见其技术输入较多。所有申请中，在欧洲专利局公开的占15%，在WIPO公开的占8%，可见，各国也开始充分利用国际合作组织提供的便利条件进行专利布局，提高专利布局的效率。

图3 航空发动机润滑系统主要公开地区比例趋势

2 全球专利申请主要申请人及技术流向

据统计，航空发动机润滑系统领域全球申请量前五的公司分别是美国的联合技术公司(UNAC)，世界知名的飞机发动机设计制造服务商普惠公司是联合技术公司的业务部门，法国的斯奈克玛公司（SNEA），美国的通用电气公司(GNEN)，英国的罗罗公司(RORO)，中国的沈阳黎明航空发动机集团有限公司（CHAV）。其中前五的申请量占全部申请量的45%，可见在润滑系统领域中，专利申请的集中度较高，从申请人的排名中也能明显看出美国的优势，在前五的公司中，第一和第三都是美国的公司，而我国也有一家公司进入前五，可见虽然起步较晚，但是，随着国家的重视，我国该技术的发展也处于一个较为活跃的阶段。

据统计，航空发动机润滑系统技术领域主要申请人公司占绝对优势，占92%，而研究机构、大学和个人只占很少的一部分。这是由于此技术领域的研发不仅需要具有较高知识水平的技术人员，还需要投入大量的资金，研究门槛比较高，而研究机构、大学和个人都很难获得大量的研究资金进行研究，只有公司可以投入大量的资金和人力进行研究，从而改进现有技术。该领域的技术申请主要还是以独立申请为主，占89%，合作申请占11%(此处的合作申请包括公司—公司、公司-研究机构两种类型的合作申请)。合作申请中比较有名的是由美国普拉特&惠特尼公司(Pratt &Whitney)、英国罗尔斯•罗伊斯公司(Rolls-Royce plc)、日本航空发动机公司（JAEC：Japanese Aero Engines）和德国航空发动机公司（MTU Aero Engines）合资设立的国际航空发动机公司，由美国通用电气公司和普拉特&惠特尼公司投资各占50%而设立的发动机联盟有限责任公司等。这些公司之间的合作不仅可以更好地占据市场，同时，也分担了生产成本和运营风险。

图4 是润滑系统领域技术流向图，其中纵轴表示技术原创国或地区，横轴表示技术输入国家或地区。从技术流向图中可以看出，润滑系统领域的技术分布非常不均匀，分析进入某一地区的专利公开情况，对于了解润滑系统技术在该地区的技术发展有重要意义。国外大企业都熟稔“市场未动，专利先行”的圈地战略，面对竞争日益激烈的市场，不管是一个地区还是一个公司，要想在国际舞台上形成气候，必须先进行专利布局。因此，通过对在美国、欧洲、日本、中国、韩国、英国、法国、德国和俄罗斯公开的在润滑系统领域的专利申请进行分析，主要的动向如下：

图4 润滑系统领域专利技术流向图

美国：具有绝对的领先地位，是主要的技术输出国，在韩国、英国、法国、俄罗斯等国的技术输出较少，日本、中国和德国布局较多，这主要得益于美国具有多个知名航空发动机公司。

日本：相关申请较少，在法国和俄罗斯没有专利布局，本国公开较多，技术输出不明显。

中国：几乎没有技术输出，仅在日本和韩国有极少量的布局。

韩国：申请极少，该领域的研究几乎为空白。

英国：总体申请量不多，与其航空大国地位不相符，在中国、韩国和俄罗斯没有专利布局。

法国：申请量第二大的国家，是主要的技术输出国，但在韩国和英国布局较少。

德国：申请量仅次于法国，也具有相应的技术输出，但是，主要技术输出国是美国。

俄罗斯：主要是布局本国，在海外的布局极少，仅在美国进行了极少量的专利布局。

3 结语

本文主要通过对相关专利统计定量分析与重要专利定性分析相结合的方式，对航空发动机润滑技术专利状况进行了深入分析研究。总体上看，美、欧、法、德等发达国家或地区已在该领域技术研发上取得明显优势，并在专利布局上积极行动，优势企业在全球范围内广泛申请专利，已形成了较系统与完善的专利布局体系，这对我国发展自主技术构成了一定阻碍。反观我国在该领域技术起步晚，发展慢，创新度不高。

润滑系统全球专利申请量总体上呈现上涨的趋势。航空发动机润滑系统技术领域的专利申请人较为集中，技术创新主要集中在美、日、法、俄等国，涉及的公司主要是通用电气公司、联合技术公司、斯奈克玛公司和罗罗公司等几大国外企业，以及中国的沈阳黎明航空发动机集团有限公司。来自美国的技术创新主体的专利申请量占全球总申请量的41%，位居全球首位。俄罗斯、日本和法国技术创新主体的专利申请量全球总申请量的12%、12%、11%。

目前，我国主要从事航空发动机研发的申请人以公司独立申请为主为主体，公司与公司之间的联合、公司与科研院所和高校的联合申请较少，这不仅不利于该行业的健康发展，不利于我国合理地利用资源减少重复申请的浪费，对高校/科研院所自身而言也是对资源造成的极大浪费。如果能建立企业与企业之间、企业与高校/科研院所之间技术研发与成果共享对接渠道，通过市场化的技术和专利转让方式，使得有效专利在市场得到充分利用，减少重复研发和申请造成的浪费，提高效率实现价值。