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杏彩体育:安信军工冯福章：航空发动机国产化势在必行 关注两主
航空发动机行业的发展水平是一个国家工业基础、科技水平和综合国力的集中体现，也是和大国地位的重要战略保障。航空发动机具有研制周期长，技术难度大，耗费资金多等特点，当今世界能够独立研制航空发动机并形成产业规模的也仅仅只有中、美、俄、英、法等五国，其中军用航空发动机被美、俄、英主导。
■中用航空发动机：测仿起步实现自研，自主可控是大势所趋。我国航空发动机经历了“维护使用-测绘仿制-型号研制-开展预研”的反过程，当前已建立起了相对完整的发动机研制生产体系，具备了涡喷、涡扇、涡轴、涡桨等类发动机的系列研制生产能力，国产发动机已装配歼击机、运输机、轰炸机等多种机型。当前我机发动机国产化比例已大大提高，但新型号发动机，尤其是四代发动机用的小涵道比涡扇发动机和大型运输机、轰炸机用的大涵道比涡扇发动机，技术较为落后，存在明显短板。随着军机换装列装提速，再叠加发动机国产化比例不断提高，我用发动机行业将迎来快速发展时期。
■航发集团成立带动产业发展，“两机”专项带来政策红利。航发集团成立，飞发分离体系正式确立，航空发动机国产化高度可期；两机专项的推出必定会给两机行业带来巨大的政策红利，将从根本上解决长期困扰我国航空发动机与燃气轮机产业的投入不足问题，在政策和资金的有利支持下，将推动我国航空发动机与燃气轮机技术赶超世界先进水平，实现历史性飞跃，我国航空发动机和燃气轮机产业将加速发展，并有望在未来打破巨头垄断进入国际市场。
■航空装备尤其新型战机换装列装带来对发动机的巨大需求。发动机是核心分系统，军用航空发动机的发展和军机发展相辅相成，而军机发展依赖于航空兵部队（包括空军航空兵、陆军航空兵、海军航空兵等，空军为主力）建设。目前我机尤其是战斗机数量和结构与美国有较大差距，与战略空军建设目标还有较大的差距，预计随着国防预算的倾斜以及战略空军建设的要求，我国航空装备尤其战机换装列装有望加速，带来对航空发动机的巨大需求。
■我用航空发动机市场：未来十年年均420亿元。全球军用航空飞机发动机市场将从2018年的162亿美元增加到2028年的250.5亿美元；预计未来十年，我用发动机平均每年购置经费280亿，维修费140亿，合计420亿；按各部分拆分费用，平均每年叶片161亿、零部件182亿、动力控制系统49亿。
■投资建议：我们认为，航空发动机具有极其重要的战略地位，国产化势在必行，当前军用航空发动机投资主要围绕两条主线：
①具有垄断地位的国家队主机厂：我用航空发动机生产由航发集团主导，当前量产的发动机型号较少，新型号一旦定型量产，具备垄断地位和稀缺性的主机厂将显著受益；
②材料、叶片等领域寻求突破的民营企业：近年来许多民营企业投身于航空发动机产业，关键技术一旦突破，将极大促进行业发展，同时也为自身打开巨大的发展空间。
■相关上市公司：航发动力、航发科技、航发控制、华伍股份、炼石航空、应流股份、海特高新、火炬电子。
■风险提示：宏观经济表现低迷，军工行业也很难独善其身；相关支持资金未按时按量下拨；军工集团发展战略调整、上市公司定位发生变化；技术与产品研制进程的不确定性。
航空发动机是飞机的心脏，被誉为现代工业“皇冠上的明珠”和“工业之花”。航空发动机不仅是飞机的动力，也是航空技术发展的动力，人类在航空领域的每一次重大突破，无不与航空动力技术的进步相关；飞机的需求和发展又促使发动机向更高水平迈进，二者相得益彰。航空发动机行业的发展水平是一个国家工业基础、科技水平和综合国力的集中体现，也是和大国地位的重要战略保障。作为一种典型技术密集型产品，航空发动机需要在高温、高压、高转速和高负载的特殊环境中长期反复工作，其对设计、加工及制造能力都有极高要求，因此具有研制周期长，技术难度大，耗费资金多等特点。目前虽然许多国家都可以自主研制生产飞机，但具备独立研制航空发动机能力并形成产业规模的国家却只有美、俄、英、法、中等少数几个。
我国商用大飞机起步较晚，民用航空动力发展更为滞后，中短期内缺乏投资机会；而军用航空发动机正处在快速自主化进程中，故本文侧重于研究和分析军用航空发动机。
自1903年问世至今一百多年以来，航空发动机经历了两个主要发展时期，1903年至1945年为活塞式发动机统治时期，1945年至今是喷气式发动机时代。在喷气式发动机时代，航空上广泛应用的是有压气机空气喷气式发动机。在压气机空气喷气式发动机中，压气机是用燃烧室后的燃气涡轮来驱动，因此这类发动机又称为燃气涡轮发动机。按燃气发生器出口燃气可用能量利用方式的不同，燃气涡轮发动机分为涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨、涡轮轴和螺旋桨风扇发动机。
活塞式航空发动机是一种往复式内燃机，通过带动螺旋桨高速转动而产生推力。为满足功率要求，活塞发动机一般由多气缸组合构成，多个缸体同时工作带动曲轴和螺旋桨转动以产生足够动力。1903-1945年，活塞式发动机作为飞机的动力装置，占据了统治地位。在两次世界大战的需求牵引下，活塞发动机不断改进完善，得到迅速发展，达到其技术的顶峰。战后随着涡轮喷气、涡轮螺桨和涡轮风扇发动机的发展，活塞发动机逐渐退出了大中型飞机领域，其被取代的主要原因：①飞行速度限制，活塞发动机外形阻力大，螺旋桨高速旋转时效率低；②工作原理限制，活塞式发动机中进气、加压、燃烧和排气四个工作阶段是通过活塞在一个气缸的往复运动分时依次进行的，每个汽缸能发出的功率受到工质温度的限制，随着功率增大，活塞发动机汽缸数增多，重量急剧增加，功重比严重降低。
但由于活塞发动机具有效率高、耗油率低和价格低廉等优点，在功率需求小于200千瓦的小型低速通用飞机上仍有一定优势。在小型公务机、农业飞机、支线和一些小型多用途运输机（森林灭火、搜索、救援和巡逻等），活塞发动机仍被广泛地采用。
涡喷发动机一般由进气装置、压气机、燃烧室、涡轮以及喷管等部件组成，其中压气机、燃烧室、涡轮组成了发动机的核心机。涡喷发动机的主要流程都是在核心机中完成，包括空气的压缩、燃烧、涡轮做功等。空气经进气道进入发动机后，首先经过压气机，加压后进入燃烧室，与燃料掺混，点火燃烧，形成高温气体，高温气体膨胀驱动涡轮工作，经过涡轮后的燃气通过喷管排出而产生推力。现代战斗机需要短时间增加推力时，就在涡轮后再加上一个加力燃烧室喷入燃油，让未充分燃烧的燃气与喷入的燃油混合再次燃烧，可使发动机的推力增加至1.5倍左右。
涡喷发动机的发展经过20世纪40~50年代马赫数1一级的第一代单轴发动机，50~60年代的马赫数2~3一级的第二代双轴加力式涡喷发动机，到70年代初用于“协和”超声速客机的Olympus 593涡喷发动机，从此再没有重要的涡喷发动机问世。虽然涡喷发动机使航空飞行进入了超声速时代，但涡喷发动机产生推力时会高速喷出燃气，高速高温燃气喷出发动机后直接散溢造成巨大的能量损失，因此涡喷发动机的经济性差、油耗高。目前除了尚未退役的部分二代战斗机用涡喷发动机外，大多数已被涡轮风扇发动机所取代，当前小型涡喷发动机主要应用于中高空无人机、靶机和弹道导弹领域。
涡扇发动机由涡轮喷气发动机发展而成，在核心机基础增加了风扇和低压涡轮。风扇转动压缩空气，经压缩的空气分为两股。外股气流平行流动，经喷管直接排出，产生推力；内股气流与普通喷气发动机一样，经过压气机、燃烧室和涡轮之后由喷管排出。外股与内股气流的流量之比称涵道比或者流量比。在核心机相同的条件下，由于涡轮风扇发动机总空气流量大，排气速度低，所以与涡轮喷气发动机相比，推力大、推进效率高、耗油率低。
涡扇发动机首先用于民用飞机，随后扩展到军用飞机。20世纪60年代出现风扇化热潮，70~80年代以后涡扇发动机高速发展，开始取代涡喷发动机成为军民用飞机的主要动力，分别向小涵道比的军用加力发动机和大涵道比的军民共用发动机两个方向发展。
小涵道比加力涡扇发动机兼具亚音速巡航低油耗和超音速机动性的特点，适合作为战斗机动力。战斗机用涡扇发动机涵道比为0.3-1.0，以推重比为主要发展指标。根据战斗机的性能，现役及在研的战斗机的代数可以分为五代，与之对应的航空发动机也被划分为五代。当前，发达国家装备主战机种是第三代战斗机，未来将逐步过渡到四代战机。战斗机的发动机市场主要由PW、GE、土星、SNECMA以及欧洲喷气动力公司瓜分。
大涵道比发动机具有耗油率低、噪声小的特点，通常广泛用于大型民用客机、军民用运输机，例如C-5银河运输机、波音747客机。大涵道比涡扇发动机采用“三高”循环参数设计：高涵道比、高总增压比和高涡轮前温度。按照发动机所采用的循环参数与设计技术，大涵道比涡扇发动机的大致可分为四代。当前，第三代大涵道比涡扇发动机是民用客机、军民用运输机主力，四代发动机正在进入市场。
目前，在国际市场上，大型飞机发动机的研制主要依赖GE、PW和R&R三大公司，各公司发动机系列化发展，已成垄断格局，推力范围覆盖了100~500KN。而俄罗斯研制的大涵道比涡扇发动机主要配装本国生产的大型飞机。
涡桨发动机的驱动原理与活塞式发动机基本相同，是以螺旋桨旋转时所产生的力量来作为飞机前进的推进力，结合了涡喷功率大和螺旋桨推进效率高的优点。在第二次世界大战中，英国首先研制成功涡轮螺旋桨发动机，美、法、苏等国也都积极发展了这项技术。因为它耗油率低、经济性好、起飞推力大，曾得到较为充分的发展。目前在中小型运输机和通用飞机上仍有广泛用途，但由于速度、功率受限制，在大型远程运输机上，已被涡扇发动机所取代。
涡桨发动机市场主要由PWC（普惠加拿大公司）、GE、Honeywell和R&R四家公司分享，而随着空客公司的A400M大型军用运输机开始交付，为其提供动力（TP400-D6大型涡桨发动机）的欧桨国际（EPI）的市场占有率将在未来将获得明显提升。
涡轴发动机是直升机最主要的动力，其工作原理与涡桨发动机类似，燃气流经驱动压气机的涡轮后，再流经一个驱动减速器的自由涡轮，最后从尾喷管中喷出，减速器的输出轴与传动直升机旋翼的主减速器相连，驱动旋翼的旋转。涡轴发动机具有功重比高、油耗低等特点。涡轴发动机经过不断改进改型和更新换代，已成功研制到并开始陆续投入使用。目前，直升机市场上普遍采用的是第三代涡轴发动机，仅少数直升机采用涡轴发动机。
同运输机用涡扇发动机一样，直升机用涡轴发动机也有明显的军民共用的特点。涡轴发动机市场主要由GE、R&R、Turbomeca（透博梅卡）、PWC（普惠加拿大）和Klimov（克里莫夫）五家公司瓜分。
桨扇发动机既可看作带先进高速螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机，又可看作除去外涵道的超高涵道比涡轮风扇发动机，结合了涡轮螺旋桨发动机耗油率低和涡轮风扇发动机飞行速度高的优点，其有效涵道比为15~20。桨扇发动机克服了一般螺旋桨在飞行马赫数到达0.65后效率就急剧下降的缺点，而使推进效率较高的优越性保持到飞行马赫数0.8左右。但由于桨扇发动机噪声、振动及减速器性能差，特别是没有外涵机匣，使用安全性没有保证等问题未能得到很好的解决，桨扇发动机尚未被广泛采用，唯一投入生产的桨扇发动机是用于安-70运输机的D-27发动机。
（1）预先研究阶段：为发展新型发动机提供技术储备，缩短研制周期，降低研制风险，不断提高技术水平，同时，为改进现役发动机性能、可靠性提供实用的技术成果。
（2）工程研制阶段：根据主要作战使用性能指标，研制满足装备使用要求的发动机产品。工程研制阶段结束后，将最终给出是否可以大批量装备使用的结论。
（3）使用发展阶段：是发动机全寿命科研工作的重要组成部。
