商用發(fā)動機(jī)市場誰主沉浮？

彭靜宇

如今，全球航空發(fā)動機(jī)市場猶如群雄逐鹿的戰(zhàn)場。一方面，隨著飛機(jī)交付量的不斷提升，發(fā)動機(jī)制造商也“火力全開”，不斷加快發(fā)動機(jī)的交付速度；另一方面，大數(shù)據(jù)、智能制造等新技術(shù)也對發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，制造商們正在不斷嘗試?yán)眯录夹g(shù)，朝著更加環(huán)保、更加高效的目標(biāo)邁進(jìn)。

同時(shí)，一向高度壟斷的民用航空動力市場，近年來也開始有新的制造商試圖進(jìn)入。其中，俄羅斯的表現(xiàn)最為搶眼。在經(jīng)歷了一系列大手筆的合并與改革之后，俄羅斯民用航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的研制開始取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。未來計(jì)劃裝配MC-21飛機(jī)的PD-14發(fā)動機(jī)已經(jīng)完成了一系列重要試驗(yàn)，按計(jì)劃將在今年取得俄羅斯國內(nèi)頒發(fā)的適航證。用于寬體客機(jī)的更大推力的PD-35發(fā)動機(jī)也在按計(jì)劃推進(jìn)。可以預(yù)見，未來俄羅斯航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)或?qū)⒒謴?fù)往日的雄風(fēng)。

訂單與營收創(chuàng)出新高

近10年來，對于窄體客機(jī)發(fā)動機(jī)制造商CFM國際公司和普惠發(fā)動機(jī)公司來說，可謂是黃金十年。不斷刷新的飛機(jī)訂單紀(jì)錄，讓它們也賺得“盆滿缽滿”。

對于CFM國際公司來說，2018年是一個(gè)具有特殊意義的年份。十年前，在沒有任何飛機(jī)項(xiàng)目啟動的前提下，CFM國際公司在CFM56發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上，啟動了LEAP-X發(fā)動機(jī)項(xiàng)目。大約18個(gè)月后，LEAP系列發(fā)動機(jī)被中國商飛公司選中，成為C919大型客機(jī)的動力裝置。一年后，LEAP系列發(fā)動機(jī)被空客選中，成為A320neo的可選發(fā)動機(jī)。2011年，又成為737MAX系列飛機(jī)的唯一動力裝置。在三大型號的支持下，LEAP系列發(fā)動機(jī)的訂單如雪片般飄來。

從2011年至今，CFM國際公司共收獲了超過15450臺發(fā)動機(jī)訂單和購買承諾（不包括意向訂單），按目錄價(jià)格計(jì)算超過2200億美元。僅2018年上半年，LEAP系列發(fā)動機(jī)就收獲了1306臺訂單。而在7月剛剛結(jié)束的范堡羅航展上，CFM國際公司又收獲了858臺LEAP系列和CFM56發(fā)動機(jī)訂單和購買承諾，加上同時(shí)簽署的長期服務(wù)協(xié)議，目錄價(jià)值高達(dá)157億美元。

為了按時(shí)交付產(chǎn)品，CFM國際公司近年來對生產(chǎn)線進(jìn)行了重建和擴(kuò)充。在雙源策略的指導(dǎo)下，公司不斷加快從CFM56到LEAP系列發(fā)動機(jī)的過渡。根據(jù)規(guī)劃，今年CFM國際公司發(fā)動機(jī)交付量將達(dá)到2100臺。今年7月，LEAP系列發(fā)動機(jī)的產(chǎn)量首次超越CFM56發(fā)動機(jī)。面對5位數(shù)的儲備訂單，CFM國際公司未來還將繼續(xù)提升產(chǎn)能，預(yù)計(jì)到2020年，現(xiàn)有的LEAP系列發(fā)動機(jī)產(chǎn)能將實(shí)現(xiàn)翻番。英國《飛行國際》預(yù)測，未來20年，CFM國際公司的發(fā)動機(jī)產(chǎn)品市場保有量將達(dá)到43000臺，產(chǎn)能仍需繼續(xù)提高。

窄體客機(jī)動力市場的另一個(gè)大贏家普惠發(fā)動機(jī)公司，憑借GTF發(fā)動機(jī)在窄體客機(jī)市場實(shí)現(xiàn)了“完美逆轉(zhuǎn)”。

截至2018年7月，已有近200架由GTF發(fā)動機(jī)提供動力的飛機(jī)在全球各地運(yùn)營。由GTF發(fā)動機(jī)提供動力的A320neo系列、A220與E190 E2所組成的機(jī)隊(duì)已累計(jì)安全飛行近100萬個(gè)小時(shí)。根據(jù)普惠公司公布的數(shù)據(jù)，GTF發(fā)動機(jī)自2016年初投入運(yùn)營以來，已經(jīng)為客戶節(jié)約了價(jià)值7500萬美元的4000多萬加侖燃油，比監(jiān)管排放標(biāo)準(zhǔn)減少了50%的氮氧化物排放，縮小了75%的噪音軌跡。

從訂單量來看，盡管GTF發(fā)動機(jī)在運(yùn)營初期遇到了一些問題，但并沒有影響客戶對這款飛機(jī)的喜愛。2017年，GTF發(fā)動機(jī)共收到來自全球22家客戶的2000多臺發(fā)動機(jī)訂單和購買承諾。

在產(chǎn)能提升方面，對于普惠來說，最大的難點(diǎn)在于如何提升鈦鋁合金風(fēng)扇葉片的生產(chǎn)速度。如今，普惠已經(jīng)在新加坡新建了發(fā)動機(jī)葉片生產(chǎn)廠，再加上日本知名的石川島播磨重工業(yè)株式會社，未來GTF發(fā)動機(jī)鈦鋁合金風(fēng)扇葉片的生產(chǎn)速度將有顯著提升。預(yù)計(jì)2018～2020年間，GTF的交付量將達(dá)到第一個(gè)高峰，年交付量將達(dá)到1200～1500臺。

大推力大佬忙“嘗新”

與窄體客機(jī)發(fā)動機(jī)制造商們忙著提升產(chǎn)能不同，以GE和羅羅為代表的寬體客機(jī)發(fā)動機(jī)“大佬們”則一邊忙著研制新產(chǎn)品，一邊忙著將各種最前沿的新技術(shù)應(yīng)用到自家的發(fā)動機(jī)產(chǎn)品中。

目前，GE正在加速推進(jìn)GE9X項(xiàng)目，未來這款當(dāng)今最大的民用發(fā)動機(jī)將用于裝配波音新一代777X飛機(jī)。作為為777X量身定制的一款產(chǎn)品，GE9X的總增壓比達(dá)到驚人的60以上。由于壓氣機(jī)后端和高壓渦輪進(jìn)氣口的工作溫度已經(jīng)超過現(xiàn)有常規(guī)材料的極限，GE公司投入巨資發(fā)展了第四代粉末合金材料、陶瓷基復(fù)合材料火焰筒與渦輪以及一系列先進(jìn)的冷卻技術(shù)。

截至2017年年底，GE公司已經(jīng)生產(chǎn)了8臺GE9X發(fā)動機(jī)用于各種地面試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)。今年3月，GE9X發(fā)動機(jī)在波音747-400飛行測試平臺上進(jìn)行了首飛，飛行時(shí)間持續(xù)了4個(gè)多小時(shí)。根據(jù)計(jì)劃，GE9X發(fā)動機(jī)將在2019年年初取得適航證，2020年左右隨777X一起投入商業(yè)運(yùn)營。

另一家寬體客機(jī)發(fā)動機(jī)“大佬”羅羅在新機(jī)型的研發(fā)上則更加忙碌。過去12個(gè)月，羅羅先后完成了遄達(dá)1000TEN、遄達(dá)XWB-97和遄達(dá)7000三款大推力發(fā)動機(jī)的取證。其中，遄達(dá)7000作為空客A330neo的唯一動力裝置，與上一代遄達(dá)700相比，推力達(dá)到68000～72000磅，涵道比翻番，燃油效率提高了10%，可謂是一個(gè)很大的飛躍。目前，首批量產(chǎn)的遄達(dá)7000發(fā)動機(jī)已經(jīng)抵達(dá)空客圖盧茲總裝基地，為年內(nèi)首架A330neo交付葡萄牙航空投入運(yùn)營做好準(zhǔn)備。而在今年年初，選裝遄達(dá)XWB-97發(fā)動機(jī)的A350-1000飛機(jī)也已經(jīng)投入運(yùn)營。

在下一代發(fā)動機(jī)研發(fā)方面，今年7月，羅羅完成了對Advance3驗(yàn)證機(jī)的全功率試車，這標(biāo)志著羅羅UltranFan發(fā)動機(jī)的研發(fā)又邁出了重要的一步。去年，羅羅完成了UltranFan發(fā)動機(jī)齒輪箱功能測試，新的動力齒輪箱功率達(dá)到7萬馬力，創(chuàng)下業(yè)界新紀(jì)錄。根據(jù)規(guī)劃，包括Advance核心機(jī)和高功率齒輪箱等在內(nèi)的一系列先進(jìn)技術(shù)將使UltranFan發(fā)動機(jī)的燃油效率較第一代遄達(dá)發(fā)動機(jī)提高25%。

在新技術(shù)與新理念的應(yīng)用上，寬體客機(jī)發(fā)動機(jī)大佬們也更敢于“嘗新”。

近年來，GE除了大手筆投資在3D打印技術(shù)領(lǐng)域外，還將更多的精力放在了新材料的應(yīng)用上。陶瓷基復(fù)合材料（CMC）是GE近年來大力推崇的新材料，在GE最新研制的GE9X發(fā)動機(jī)上，這種新材料就已經(jīng)被使用，GE公司由此成為全球首家將耐熱、輕質(zhì)的CMC材料用在民用航空發(fā)動機(jī)熱端部件上的制造商。

由于CMC材料只有金屬合金密度的三分之一，這些重量超輕的CMC部件可以降低整個(gè)發(fā)動機(jī)的重量。此外，這種材料的耐熱性可以大大提高發(fā)動機(jī)的耐用性和燃油經(jīng)濟(jì)性。CMC材料在高溫下遠(yuǎn)比金屬合金耐磨，這也使得航空發(fā)動機(jī)熱端部件需要的冷卻空氣減少，從而使得用于做功的空氣流量增加，達(dá)到提升發(fā)動機(jī)效率的目標(biāo)。

目前，GE公司已經(jīng)著手在美國建立了一條完整的CMC材料供應(yīng)鏈，以確保這種先進(jìn)材料的大規(guī)模生產(chǎn)。GE公司在美國亨茨維爾市投資2億美元建立了兩家工廠，其中一家用于生產(chǎn)CMC材料，另一家用于生產(chǎn)CMC部件。兩家工廠將先后于2018年和2019年投產(chǎn)，預(yù)計(jì)年產(chǎn)量可達(dá)到20噸，而一臺LEAP發(fā)動機(jī)使用的CMC材料大約為1公斤。

相比之下，羅羅公司更加注重在大數(shù)據(jù)與智能制造領(lǐng)域的創(chuàng)新。2018年，羅羅推出了針對售后市場的“智能發(fā)動機(jī)”概念。在“智能發(fā)動機(jī)”規(guī)劃中，借助現(xiàn)在飛機(jī)上不斷發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)通信能力，航空發(fā)動機(jī)之間將能夠彼此通信，變得更加安全和高效。在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐下，航空發(fā)動機(jī)不僅能夠借鑒自身的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，還能參考其他發(fā)動機(jī)的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，對潛在風(fēng)險(xiǎn)作出分析判斷。未來，航空發(fā)動機(jī)甚至能夠?qū)崿F(xiàn)自我修復(fù)。

在售后維護(hù)領(lǐng)域，羅羅希望能夠通過數(shù)字技術(shù)和人工智能，利用更多的機(jī)器人來開展發(fā)動機(jī)維護(hù)工作。以遠(yuǎn)程孔探機(jī)器人為例，通過在發(fā)動機(jī)內(nèi)部安裝這種機(jī)器人，制造商可以通過遠(yuǎn)程診斷的方式對類似壓氣機(jī)葉片這種復(fù)雜的部件進(jìn)行實(shí)時(shí)維修，從而縮短維修和飛機(jī)停場的時(shí)間。另一些可以“靈活游走”的蛇形機(jī)器人則可以用來對受損的熱障涂層進(jìn)行修復(fù)，相比現(xiàn)在傳統(tǒng)的維修方式，蛇形機(jī)器人可以明顯降低維修成本。

“戰(zhàn)斗民族”的重新崛起

從嚴(yán)格意義上來講，目前全球具備獨(dú)立生產(chǎn)發(fā)動機(jī)能力的企業(yè)只有GE、羅羅和普惠，CFM國際公司和MTU等也都是這些企業(yè)的合資公司，由此可見制造商想要涉足民用航空發(fā)動機(jī)市場的難度之大。目前，中國和俄羅斯都在進(jìn)行民用航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)，由于俄羅斯本身具備一定的人才和技術(shù)儲備，在產(chǎn)品研制方面已經(jīng)有所成績。

在停滯了20多年后，俄羅斯通過PD-14發(fā)動機(jī)項(xiàng)目重新開始了民用航空發(fā)動機(jī)的研發(fā)。

從目前來看，PD-14發(fā)動機(jī)的研制進(jìn)展較為順利。2015～2017年，俄羅斯聯(lián)合發(fā)動機(jī)制造集團(tuán)完成了PD-14發(fā)動機(jī)取證前和工程試驗(yàn)這兩個(gè)階段的試飛，完成了所有高度和速度范圍及工作狀態(tài)下的試驗(yàn)。目前，聯(lián)合發(fā)動機(jī)制造集團(tuán)正在局方代表的參與下進(jìn)行第三階段飛行試驗(yàn)。由于MC-21飛機(jī)仍在研制中，因此PD-14發(fā)動機(jī)將裝載在伊爾-76LL飛機(jī)上進(jìn)行各種試驗(yàn)，以驗(yàn)證發(fā)動機(jī)及相關(guān)系統(tǒng)在接近實(shí)用環(huán)境下的工作能力。根據(jù)計(jì)劃，PD-14發(fā)動機(jī)將在2019年安裝在MC-21飛機(jī)上進(jìn)行飛行試驗(yàn)。

與此同時(shí)，另一款推力更大的PD-35發(fā)動機(jī)的研制也在按計(jì)劃推進(jìn)。大推力商用發(fā)動機(jī)是航空發(fā)動機(jī)制造的巔峰，全球只有羅羅和GE兩家公司具備生產(chǎn)能力。PD-35是俄羅斯首次研制推力達(dá)到35噸的發(fā)動機(jī)。在此之前，俄羅斯研制的推力最大的發(fā)動機(jī)是用于超重型運(yùn)輸機(jī)安-124的D-18T發(fā)動機(jī)，推力為23噸。可以說，研制像PD-35這樣的大推力發(fā)動機(jī)無論在前蘇聯(lián)還是俄羅斯民用航空史上都是第一次。因此，PD-35項(xiàng)目對于俄羅斯民用航空工業(yè)來說具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

目前，俄羅斯聯(lián)合發(fā)動機(jī)制造集團(tuán)下屬的航空發(fā)動機(jī)公司是PD-35發(fā)動機(jī)的研制主體。PD-35項(xiàng)目于2016年啟動，目前正在進(jìn)行燃?xì)獍l(fā)生器的研制，預(yù)計(jì)2023年開始試驗(yàn)樣機(jī)的制造，2028年開始批生產(chǎn)。由于該項(xiàng)目要使用一系列新材料和新技術(shù)，俄羅斯目前已經(jīng)就該項(xiàng)目專門撥款1800億盧布。根據(jù)計(jì)劃，其中的1200億盧布將被直接用于發(fā)動機(jī)研制，包括采用樹脂基復(fù)合材料制造發(fā)動機(jī)零部件、采用復(fù)合材料制造層流環(huán)繞的大尺寸發(fā)動機(jī)短艙、利用增材制造技術(shù)制造大型復(fù)雜剖面機(jī)匣零件、應(yīng)用新的熱強(qiáng)合金和金屬間化合物研制低輻射燃燒室等。

與PD-14發(fā)動機(jī)項(xiàng)目類似，PD-35發(fā)動機(jī)項(xiàng)目聚合了俄羅斯國內(nèi)最頂尖的研發(fā)和生產(chǎn)力量，聯(lián)合飛機(jī)制造集團(tuán)、聯(lián)合發(fā)動機(jī)制造集團(tuán)以及大量科研機(jī)構(gòu)參與了該項(xiàng)目。例如，全俄航空材料研究院專門進(jìn)行新材料的研發(fā)，中央航空液壓研究院進(jìn)行發(fā)動機(jī)短艙和掛架的氣動外形研究，應(yīng)用機(jī)械研究院則為項(xiàng)目提供物理學(xué)和數(shù)學(xué)仿真模型。

在產(chǎn)品研制思路上，俄羅斯計(jì)劃在PD-14發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上，通過放大和加級的方式來實(shí)現(xiàn)推力增長。這也是目前世界上主流的研制方法，有助于縮短研制周期，降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，減少研發(fā)成本。可以說，在國家政策的大力扶持下，俄羅斯這個(gè)昔日的航空強(qiáng)國，正在一步步實(shí)現(xiàn)它的航空復(fù)興之夢。