航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)專利總體態(tài)勢分析

王昊

（中國煤炭科工集團(tuán)有限公司，北京 100013）

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，潤滑系統(tǒng)一般是為軸承、齒輪提供潤滑油，對它們進(jìn)行潤滑和冷卻，減少磨損、防止銹蝕，同時(shí)，將由機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量帶走，而達(dá)到一定的熱平衡狀態(tài)。潤滑系統(tǒng)控制機(jī)械在一定的工作溫度下正常運(yùn)行，防止由于溫度的過高而導(dǎo)致的零件失效情況的發(fā)生，進(jìn)一步保證機(jī)械能夠更加長久地運(yùn)轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)工作的正常與否直接影響著整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。

以渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)為例，航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)主要由潤滑油箱、潤滑油泵、調(diào)壓活門、油濾、管路、滑油噴嘴組成。其工作過程大致為：潤滑油由潤滑油箱經(jīng)潤滑油泵抽出，進(jìn)入潤滑油泵，壓力增加后經(jīng)過油濾后流出潤滑油附件，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部。在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部沿分流通道分為兩路：一路潤滑傳動(dòng)裝置與軸承前腔，另一路去潤滑軸承中腔與軸承后腔，然后，經(jīng)回油級分別抽回。

由于潤滑系統(tǒng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性和可靠性方面起著重要作用，因此，開展?jié)櫥到y(tǒng)的專利分析是十分重要的。

1 潤滑系統(tǒng)全球?qū)＠暾埢厩闆r

了解潤滑系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)的技術(shù)分布有助于了解該國或地區(qū)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和對技術(shù)的輸出情況。同時(shí)，分析不同國家或地區(qū)在世界范圍內(nèi)的專利布局情況，對我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)的發(fā)展和保護(hù)也有一定的借鑒意義。截至2020年11 月，全球航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)專利申請與授權(quán)情況如圖1 所示。可見全球潤滑系統(tǒng)專利申請可以分為兩個(gè)時(shí)期，2001～2011 年為技術(shù)積累期，在此期間，由于軍事和民用的巨大需求，美國、法國、俄羅斯等國和普惠、羅羅等各大公司紛紛投入大量的經(jīng)費(fèi)和科研力量進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和研究，涌現(xiàn)出了多個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑系統(tǒng)技術(shù)的專利數(shù)量也在平穩(wěn)地上升；2011 年至今，為技術(shù)快速發(fā)展期，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢以及大國之間的軍力的競爭越來越激勵(lì)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，發(fā)展迅猛，在此期間，我國籌備航空發(fā)動(dòng)機(jī)重大專項(xiàng)，投入萬億資金進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，歐美俄等主要國家也加大了對航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制。由此可見，隨著投入的不斷加大，國家的重視程度越來越高，未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展將大有前途，越來越快。

圖1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)全球申請趨勢

根據(jù)優(yōu)先權(quán)國別統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析了航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)全球?qū)＠状紊暾垏?地區(qū)分布百分比，通常申請人會(huì)首先在本土進(jìn)行專利申請，之后再以此為優(yōu)先權(quán)向其他國家遞交申請，因此，分析全球?qū)＠状紊暾垏?地區(qū)分布，能夠反映出該國/地區(qū)分布在潤滑系統(tǒng)領(lǐng)域的原創(chuàng)能力。從圖2 中可以看出，就主要分布地區(qū)來看，排名第一的是美國，其專利申請總量占全部總量的41%，日本和俄羅斯（包括前蘇聯(lián)）并列第二名，其專利申請總量均占全部總量的12%，第三名是法國，其專利申請總量占全部總量的11%，我國緊隨其后，其專利申請量占全部總量的8%。由此可見，美國作為世界第一強(qiáng)國，其技術(shù)研發(fā)依然具有巨大的優(yōu)勢，日本由于具有二戰(zhàn)后相關(guān)條約的限制，發(fā)展不及美國，但依然領(lǐng)先于我國，而俄羅斯由于蘇聯(lián)解體的影響，以及國內(nèi)經(jīng)濟(jì)形式的不穩(wěn)定，其技術(shù)發(fā)展和技術(shù)研發(fā)活躍度已經(jīng)大大落后于美國，法國由于具有世界知名的航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制公司，其申請活躍度也比較高，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對外開放的程度越來越高，其潤滑系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展也在不斷前進(jìn)，而作為世界工業(yè)強(qiáng)國，德國和英國的專利申請量卻較少，究其原因，德國可能是因?yàn)槠錄]有比較知名的航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司，英國可能是由于近幾年其國內(nèi)第一大航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商羅羅公司連續(xù)20 個(gè)月出現(xiàn)了5 次盈利預(yù)警，造成了對研制投入的經(jīng)費(fèi)降低，從而造成了申請減少。

圖2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)主要申請地區(qū)比例趨勢

近年來，國內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)企業(yè)已經(jīng)將潤滑系統(tǒng)作為未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)升級的主要技術(shù)方向的情況下，也加大了潤滑系統(tǒng)技術(shù)的引進(jìn)開發(fā)和自主研究。

對比圖3 中的主要公開地區(qū)比例和圖2 中的主要申請地區(qū)比例可以看出，公開的地區(qū)分布更平衡一些，與主要申請地區(qū)占比相比，美國、英國，法國有所下降，可見其技術(shù)輸出的較多，中國、日本、俄羅斯的占比上升，可見其技術(shù)輸入較多。所有申請中，在歐洲專利局公開的占15%，在WIPO公開的占8%，可見，各國也開始充分利用國際合作組織提供的便利條件進(jìn)行專利布局，提高專利布局的效率。

圖3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)主要公開地區(qū)比例趨勢

2 全球?qū)＠暾堉饕暾埲思凹夹g(shù)流向

據(jù)統(tǒng)計(jì)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)領(lǐng)域全球申請量前五的公司分別是美國的聯(lián)合技術(shù)公司(UNAC)，世界知名的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造服務(wù)商普惠公司是聯(lián)合技術(shù)公司的業(yè)務(wù)部門，法國的斯奈克瑪公司（SNEA），美國的通用電氣公司(GNEN)，英國的羅羅公司(RORO)，中國的沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司（CHAV）。其中前五的申請量占全部申請量的45%，可見在潤滑系統(tǒng)領(lǐng)域中，專利申請的集中度較高，從申請人的排名中也能明顯看出美國的優(yōu)勢，在前五的公司中，第一和第三都是美國的公司，而我國也有一家公司進(jìn)入前五，可見雖然起步較晚，但是，隨著國家的重視，我國該技術(shù)的發(fā)展也處于一個(gè)較為活躍的階段。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域主要申請人公司占絕對優(yōu)勢，占92%，而研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)和個(gè)人只占很少的一部分。這是由于此技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)不僅需要具有較高知識(shí)水平的技術(shù)人員，還需要投入大量的資金，研究門檻比較高，而研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)和個(gè)人都很難獲得大量的研究資金進(jìn)行研究，只有公司可以投入大量的資金和人力進(jìn)行研究，從而改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)。該領(lǐng)域的技術(shù)申請主要還是以獨(dú)立申請為主，占89%，合作申請占11%(此處的合作申請包括公司—公司、公司-研究機(jī)構(gòu)兩種類型的合作申請)。合作申請中比較有名的是由美國普拉特&惠特尼公司(Pratt &Whitney)、英國羅爾斯?羅伊斯公司(Rolls-Royce plc)、日本航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司（JAEC：Japanese Aero Engines）和德國航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司（MTU Aero Engines）合資設(shè)立的國際航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司，由美國通用電氣公司和普拉特&惠特尼公司投資各占50%而設(shè)立的發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)盟有限責(zé)任公司等。這些公司之間的合作不僅可以更好地占據(jù)市場，同時(shí)，也分擔(dān)了生產(chǎn)成本和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 是潤滑系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)流向圖，其中縱軸表示技術(shù)原創(chuàng)國或地區(qū)，橫軸表示技術(shù)輸入國家或地區(qū)。從技術(shù)流向圖中可以看出，潤滑系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)分布非常不均勻，分析進(jìn)入某一地區(qū)的專利公開情況，對于了解潤滑系統(tǒng)技術(shù)在該地區(qū)的技術(shù)發(fā)展有重要意義。國外大企業(yè)都熟稔“市場未動(dòng)，專利先行”的圈地戰(zhàn)略，面對競爭日益激烈的市場，不管是一個(gè)地區(qū)還是一個(gè)公司，要想在國際舞臺(tái)上形成氣候，必須先進(jìn)行專利布局。因此，通過對在美國、歐洲、日本、中國、韓國、英國、法國、德國和俄羅斯公開的在潤滑系統(tǒng)領(lǐng)域的專利申請進(jìn)行分析，主要的動(dòng)向如下：

圖4 潤滑系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)流向圖

美國：具有絕對的領(lǐng)先地位，是主要的技術(shù)輸出國，在韓國、英國、法國、俄羅斯等國的技術(shù)輸出較少，日本、中國和德國布局較多，這主要得益于美國具有多個(gè)知名航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司。

日本：相關(guān)申請較少，在法國和俄羅斯沒有專利布局，本國公開較多，技術(shù)輸出不明顯。

中國：幾乎沒有技術(shù)輸出，僅在日本和韓國有極少量的布局。

韓國：申請極少，該領(lǐng)域的研究幾乎為空白。

英國：總體申請量不多，與其航空大國地位不相符，在中國、韓國和俄羅斯沒有專利布局。

法國：申請量第二大的國家，是主要的技術(shù)輸出國，但在韓國和英國布局較少。

德國：申請量僅次于法國，也具有相應(yīng)的技術(shù)輸出，但是，主要技術(shù)輸出國是美國。

俄羅斯：主要是布局本國，在海外的布局極少，僅在美國進(jìn)行了極少量的專利布局。

3 結(jié)語

本文主要通過對相關(guān)專利統(tǒng)計(jì)定量分析與重要專利定性分析相結(jié)合的方式，對航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑技術(shù)專利狀況進(jìn)行了深入分析研究。總體上看，美、歐、法、德等發(fā)達(dá)國家或地區(qū)已在該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)上取得明顯優(yōu)勢，并在專利布局上積極行動(dòng)，優(yōu)勢企業(yè)在全球范圍內(nèi)廣泛申請專利，已形成了較系統(tǒng)與完善的專利布局體系，這對我國發(fā)展自主技術(shù)構(gòu)成了一定阻礙。反觀我國在該領(lǐng)域技術(shù)起步晚，發(fā)展慢，創(chuàng)新度不高。

潤滑系統(tǒng)全球?qū)＠暾埩靠傮w上呈現(xiàn)上漲的趨勢。航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的專利申請人較為集中，技術(shù)創(chuàng)新主要集中在美、日、法、俄等國，涉及的公司主要是通用電氣公司、聯(lián)合技術(shù)公司、斯奈克瑪公司和羅羅公司等幾大國外企業(yè)，以及中國的沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司。來自美國的技術(shù)創(chuàng)新主體的專利申請量占全球總申請量的41%，位居全球首位。俄羅斯、日本和法國技術(shù)創(chuàng)新主體的專利申請量全球總申請量的12%、12%、11%。

目前，我國主要從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的申請人以公司獨(dú)立申請為主為主體，公司與公司之間的聯(lián)合、公司與科研院所和高校的聯(lián)合申請較少，這不僅不利于該行業(yè)的健康發(fā)展，不利于我國合理地利用資源減少重復(fù)申請的浪費(fèi)，對高校/科研院所自身而言也是對資源造成的極大浪費(fèi)。如果能建立企業(yè)與企業(yè)之間、企業(yè)與高校/科研院所之間技術(shù)研發(fā)與成果共享對接渠道，通過市場化的技術(shù)和專利轉(zhuǎn)讓方式，使得有效專利在市場得到充分利用，減少重復(fù)研發(fā)和申請?jiān)斐傻睦速M(fèi)，提高效率實(shí)現(xiàn)價(jià)值。