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中国将成立国家航空发动机集团 深度解析航发上升为国家战略

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导读 ID:AerospaceWorld
 中国将成立国家航空发动机集团 总资产或达1450亿 | 深度解析


国家层面整合重组发动机产业  坚定不移攻克难关


据外媒援引不愿具名知情人士消息报道,中国最快本月将宣布成立国家航空发动机集团公司,将分散在相关公司的航空发动机业务整合注入该集团。

 

相关资产涉及40多家单位,几乎包括中国所有航空发动机相关研制单位,总资产达1100亿元人民币。

 

中国政府和包括中国航空工业集团在内的多家国有企业还将再向新成立的公司合计投资约350亿元。

 

中国国资委、工信部和中航工业目前均没有立即置评。

 

注:不愿具名知情人士201510月称,中国正计划成立一家国家航空发动机集团公司。


航空发动机产业被喻为现代工业皇冠上的明珠


航空发动机技术被誉为现代工业“皇冠上的明珠”,是一个国家科技、工业、经济和国防实力的重要标志。航空制造是制造业中高新技术最集中的领域,整个制造过程对材料、工艺、加工手段、试验测试等都有极高的要求,而航空发动机技术则是高新技术中的尖端代表。航空发动机的特点在于其工作状况复杂、制造要求高、研制周期长、研制费用高。

 

指导美军21世纪联合作战的纲领性文件《2020年联合设想》中,提到构成美国未来战略基础的九大优势技术,其中航空发动机排在第二位,位于核技术之前。

 

目前,世界多国争相发展第五代战机,在第五代战机的“4S”标准中,“超音速巡航”和“超机动性”都主要是由航空发动机的性能决定的。另外在“隐身能力”方面,发动机进气道的雷达反射量约占飞机雷达总反射量的1/4,飞机的红外特性更是与航空发动机密切相关。

 

中国的航空工业经过60年的发展,取得了举世瞩目的巨大成就。然而,与世界航空强国相比,航空发动机领域仍是中国航空工业面临的“软肋”or最大“瓶颈” 。


研制高性能航空发动机难在哪儿? 中国差距在哪儿?


研制高性能的航空发动机本身就是一项难度极大的系统工程。

 

这种难度首先体现在,高性能的航空发动机要求通过不断结构创新,才能达到先进的总体设计和高循环参数要求。 

其次,研制航空发动机难在,超过极限的参数要求最终都要落实到发展尖端的材料、制造工艺上。


第三,研制航空发动机还难在,航空发动机的制造是现代技术和传统技艺的集成。

 

最后,研制航空发动机还难在航空发动机的技术本身不成熟,现在还是实验性技术。航空发动机的研制和发展是一项涉及空气动力学、工程热物理、机械、密封、电子、自动控制等多学科的综合性系统工程,航空发动机内部的气动、热力和结构材料特性是如此复杂,以至于到目前为止,仍然不能够从理论上给予详尽而准确的描述,只能依靠实际发动机试验。


中国必须清醒地看到与世界先进水平的差距,以及研发高性能国产航空发动机的紧迫性。目前我国军用发动机种类不全,民用发动机量产几乎是空白。

 

著名航空动力专家刘大响院士曾撰文认为中国航空发动机研制较世界先进水平主要存在五点较大差距:


1.基础研究薄弱,技术储备不足,试验设施不健全;

2.国家经济相对落后,研制经费严重不足;

3.对发动机的技术复杂性和研制规律认识不足;

4.基本建设战线过长、摊子过大、力量过散、低水平重复;

5.管理模式相对落后,缺乏科学民主的决策机制和稳定、权威的中长期发展规划。

 

打造国产航发已经上升为国家战略


为了弥补中国航空制造业一直以来“最短的一块板”,一个专事研发制造航空发动机及相关产品的国字号新企业平台距离剥离中国航空工业集团公司(下称中航工业)并最终打造成型只差最后一步。

 

此前,中国航空工业集团旗下上市公司中航动力、中航动控和成发科技201510月公告称,按照国家有关部门的安排,目前正在制定中航工业下属航空发动机相关企(事)业单位业务的重组整合方案,涉及公司实际控制人发生变更,中航工业预计不再成为公司的实际控制人。


  这个结果并不意外,从有这个意向开始至今已经两年左右,高层早已定调一定要打造一个专门的发动机研发制造平台,只是用什么方式来整合重组,以及涉及到众多上市或非上市公司的调整问题。

 

  中航工业在2009年联合上海电气集团等国有企业共同发起成立了中航商用航空发动机有限责任公司(下称中航商发),其主要目标是为解决国产大涵道比发动机研发、制造、装配、试车、服务等方面需求而打造的一个平台。中航商发此前成立的一个最重要目的,则是为正在研发中的国产干线客机C919提供一种动力选择,其竞争对手是美国通用电气和法国斯奈克玛公司合资成立的CFM国际公司,这也是目前世界上最大的单通道客机动力提供商。但CFMC919研发的LEAP-1C型发动机已经在7月下旬交付给中国商飞,C919客机也即将正式下线,而中航商发对标LEAP-1C所研发的大涵道比发动机SF-A却仍然没能拿出成型的产品。而目前中航商发正在研发中的另一款大推力发动机CJ-1000A计划在2016年制造出验证机,并在2020年完成适航取证,这一发动机也计划用于C919系列飞机,但据一位接近中国商飞的人士看来,CJ-1000A研发的进度目前并不乐观。“SF-A在技术上只能达到CFM在35年前研发的CFM56-3的水平,完全没法跟LEAP-1C竞争,或许正是因为对中航商发此前的工作不够满意,坚定了中国政府将发动机制造单独分拆成立全新平台的决心。

 

  据知情人士透露,尽管中航工业内部对此并不情愿,但因为是高层直接授意的方案所以最终只能接受被分拆的命运。而发展航空发动机与燃气轮机已经进入最新的政府工作报告,并将获得超千亿元的资金支持,因此这一新平台几乎可以说是在万众瞩目之下“含着金钥匙出生”。


下面我们看下中国制造2025对航发的期待。


中国制造2025之航空发动机篇

3.2 航空发动机

航空发动机产业是指涡扇/涡喷发动机、涡轴/涡桨发动机和传动系统以及航空活塞发动机的集研发、生产、维修保障服务的一体化产业集群。航空发动机产业链长,覆盖面广,对国民经济和科技发展有着巨大带动作用。

3.2.1 需求

未来十年全球涡扇/涡喷发动机累计需求总量将超 7.36 万台,总价值超4160 亿美元;涡轴发动机累计需求总量超3.4 万台,总价值超190 亿美元;涡桨发动机累计需求总量超1.6 万台,总价值超150 亿美元;活塞发动机累计需求总量超3.3 万台,占60%以上通飞动力市场,总价值约30 亿美元。同时,国内干线客机对大型涡扇发动机的市场累计需求总量超 6000 台,总价值超500 亿美元,而低空空域的开放也将进一步刺激通用飞机对涡轴、活塞等发动机的需求量。

3.2.2 目标

2020 年, CJ-1000A 完成型号研制;1000kgf 级涡扇、1000kW级涡轴等完成论证和型号研制;航空活塞发动机实现产业化;部分产品开始抢占国内飞机市场,开拓售后服务市场,进一步扩大中国航空发动机产业。

2025 年, CJ-1000A 商业服役;1000kgf 级涡扇、1000kW 级涡轴等重点产品完成适航取证;5000kW 级涡桨等完成型号研制。实现自主研制的首型先进大型民用涡扇发动机在国内商业服役,使中国航空发动机产业进入世界第一梯队。

3.2.3 发展重点

1. 重点产品

1)大涵道比大型涡扇发动机

CJ-1000A 涡扇发动机,用于国产干线客机C919

宽体客机涡扇发动机,用于中俄联合研制的宽体客机。

(2)中/小型涡扇/涡喷发动机

7000-11000kgf 级齿轮传动涡扇发动机,用于喷气支线飞机。

5000kgf 级涡扇发动机,用于喷气支线飞机或公务机。

1000kgf 级小型涡扇发动机,用于7-8 座轻型公务机。

(3)中/大功率涡轴发动机

1000kW 级涡轴发动机,用于新型5 吨级直升机。

8000kW 级大功率涡轴发动机,保障未来重型直升机需求。

(4)大功率涡桨发动机

5000kW 级涡桨发动机,用于未来涡桨支线客机及中小型运输机。

(5)航空活塞发动机

200kW 航空活塞发动机,重油、航空生物燃料等安全低碳燃料,功重比大于3,耗油率不大于235g/kWh,直联输出活塞发动机,用于轻型通用飞机和无人机。  

2. 关键零部件

(1)先进大涵道比风扇系统

宽弦弯掠设计的钛合金/树脂基复合材料风扇和复合材料风扇机匣,涵道比>8,级压比达到1.6

(2)先进高级压比高压压气机

级数9-11、压比>20 的多级轴流式高压压气机。

(3)先进低污染燃烧室

出口温度>1700K,满足国际民航组织 CAEP/8 COxUHCNOx 和烟排放要求。

(4)单晶/陶瓷基复合材料高压涡轮叶片

单晶/陶瓷基复合材料,耐温能力>1700K,效率>0.912 级总膨胀比>4.8

(5)先进健康管理系统

含状态监视、故障诊断与处理、故障预测和寿命管理,能显著提高任务安全性和可靠性,并降低寿命周期成本。

(6)先进高性能长寿命传动系统

含长寿命重载轴承、高功率减速器和高转速传动系统,转速>20000rpm,轴承 TBO>5000 小时,最大传递功率>3000kW,减速器最大功率>15000kW。  

(7)先进全权限数字电子控制系统

飞行/推进综合主动控制,耐温能力>220℃,系统成本降低50%-60%

3. 关键共性技术

(1)先进总体设计及验证技术

含先进航空动力总体设计与集成验证技术,飞发一体化设计与验证技术等。

(2)高效高稳定裕度压缩系统技术

含低噪声大尺寸风扇/增压级技术,轴流/离心/组合压气机技术,高速螺旋桨/桨扇系统技术等。

(3)高性能、低排放燃烧室技术

含高热容环形/回流燃烧室技术,陶瓷基复合材料燃烧室技术,低排放组织燃烧技术、长寿命火焰筒技术等。

(4)高负荷、高效率、长寿命涡轮技术

含单晶/陶瓷基复合材料涡轮叶片技术,无导叶对转涡轮技术,变转速动力/低压涡轮技术等。

(5)先进航空发动机设计/试验/综合维护保障技术

含先进信息化技术,以及设计/试验/制造/维护保障一体化平台技术等。

(6)航空发动机关键件再制造技术

含涡轮叶片、涡轮盘等关键件再制造、无损检测、涂层恢复技术,再制造/设计制造共用技术等。

3.2.4 应用示范工程

1. 航空发动机集成验证技术应用示范工程

形成航空发动机整机试验体系,建设整机地面试验台、高空试验台、飞行试验台等共性平台,以应用于航空发动机集成验证示范。

2. 航空发动机先进材料与制造应用示范工程

形成先进材料与制造研发体系,建设钛合金、高温合金、先进复合材料等的绿色制造、精确制造和智能制造的研发与验证体系,推广在航空发动机行业的应用,以满足研制周期和经济可承受性需求。

3. 商用航空发动机运营示范工程

开展商用航空发动机适航取证和运营示范,不断提升产品性能和安全性,提高航空发动机市场竞争力,以满足航空公司和乘客的需求。

4. 航空发动机智能化生产线示范工程

运用数字化、信息化、智能化技术升级发动机生产线,实现设计、制造数字化交互协同,建成典型航空发动机产品的智能化生产线,具备敏捷制造和柔性制造能力,满足航空发动机快速研发和智能生产的需求。  

5.航空发动机关键件再制造示范工程

利用先进的表面工程等再制造技术,实施航空发动机涡轮叶片、涡轮盘等关键件再制造,建立航空发动机再制造与设计制造的反哺互动机制,研发攻关发动机再制造关键专用装备。

3.2.5 战略支撑与保障

1. 加强航空发动机发展顶层规划,尽快实施航空发动机重大专项,为航空发动机产业战略升级奠定基础。

2. 加大国家战略性新兴产业来培育航空发动机市场,通过适航当局的适航取证和国际适航双边协议,为国产航空发动机参与国际竞争创造条件。

3. 构建航空发动机智慧创新平台,建成智能化的产品设计/制造/试验/服务保障一体化平台,促进发动机产业发展。

4. 加强航空发动机适航能力和人才队伍的建设,提高适航审定和验证能力,增加适航审定机构和人才队伍,满足民用航空发动机产业发展需求。

5. 加强航空基础技术投入和基础工业建设,强化材料制造等通用/基础技术工程化应用开发,推进航空发动机自主创新发展。


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