一、F-135型渦扇發動機(美國)
美國的F135發動機是基于F-22的F119發動機的核心機和主要結構研制的。F135發動機加力推力超過18噸,推重比超過10。其中,用于F-35B的型號不但使用了R79發動機的技術,還集成了著名的發動機巨頭羅爾斯·羅伊斯公司的升力系統,讓該機能夠實現短距起飛垂直降落(STOVL)。
F135,是由美國著名的普拉特·惠特尼公司研制的加力渦扇發動機,最大推力超過18噸(4萬磅),F135發動機是基于F-22的F119發動機的核心機和主要結構研制的。由于美國海軍陸戰隊與英國皇家海軍預計采用的F-35B戰斗機必須能夠做到垂直起降,因此,F135也可以加上向下彎折的三軸承旋轉噴管。但是這個噴管只有在垂直起降的場合使用,可以大大地縮短起飛、降落距離。而其他F-35則不使用這項設計。
F135使用了F119的核心機,配合高效的6級高壓壓氣機,1級高壓渦輪和高效的風扇(由一個2級的低壓渦輪驅動)。F135采用了BAE系統公司的全權數字式發動機控制系統(FADEC),為了提高發動機的可靠性和可保障性,F135大量采用外場可替換部件(LRC),其零部件數量比F119減少了大約40%。F135發動機是F119發動機的衍生型。
F135發動機采用與F119發動機基本相同的核心機。為提高推力,增加了發動機的空氣流量和涵道比,提高了發動機的工作溫度;為了獲得短距起飛和垂直著陸能力,垂直起降型增加了新穎的升力風扇、三軸承旋轉噴管、滾轉控制噴管。其3級風扇采用超中等展弦比、前掠葉片、線性摩擦焊的整體葉盤和失諧技術,在保持原風扇的高級壓比、高效率、大喘振裕度和輕質量的同時,將風扇的截面面積增加了10%-20%。6級壓氣機與F119發動機的基本相同。
安裝了F-135發動機的F-35也是有史以來,全世界機體厚度最大最粗壯的戰斗機,外號被稱為"。F-35戰機的一個特點就是機體的迎風阻力很大,高空的最大飛行速度能達到1.6馬赫左右,這些都是拜F-135發動機所賜,
二、F-119渦扇發動機(美國)
美國的F-119型航空發動機是一款雙轉子加力式渦輪扇發動機,是F-22戰機的指配航發,在不開加力的情況下就可輕松實現超音速巡航,其強大的推力可使F-22具備短距起飛的能力,該發動機還采用了一定的隱身設計。
F119低涵道比渦輪風扇發動機,是普拉特·惠特尼公司為美國第四代戰斗機項目研制的先進雙轉子加力渦扇發動機,其設計目標是:不加力超音速巡航能力、非常規機動和短距起降能力、隱形能力(即低紅外和雷達信號特征)、壽命期費用降低至少25%、零件數量減少40~60%、推重比提高20%、耐久性提高兩倍、零件壽命延長50%。
在80年代初,確定的循環參數范圍是: 涵道比0.2~0.3;推重比大于10;總增壓比23~27;渦輪進口溫度1577~1677℃(1850K~1950K);節流比1.10~1.15。F119發動機裝備了美國的F-22戰斗機、YF-23試驗機。
F-119發動機是世界上最先進的發動機之一,F119渦輪風扇發動機是雙轉子小涵道比加力渦扇發動機,是采用可上下偏轉的二維矢量噴管、偏轉角度達20度且推力和矢量由數字電子系統控制的一種發動機。最大推力可以達到18噸左右,F-119出色的性能保證了F-22很長時間內坐穩了世界戰斗機榜首的位置
F119是為美國第四代戰斗機(若按俄羅斯標準是第五代)F-22研制的推重比10一級的加力式渦扇發動機,它采用了普惠公司多年的經驗和新技術,尤其在結構和性能上代表了已經投產的發動機的最高水平。截至2011年6月,普惠公司向空軍交付了466臺F119發動機,累計飛行時間超過38萬小時,其中20萬小時是作為F-22的動力裝置。
在F119基礎上,普惠公司再次推出F135,成為美國另一種正在研制中的第四代主力戰機F-35“閃電”II的惟一動力,迄今已經交付23臺,累計飛行1000架次、1450飛行小時和110次無缺欠垂直著陸,試飛完好率保持在98%。
因此,F119和F135是今天美國兩種四代機唯一投產的發動機,成了令普惠公司最值得自豪的事情。2011年5月初,普惠公司把一臺試飛用的F135捐贈給美國國家航空航天博物館。
1983年9月,美國空軍同時授予普·惠公司和通用電氣公司資金各為2億美元,為期50個月的驗證機合同。普·惠公司的PW5000是一種強調應用成熟技術的常規設計;而通用電氣公司的GE37則是一種新穎的變循環發動機,其涵道比可在0~0.25之間變化。
此后,這兩種驗證機分別編號為YF119和YF120,并于1986年10月和1987年5月開始地面試驗。經過廣泛的地面試驗和安裝在YF-22和YF-23上的初步飛行試驗后,1991年4月,F-22/F119組合被選中。根據美軍方有關人士談到選擇F119的原因時說,由于F120技術復雜,尚未經實際驗證,因而研制風險較大,而且變循環設計也增加了結構和控制系統的復雜性和重量,因此,維修比較困難,壽命期費用比較高。
在選擇發動機時,主要考慮風險和費用兩個因素,而在技術先進性沒有起到關鍵作用。尤其是F119已積累3000多地面試驗小時,而且其中1500h帶二元矢量噴管試驗。
在F119上采用的新技術主要有: 三維粘性葉輪機設計方法、整體葉盤結構、高紊流度強旋流主燃燒室頭部、浮壁燃燒室結構、高低壓渦輪轉向相反、整體式加力燃燒室設計、二元矢量噴管和第三代雙余度FADEC。此外,還采用了耐溫1070~1100℃的第三代單晶渦輪葉片材料、雙性能熱處理渦輪盤、阻燃鈦合金Alloy C、高溫樹脂基材料外涵機匣以及用陶瓷基復合材料或碳-碳材料的一些靜止結構。
在研制中,注意了性能與可靠性、耐久性和維修性之間的恰當平衡。與F100-PW-220相比,F119在外場可更換件拆卸率、返修率、提前換發率、維修工時、平均維修間隔時間和空中停車率分別改進50%、74%、33%、63%、62%和29%。在研制中,為滿足提高推力的要求而增大風扇直徑,還遇到了風扇效率低、耗油率高和低壓渦輪應力大的問題。F119在1997年交付第1臺生產型發動機,裝F119的F-22戰斗機將于2002年具備了初步作戰能力。
參考航空發動機大國美國及俄羅斯數據,若要成功研制一款發動機,往往都是經過幾十臺試驗發動機,且具有成千上萬地面和空中試驗小時堆出來的經驗。美國研制F119用了84臺試驗發動機。俄國研制ali31-f用了51臺試驗發動機。上不封頂,哪怕是完成地面測試,也需要數臺試驗發動機。
三、WS-15發動機(中國)
中國的WS-15型航空發動機被稱之為“峨眉”,是中國研發的一款小涵道比矢量渦扇發動機,是殲-20戰機的指配航空發動機。由中國的606/624/614所和113/410/430廠等組織研發,技術驗證機于2006年就已試車成功,于2014年最終定型,保節點是在2020年全面完成研發并裝配殲-20戰機。
WS-15型航空發動機研發成功,標志著我國在自主研制航空發動機的道路上實現了歷史性跨越,特別是在研制我國第四代戰斗機的征程上邁出了堅實的一步。2011年中航黎明完成了ws-15驗證機的交付。
從之前中國燃氣渦輪研究院(624所)工作會上獲悉,推重比為9的渦輪風扇航空發動機的核心機已于2005年7月上旬在臺架運轉試車時,各種性能完全達到了設計指標,轉速推到地面最高轉速(換算轉速102.2%)。"峨眉"航空發動機的技術驗證機在2006年5月首次臺架運轉試車成功。2013年3月發動機完成設計定型試驗。
中俄早在1992年春天就展開了談判,時間達3年。主要是因為俄羅斯的經濟狀況很差,尤其用于軍工科研的經費非常少,同時因為在92年明斯克馬丘麗莎會議雅克-141被終止后,R-79發動機沒有了失去了對象,同時也沒有其他的戰斗機使用此發動機,所以,"聯盟"航空發動機科研生產聯合體(原圖曼斯基發動機設計局)的經濟狀況非常差,就是在這種狀況下,1995年6月,中俄簽訂了轉讓R-79發動機生產許可證的協定。
1996年8月,俄羅斯的"聯盟"航空發動機科研生產聯合體向中國方面交付了R-79發動機的全套設計圖紙及技術資料 ,特別是引進了制造R-79發動機核心機的生產設備及生產制造工藝資料。遺憾的是,用于雅克-141的R-79B-300發動機矢量噴管技術卻沒有得到。
1998年,亞洲金融危機讓俄羅斯經濟再次陷入多重危機,中國此時不僅購買了用于雅克-141的R-79B-300發動機矢量噴管技術,同時也取得了莫斯科聯盟航空發動機科技集團研制的推力為20噸的R179-300發動機設計方案和R-79M的設計圖紙和技術資料。R179-300發動機是為垂直起飛殲擊機雅克141研制的R-79V-300發動機的進一步發展。
1996年初,江和甫協同劉大響院士負責組織"九五"國防重大背景(垂直起降殲擊機的計劃)的預研項目——某新型渦扇發動機(以R-79發動機為基礎進行深度開發)關鍵技術預研工作。組織完成R-79發動機的核心機的測繪仿制工作、R-79發動機的高壓壓氣機、燃燒室、渦輪三大核心部件等比例的測繪仿制工作。
624所在取得了莫斯科聯盟航空發動機科技集團研制的推力為20噸的R-79-300發動機設計方案和R-79M的設計圖紙和技術資料后, 研制了YWH一30-27核心機。YWH一30-27核心機就是以R-79發動機核心機為基礎進行深度開發的。CJ-2000是以YWH一30-27核心機為基礎進一步開發的,WS-15是CJ-2000的型號研制的代號。
我國研發了最先進的渦扇-15發動機,其推力將達19噸,推重比達到10左右,性能將接近美軍F35的F135發動機。盡管國產發動機的材料和工藝較美國仍有很大差距,但能在推力和推重比等關鍵指標方面趕上美國先進水平已十分不易。如果從90年代項目全面啟動來看,國產發動機用30年時間事實上打了一場漂亮的翻身仗。未來隨著渦扇-15不斷成熟,殲-20將徹底告別“心臟病”的困擾。
長久以來
,國產發動機的推重比一直上不去,一個是材料問題,另外一個是設計和加工的問題。北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室之前表示,具有中國獨立自主知識產權的新一代航空航天發動機用材料、高溫高性能高鈮鈦鋁合金材料將步入產業化階段。新型合金可提高渦扇葉片的耐高溫能力,同時能夠提高發動機進氣口溫度,添加發動機推力。相比歐美日本等國家用的鎳基耐高溫合金,中國研制高鈮鈦鋁合金耐高溫密度超過一半,更加關鍵的是,由于高鈮鈦鋁合金的密度低一半,能夠大大減輕發動機的重量,從而極大提高了發動機的推重比。
四、AL-41渦扇發動機(俄羅斯)
俄羅斯的AL-41第五代航空發動機,是留里卡土星公司的產品,已成為俄羅斯第五代戰斗機通用的發動機,該發動機的發展基礎是留里卡設計局開發的AL-31系列,1985 年開始研制, 總設計師是車金博士。
AL-41第五代航空發動機是一款俄羅斯為當時新型戰斗機設計的渦扇發動機。其早期型號AL-41F1A是由AL-31F發動機發展而來,即為AL-31的117S型,用于蘇-35BM和PAK-FA的早期原型機T-50。而后期真正的AL-41F具備了全新的內核,最初是為米格1.44設計的,將用于之后的俄羅斯五代機PAK-FA。
AL-41是俄羅斯土星公司從上世紀80年代開始研制一款五代機通用型航發,前型為AL-31系列,從當前俄羅斯官方披露的性能數據來看,AL-41無論是從加力還是推力都要優于美國的F-119型,最大的短板就是壽命僅為后者的40%左右。
俄羅斯第四代半戰斗機蘇-35S戰機采用了全新的航電系統,其機載雷達是雪豹無源相控陣雷達,據稱這款雷達的作用距離約350-400公里,在對空模式下,可以同時跟蹤30個空中目標,并且同時攻擊其中8個;對地攻擊時,可以同時精確攻擊4個地面目標。據稱這款雷達也是目前作戰性能最強的無源相控陣雷達。可以說蘇-35S也是目前俄羅斯空軍現役戰機中最先進的機型。
蘇-35S戰機另外一個特點是裝備兩臺AL-41F1S渦扇發動機,這款發動機單臺最大推力約86千牛,最大加力推力約142千牛。這款發動機曾經計劃裝配米格1.44戰斗機,后來這款發動機開始配裝蘇-35S戰斗機和早期的蘇-57戰斗機。
五、WS-10B發動機(中國)
WS-10B型發動機是在“太行”發動機核心機的基礎上進行重構升級,融合了俄羅斯AL-31系列發動機的部分設計理念,總計突破100余項核心技術,當前已開始大批量投產,主要裝配在中國的殲-10系列、殲-11B和殲-20(技術驗證)等戰機上。
殲-10B的高機動性能,得益于WS-10B太行矢量發動機輸出源源不斷的強勁動力,推力可達13.5噸以上,除了裝備殲-10B戰機以外,也非常適合殲-11BS、 殲-16 這類多用途機型, 加速時間不須太苛刻,但上下推力值大,可靠性非常高。 一般認為WS-10B性能更優異,畢竟是一款矢量發動機,通過尾噴管偏轉,利用發動機產生的推力,獲得附加的控制力矩,實現飛機的姿態變化控制。因此,殲-31一旦裝備WS-10B矢量發動機,機動性能將更加突出,
對于WS-10,之前全國政協委員、殲-15艦載機總設計師孫聰在接受中新社記者采訪時透露,"我們讓外界震驚的不僅是技術,還有速度。"孫聰介紹說,"目前,殲-15采用的是WS-10,是國產發動機,根據載彈量的不同,作戰半徑可達到1000公里左右,在火控雷達、制導導彈等方面也取得較大進步,各項指標已達世界第三代艦載機水平。"
六、AL-31FN渦扇發動機(俄羅斯)
AL-31FN型航空發動機是上世紀70年代研制的,其前身為AL-21F,是俄羅斯當前出口量最大、裝配最廣泛的一款三四代戰機的通用型發動機,主要裝配在蘇-27、蘇-30、蘇-35等系列戰機上。AL-31F的結構形式是雙轉子加力式渦輪風扇發動機。推力范圍:加力12250daN,中間7620daN。每臺價格300萬美元。
蘇-27系列飛機是當今世界上典型的第三代殲擊機,自問世以來,曾經創造了快速爬高的多項世界紀錄,尤其是普加喬夫駕駛的蘇-27飛機還首創了著名的高難度"眼鏡蛇"機動飛行動作。俄媒稱,俄羅斯戰略與技術分析中心專家瓦西里·卡申曾經指出,AL-31FN由用于裝備蘇-27/30雙發重型戰斗機的AL-31發動機發展而成,是俄方專門針對中國空軍最新型的殲-10單發戰斗機研制的。他表示,殲-10是中國自行研制的第一種第四代戰斗機,堪稱中國航空工業的驕傲。
AL-31F發動機,無疑是一臺十分優秀的第四代軍用渦輪風扇發動機,由于它在蘇-27及其改進型蘇-30MK、蘇-33和蘇-35等型號上的采用,因此,該型號的改進型發動機即使到了2015年左右依然能夠在國際軍機發動機市場中占有一席之地,并且AL-31F系列發動機在國際市場上將具有較強競爭力。
作為全球第四代發動機,AL-31F依然有多項參數指標不盡如人意。為適應21世紀的戰爭環境,早期的AL-31F發動機已非改進不可,尤其是推重比和啟動機的啟動海拔高度偏低是它最主要問題。
據業內資深人士分析,要提高AL-31F的推力等級,需采取:一是提高風扇通氣流量;二是提高渦輪前的進氣溫度;三是改善燃燒室組織燃燒的質量,擴大穩定燃燒的工作范圍;四是改善渦輪冷卻氣流控制系統等技術途經。
七、EJ-200渦扇發動機(英國)
EJ200渦輪風扇發動機,是歐洲四國聯合研制的先進雙轉子加力渦輪風扇發動機,用于歐洲聯合研制的90年代戰斗機EFA(現編號EF2000)。參加研制工作的有英國羅·羅公司、德國發動機渦輪聯合公司、意大利菲亞特公司和西班牙渦輪發動機工業公司,它們各占份額33%、33%、21%和13%。1985年8月,先由英、德和意大利三國集團發起EFA計劃,同年9月西班牙加入該集團。1986年12月,負責EJ200發動機研制的歐洲噴氣渦輪公司(Eurojet Turbo GmbH)在慕尼黑注冊。1988年11月簽訂發動機研制合同,同時首臺EJ200設計驗證機在德國慕尼黑運轉。
1989年12月,三臺設計驗證機共積累運轉650h,達到設計驗證機要求。1991年10月EJ200原型機首次運轉。計劃將制造20多臺原型機用于地面和飛行試驗。
EJ200發動機可能的用途有: 垂直/短距起落歐洲戰斗機2000、"狂風"戰斗機改裝、F/A-18、意大利馬基航空公司與巴西航空工業公司合作研制的AMX、"陣風"、巴基斯坦的F-7和印度的LCA戰斗機。
EJ-200型航空發動機研發于上世紀90年代,除了裝配在EF-2000戰機上,還適用于“狂風”、F/A-18、陣風等戰機,是歐洲當前的主流發動機之一。
八、M88渦扇發動機(法國)
M88型航空發動機采用了三維設計技術,分為21個模塊設計,十分有利于快速更換和維修,當前已裝配在了“陣風”戰斗機上,是法國航空航天較為自豪的高精尖產品之一。
M88是為滿足90年代多用途戰斗機研制的一種先進雙轉子加力式渦扇發動機。M88方案研究研發開始于70年代末。1983~1986年第1階段核心機試驗時,渦輪進口溫度為1427℃,1987年第2階段核心機試驗時達到1577℃。
M88-2于1989年3月開始地面臺架試車。1990年2月,在"陣風"D上與一臺F404混裝進行飛行試驗,1992年第三季度完成生產型發動機定型試驗。計劃于1996年交付生產型發動機。
整個研制計劃包括5500地面試驗小時和4000飛行試驗小時,研制費用為16億美元。按照飛機任務要求,在循環參數選擇上采用盡可能高的渦輪進口溫度、中到高的總增壓比和中等涵道比。采用的新技術主要有三維有粘葉輪機氣動計算方法、單晶渦輪葉片、粉末冶金渦輪盤、樹脂基復合材料(PMR-15)外涵機匣、陶瓷基復合材料噴管調節片和余度式全權數字式電子控制系統。
與阿塔9K50相比,M88-2長度短40%,重量輕45%,推重比高88%。初始故障間隔時間100~150h。
法國的戰斗機和攻擊機裝備的發動機,長期以來都是單轉子結構。尤其是“阿塔”系列渦噴發動機幾乎一統了當時法國開發的所有戰斗機、攻擊機和轟炸機的動力系統,即使是“幻影”2000上的M53渦扇發動機,也有著“超級阿塔”的別稱。
事實上,單轉子結構發動機高、低壓段的轉速只能取一個中間值,不能取相應的優化轉速,涵道比也不能過大。假如涵道比過大,其帶來的后果將是加力比小而加力推力不大。
九、WS-13發動機(中國)
WS-13發動機被稱之為“天山”,是在RD-33的基礎上由中俄聯合設計研發,推重比為14,壽命2400小時,主要裝配在中客ARJ21、中運等機型上。
中國自主研發的第四代中推渦扇發動機WS-13,其最大加力推力達到了86KN,基本上領先俄制RD-33發動機。若大修時間和油耗能夠進一步降低,這款發動機的性能有望達到了M-88和EJ-200的標準。
十、RD-93渦扇發動機(俄羅斯)
俄羅斯的RD-93渦扇發動機由克里莫夫公司研發,可達到在近17000米的高空實現2000公里以上的時速,是俄羅斯大批投產的航空發動機之一,其壽命為2000小時,主要裝配在米格-29系列戰機上。
RD-33是第一種量產型發動機,使用于MiG-29和MiG-29UB雙座教練型上。第一代于1976年開始出廠遞交飛機公司。第一代RD-33的翻修間隔(Time Between Overhall,TBO)為300小時,第二代之后提高至1600小時,第三代將可以達到2000小時。
RD-33改良型,提升了渦輪前的燃燒溫度,同時也提高了推力輸出。使用在MiG-29K與MiG-29M上。
全球五大發動機巨頭
全球五大航空發動機生產商分別是美國通用電氣、英國羅爾斯·羅伊斯和美國普拉特·惠特尼、法國賽峰、德國MTU。
1、通用電氣:英文簡寫GE,是全球最大的綜合性動力和設備制造商,它的發動機以可靠性強、性價比高而著稱,歷來被業內認為是“最好”的發動機,比如世界上單臺引擎推力最強的民航發動機GE90、最優越的民用引擎CF6-80C/E、最強大的渦輪軸發動機CT7-8系列都是GE的杰作,值得一提的是,使用廣泛的波音737使用的CFM56發動機也是GE牽頭研發的。
2、羅爾斯·羅伊斯:也是勞斯萊斯,英文簡寫RR,是全球渦扇發動機領域里僅次于GE的品牌,是英國主導的國際型企業。它的發動機市場占有率也相當高,包括波音787使用的低噪音發動機“遄達”1000系列、世界上噪音最小的客機產品A330/340系列使用的“遄達”500/700系列都是RR的杰作,號稱世界最先進中型直升機的AW101使用的RTM332也是RR的產品。
3、普拉特·惠特尼:簡稱普·惠,英文簡寫PW,是全球著名的直升機用渦輪軸發動機、民航及軍用渦槳/渦扇發動機制造商。比如F-16的標配動力之一就是PW的,目前世界上最領先的6噸級中型直升機AW139使用的發動機和我國武直-10目前使用的PT6C-67C都是PW的產品,我們的最先進的支線客機新舟600的引擎也是普惠的技術。
4、法國賽峰:法國賽峰集團是世界一流的航空發動機和設備制造商,擁有四大核心專業: 航空航天推進,航空航天設備,防務-安全和通訊,用于民用及軍用市場的飛機、直升機、導彈、航天推進器及其設備。賽峰集團參與了世界上許多大型航空航天項目,且通過獨立開發或進行合作均位居全球或歐洲的領先地位,其麾下的斯奈克瑪公司承擔了歐洲阿麗亞娜1-5型火箭及液體助推器所用推進系統的設計和研制工作。
賽峰集團長期處于“全球航空航天100強排行榜”前15名的位置,現在是僅次于美國聯合技術(UTC)、GE航空集團的全球第三大航空航天設備供應商。而且從這十多年來的發展看,它就像是法國的“聯合技術(UTC)”一樣。賽峰集團目前主要有六大板塊業務,最主要的是飛機發動機制造,其主力是與GE的合資企業CFMI。CFMI已成長為世界一流的渦扇發動機制造商。事實上,斯奈克瑪(SNECMA)在航空發動機領域實力十分強勁。尤其是1966年推出的奧林巴斯593發動機世界一流水平。賽峰集團掌握著光電、航電、導航、電子及關鍵性軟件領域的尖端技術。賽峰集團研發并銷售用于瞄準鏡、潛望鏡、紅外攝像儀以及多功能望遠鏡的陀螺穩定裝置,并提供世界領先水平的慣性導航系統。賽峰擁有全球領先的技術,包括指紋識別、虹膜識別、面部識別等生物識別技術。
5、德國MTU:MTU為德國戴姆勒-奔馳集團屬下公司,是全球領先的柴油發動機制造商,其柴油發動機功率從35kw-9000kw,廣泛用于艦船、重型汽車和工程機械、鐵路機車。德國MTU作為陸用、水用和鐵路推動系統以及發電設備引擎的供應商,MTU以其領先的技術、高可靠性的產品以及一流的售后服務,在世界范圍內享有盛譽。
MTU一向以輸出功率大、效率高、體積小并且經久耐用而聞名于世,但其偏高的價格也限制了MTU的產品絕大部分只應用在軍艦、坦克、核電、運輸船、鐵路機車等要害領域。目前,世界上絕大部分主戰坦克使用的都是MTU系列柴油機,比如"挑戰者"2E,豹2系列。
美國通用最大特點是軍民并舉。通用航空發動機制造業務規模最大、利潤最高。尤其在營收規模上擁有絕對的優勢,通用是目前全球規模最大的航空發動機制造商。通用的主力拳頭產品是各種發動機。通用在軍用發動機上占據不可替代的地位;在民用發動機領域通用一騎絕塵,通用獨占全球55%的市場份額,在燃氣輪機上實力十分強勁,值得一提的是,LM2500是通用的另一個王牌,并且成為西方國家乃至全球最成功的艦用發動機,裝備了至少29個國家的軍艦。
由于航空發動機業務和譜系最為廣泛,覆蓋了美國大部分軍機及民機。全部幾乎覆蓋了美國空軍所有三代的戰機、轟炸機、攻擊機、武裝直升機,同時還覆蓋了海軍大部分非核動力主力戰艦。F404裝備在美國艦載機主力F-18系列飛機上,還有聞名遐邇的B2隱身轟炸機上的發動機。其唯一的空白,在美軍四代機領域。
全球超過大半的民用客機是嚴重依賴通用發動機的,無論是商用航空還是通用航空。通用單臺引擎推力最強的GE90,它是波音主力777的動力,其中,CF34廣泛用于各個型號的支線飛機和公務機,而CF6-80C/E是最優越的民用引擎,CT7-8系列是最強大的渦輪軸發動機。
英國羅羅最大特點是以民用為主。英國羅羅70%的業務是航空發動機制造。在世界航空發動機市場上,它的市場占有率僅僅次于美國通用。
羅羅拳頭產品是提供寬體客機動力。是全公司的主力拳頭產品。羅羅在航空發動機制造中,民用業務占比曾高達75%,收入占比曾長期保持在50%左右,它80%的訂單為遄達系列,而防務收入僅在15%~20%之間。
羅羅是全球干線客機發動機市場的大鱷之一,它獨立研制的RB211系列三轉子發動機是現如今最成功大型民用航空發動機系列之一,尤其與普惠等聯合研制的V2500發動機是空客A320系列發動機市場的強力競爭者。
實際上,羅羅弱點同樣也不少,比如在波音787飛機上,2019年1月至2020年1月的訂單中,其中羅羅發動機僅22架,而通用高達46架。
羅羅已退出了單通道飛機的競爭,主要放在雙通道飛機市場。值得期待的是,羅羅現正在大力投資新的齒輪式傳動型寬體客機發動機。
美國普惠最大特點是以軍用為主。普惠是以活塞式航空發動機起家的,并且與美國航空工業一起成長,是世界上最重要的軍民用航空發動機設計制造維護商之一。
普惠航空發動機以軍用為主。至今依然是美國的主要國防承包商之一,幾乎“壟斷”著美國軍用航發市場。普惠擁有近2.2萬臺軍用發動機在22個國家服役,稱之為最強軍用航發。在軍用小涵道比渦扇市場,GE始終被普惠壓制。它的軍用動力產品尤其以F100和F119發動機為代表,并且是F-22和F-35戰機的唯一動力供應商。
普惠在商用航空發動機市場極具活力,重要標志是PW4000,使用機型包括空客A300、A310 、A330和波音的747、767、777。值得一提的是,它在高涵道比民航市場被通用及CFM國際公司力壓。
法國賽峰最大特點是品種均衡。賽峰最主要業務同樣是飛機發動機制造。大約占集團營業額的60%,它主要依靠與通用在上世紀70年代成立的合資公司。該合資公司推出的CFM56和新一代LEAP系列發動機,訂購勢頭十分良好,并且在單通道商用發動機領域大出風頭。
法國賽峰旗下斯奈克瑪的主營產品M88發動機屬于獨立自主研制的,被用于陣風戰機,另一個代表作則是配備幻影2000戰機的M53發動機,據息,賽峰與羅羅合作美洲虎攻擊機,并且得到了單晶渦輪葉片技術;它還與通用合作,獲得了F101發動機核心機的技術。
賽峰是全球航空發動機第四大制造商。無疑與三大巨頭的差異和距離明顯,賽峰更像是航空發動機分系統提供商。賽峰業務范圍甚至比通用都要廣泛。因為法國賽峰的民用、軍用發動機都有,而且含渦扇、渦軸、航空部件,甚至還有火箭發動機業務,各自獨立且彼此均衡。發動機產品基本覆蓋了各個細分市場,尤其涉及到軍用運輸機、戰斗機、直升機、教練機的動力裝置。法國賽峰正由于廣泛、均衡的鮮明特點使得其整體業務不那么突出,特別是缺少獨立研發的大推力渦扇發動機這一類的主力拳頭產品,在獨立研制的整機產品上也是屈指可數,無疑在歐洲擁有羅羅、美國擁有通用及普惠大背景之下,法國依然保持著自己的國家軍事工業,利用發動機維持著陣風四代機,戰略定位十分清晰。
德國MTU最大特點是專攻子系統。德國MTU是航空發動機公司而并非做整機制造。因此,是一個地道的航空發動機子系統供應商。MTU經常被稱作全球第五大航空發動機公司,但它的業務主要是選擇與三巨頭等合作,用以提供解決方案或入股等方式參與各種全球項目,比如世界上30%的航空發動機就有MTU公司生產的組件。
MTU不管是在低壓渦輪、高壓壓縮機、渦輪機匣等關鍵零部件上,還是在制造工藝、修理技術上,都是行業中的佼佼者,德國MTU為大量商用和軍用航空發動機提供著不可或缺的服務。即使美國發動機巨頭普惠在遇到壓氣機難題時,通常也會去找MTU來解決。
在商用發動機的維修行業,德國MTU是MRO(保養、修復和檢查)服務的全球最大獨立供應商,它為多種不同發動機提供修復解決方案。其中最典型的是,由于其為國際航空發動機公司(IAE)推出的V2500發動機提供保養和修復服務,由此成為了空客A320飛機家族發動機的全球最大供應商。
至2019年,V2500發動機已向歐洲空客交付了超過7000臺,就憑借這個訂單,MTU完全可以吃上二三十年也沒有問題。德國MTU在2019年創下了營收和利潤新紀錄。其中營收達到46億歐元,而MRO收入達到27億歐元,其主要來自于V2500發動機和GE航空公司的CF34發動機。
綜上所述,全球發動機三巨頭——通用、羅羅、惠普處于全球航空發動機制造第一梯隊。三巨頭幾乎控制了全球大型民用航空發動機的核心技術研發、總裝集成、銷售及客戶服務等全產業鏈。并且它們在民用發動機方面各具優勢。英國羅羅盡管沒有窄體機動力,但在雙通道飛機以及公務機上卻是世界領先的;而美國普惠以及CFM國際公司則在單通道干線飛機、渦槳飛機上完全占據優勢。
值得一提的,英國羅羅和普惠所涉及的領域還比較單一、布局還相對狹窄,在業務整體上都不敵美國通用。美國通用無論民用上還是軍用上都占據絕對主導地位。英國羅羅與美國普惠如果整合在一起才能夠與通用分庭抗禮,改變現有全球航空發動機制造格局,事實上,但這種情況很難出現。
法國賽峰和德國MTU處于第二梯隊。這2家巨頭都在各自的技術領域同樣具有很強的實力,但它們與三巨頭往往是競爭少、合作多,也突顯出了其在全球航空發動機市場上地位相對比較低,只能在第一梯隊的巨大壓力下存活而已。
全球五大航空發動機制造商座序早已排定,在全球的發動機市場地位短時間內難以憾動。
編輯:黃飛
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