世界一流航空发动机企业中长期发展规划研究
1.航空发动机：动力强军，科技强国
1.1产业地位：工业皇冠上的明珠，高端制造业深水区
发动机强则飞机强，飞机强则航空强，航空强则中国强！航空发动机被誉为“工业皇冠上的明珠”，也是中国高端制造业迈向深水区的重要阵地，其产业发展是一个国家工业基础、科技水平和综合国力的集中体现，是强军强国的重要标志。航空发动机具有技术密集度高、军民融合性强、产业带动面广等特点，具有极高的军事价值、经济价值和政治价值。全球范围内仅有联合国5大常任理事国能够独立研制航空发动机并形成产业规模，而商用发动机市场上具有技术和商业优势的只有美、英两国，全球范围内都呈现高度垄断的态势。我国正在加快实现航空发动机自主创新发展，军用航空发动机已形成“一、二代机加速淘汰，三代机批量稳定交付、四代机研制、五代机预研加速的局面”，商用航空发动机CJ1000、CJ2000等正在加速研制以解决大飞机心脏“卡脖子”的重大风险。
航空发动机产业是以航空燃气涡轮发动机技术为基础发展的产业集，主要产品包括军/民用
航空发动机、辅助动力装置和航改燃气轮机，还可以得到重型燃气轮机及利用航空发动机技术衍生发展的其他产品。由于航发与燃气轮机技术相通，产业环节相似，我国于2017年正式启动航空发动机与燃气轮机两机专项，直接投入以及带动地方、企业和社会其他投入预计总金额约3000亿元，已然将两机产业统筹发展打造产业集。
1、航空发动机产业：涡扇发动机为主，产量占一半以上；涡喷、涡桨、涡轴、桨扇、活塞发动机为辅。二战后航空发动机向高功率、低重量方向发展，活塞发动机逐步退出历史舞台，喷气式发动机得到广泛应用，其主要分为有、无压气机2种类型。1）无压气机类型：分为冲压式发动机、脉冲喷气发动机。前者应用于高超音速飞机、导弹等飞行器，近年来随着高超音速武器研制也得到快速发展；后者脉冲喷气发动机应用于靶机、导弹、航空模型等，应用较为受限。2）有压气机类型：全球主流，分为涡喷、涡扇、涡桨、涡轴和桨扇发动机。根据《航空发动机产业现状与趋势》，预计2020~2034年涡扇、涡桨、涡喷、涡轴产量占比分别达57%、20%、12%、11%。tornado 302r
2、燃气轮机产业：燃气轮机广泛应用于发电、船舰和机车动力、管道增压等能源、国防、交通领域，是关系国家安全和国民经济发展的高技术核心装备。燃气轮机是将气体压缩、
加热后送入透平中膨胀做功，把一部分热能转变为机械能的旋转原动机。按结构形式可以分为重型、轻型、微型燃气轮机，其中全球重型燃气轮机已形成高度垄断的局面，以GE、西门子、三菱、阿尔斯通等公司为主导；轻型燃气轮机是航空发动机改型，以GE、P&W、R&R等航空公司为主导；微型燃气轮机参与者较多。
3、两机技术衍生产品：航空发动机与燃气轮机是高端制造业的代表，装备研制需要应用先进的材料、制造工艺、过程控制、定制开发等手段以实现航空装备产品高质量、高可靠性要求，这套高端装备产品研制技术及过程管理体系可以衍生应用到其他领域的产品上。以航发控制为例，核心主营是航空发动机控制系统产品，近年来公司以动力控制系统核心技术为依托，重点向兵器、汽车等动力燃油与控制系统及衍生产品研制、生产、试验、销售、维修保障拓展，2021年实现营收（3.78亿元，+16.54%）。因此，我们认为航空发动机高端装备制造技术的延伸性突出，可以向众多非航领域延伸，航发配套企业也多按照航发与非航业务两大路线获得发展，以扩大两机产业集的发展规模。根据美国国会数据，军事技术二次转化为民用，每投入1美元能够产出7美元得效益，而在航空工业项目发展10年后，技术转移比为1：16，就业带动为1：12。
1.2产业特点：高壁垒、长周期、高投入、高风险、高回报
1.2.1研制特点：高技术壁垒、长研制周期、高投入成本、高研制风险
1、高技术壁垒：航空发动机是世界上公认的总体技术水平最高、核心技术封锁最严、结构最复杂的工业产品之一，挑战着现代工程科学的极限，被誉为“现代工业皇冠上的明珠”。航空发动机研制涉及几乎所有科学和工程专业，技术壁垒极高，具体如下：
1）工作环境恶劣：高压比、高燃气温度、高负荷、大流量等。高性能压气机叶片既薄又具有弯、扭、掠的构形，高速旋转时要长时间承受自身重量2万倍的离心力；薄薄的机匣要长时间承受50~60个大气压而不能变形和损坏，相当于蓄水175米的2.5个长江三峡大坝所承受的水压；涡轮叶片的气流环境温度现已高达2000~2200K，远超过其金属材料的熔点，且要求在1万~2万转/分条件下能够长时间可靠工作；主燃烧室中气流速度高于100m/s，要求燃烧稳定，出口流场均匀，效率达99%以上。
2）产品结构复杂：整机由上万个零件组成，加工精度达到微米甚至纳米级。由于对推重比和热效率的极致追求，现代航空发动机结构越发精细化、复杂化。以美国GE公司研制生产的大涵道比涡扇发动机GEnx为例，其所包含零部件高达110万个，且不同部件所使用的材料、工艺也不相同。此外，航空发动机作为一个复杂系统，对零部件的精密程度要求也达
到了现代工业的极致，如航空发动机整体叶盘从毛胚到成品要经过几十道工序、数百次换刀、上千次进退刀，A4纸大小的整体叶盘叶片最厚2mm，最薄处只有0.2~0.3mm，绝不允许有任何瑕疵。
3）高可靠性要求：要求很高的可靠性、很好的环境适应性。高性能、长寿命、高可靠性、很好的环境适应性是航空航天装备制造追求的永恒目标，以满足高温、高压、高转速、交变负载等极端服役条件。现代民用发动机寿命要求达3万小时以上，未来将超过10万小时，而对空中停车率的要求是发动机每10万飞行小时不能大于0.2~2次。航空发动机的外部运行环境极其严苛，发动机要适应从地面高度到万米高空缺氧环境、从地面静止状态到每小时数千米的超音速状态和从沙漠干燥环境到热带潮湿环境。总之，航空发动机需要在高温、高寒、高速、高压、高转速、高负荷、缺氧、振动等极端恶劣环境下保证稳定的工作状态。
2、长研制周期、高投入成本。以航空发动机工业制造水平最高的美国为例，美国典型的航空发动机研制费用普遍超过10亿美元，且随着航发研制朝着更高的综合性能方向发展，其研制难度逐渐增大，研制费用也逐渐提高，如美国四代航空发动机F-119的实际研制经费高达24.65亿美元，仅研制周期就长达13年之久。
3、高研制风险。RB211是罗罗公司在20世纪60年代研制的推力介于166-270KN之间高涵道比涡扇发动机，其最初目的是作为洛克希德马丁公司L-1011客机的动力装置。由于RB211采用了独特的三转子涡扇概念，其复杂性使得研制和测试耗时极长，1970年罗罗公司在RB211上的投入已经达到1.703亿英镑，几乎是原计划的两倍，导致罗罗公司陷入财务危机并最终破产，于1971年被收为国有（1987年英国政府国有资本再次退出，罗罗公司重回私有）。

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