航空发动机是飞机动力装置的主要组成部分,为飞机提供飞行所需动力。航空发动机适用于何种领域,通常基于以下两个方面的考虑:一是发动机性能,其直接指标是推力(Thrust)与推重比(Thrust-to-weight ratio)。通俗而言,发动机推力越大,飞机就飞得越快越高,机动性也越好。推重比是发动机推力与自身质量之比,直接影响飞机的最大平飞速度、有效载荷等。二是经济性,通常以单位燃油消耗率(Thrust Specific Fuel Consumption,TSFC)为重要指标,即单位时间内产生每单位推力所消耗的燃油质量,该指标决定了飞机的航程和续航时间[1]。
按构造原理,航空发动机可分为活塞式、燃气涡轮式和冲压式,如表2-1所示。其中,活塞式是早期应用于飞机上的航空发动机,从飞机首次飞行开始到第二次世界大战结束的40年左右时间,其用于带动螺旋桨或旋翼。之后70余年时间,航空领域广泛应用的是功率大、速度高、性能好的燃气涡轮式发动机。但小功率的活塞式航空发动机仍应用于轻型飞机。涡轮式发动机能产生很高的推力和功率,目前大型飞行器动力基本都来自涡轮式发动机。冲压式发动机则因其无压气机和燃气涡轮不能自行启动,且低速下性能欠佳,所以应用范围受到限制。
表2-1 航空发动机类型[2]
资料来源:国泰君安军工团队.航空发动机深研:动力强军,打造最强“中国心”[EB/OL].(2019-05-16)[2019-6-20].http://finance.sina.com.cn/stock/relnews/hk/2019-05-16/doc-ihvhiqax9036638.shtml.
航空发动机行业具有“三高一长”的特征,即壁垒高、投入高、回报高和周期长。[3]第一,其研制涉及热力学、结构力学、流体力学等众多领域,代表国家机械制造领域最高水平。目前可独立自主生产航空发动机的国家屈指可数[4],可见其壁垒之高。第二,航空发动机的研发难度决定了其高投入的特性。它需要在高温高压环境中保持长时间的可靠工作,同时满足高输出、低油耗、低噪声、高维护性和长寿命等极其苛刻的性能要求,对新型材料制备、加工技术等提出了更大的挑战,因此也需要长期的稳定投入。与航空发动机行业高壁垒、高投入相匹配的是高回报。其产业链附加值远高于其他制造业。根据日本通产省统计,按照产品单位重量所创造的价值来计算,如果船舶计为1,那么汽车为9,电视机为50,电子计算机为300,喷气式飞机为800,而航空发动机则高达1400,约是飞机的1.75倍,是计算机的4.7倍。[5]加之航空发动机处于寡头垄断市场,制造商更可长期享受技术壁垒和产业链升级所带来的价值回报。参照目前国际经验,一项新的发动机关键技术从开发到应用需要15至20年时间,且有延长趋势。
航空发动机制造处于寡头垄断市场。当前,通用电气航空、普惠、罗尔斯·罗伊斯是世界三大涡轮风扇和喷气式航空发动机制造商,具备完全自主研发能力,产品线也覆盖民用、军用等多个领域,市场占有率较高。另外,还有一些合资公司虽然产品型号有限,但也占据了一定的利基市场。主要航空发动机制造商概况见表2-2。
表2-2 世界主要航空发动机制造商概况(www.xing528.com)
续表
资料来源:各公司官网、中金公司研究部。
就商用喷气式航空发动机市场而言,主要由普惠、通用电气航空、罗尔斯·罗伊斯、赛峰及其合资公司垄断。根据Flight Global统计,截至2017年5月,全球商用喷气式航空发动机存量为5万台,其品牌分布如图2-1所示。CFM国际公司占比最高,达43%;通用电气航空占比22%,居第二;IAE国际公司、罗尔斯·罗伊斯、普惠占比依次为12%、11%及7%。
图2-1 全球商用喷气式航空发动机存量市场结构
资料来源:中金公司.商用飞机系列之三:航空发动机——工业之花,终将绽放[EB/OL].(2018-10-10)[2018-10-10].https://max.book118.com/html/2018/1016/7150064056001153.shtm.
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