《全球航空发动机制造技术状况.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全球航空发动机制造技术状况.docx（11页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、全球航空发动机制造技术状况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。美国国家关键技术计划说明文件将航空发动机技术描绘成“是一个 技术精深得使新手难以进入的领域，它需要国家充分保护并利用该领域的成果， 长期数据和经验的积累，以及国家大量的投资。图I航空发动机主要结构（一）航空发动机技术特点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。表1 航空发动机特点特点说睨工湿复杂满轮莪动压气机停号转速达二千转，湛轮宜;至裳讶1500匚子至奁萼； 是力约204。仝太气M 1-
2、2吨自重要产生推力几千到几万公斤制查枣求高零斗加工精漫致.演米毂；惑牛教童兀千上万个研制费用商世界上四大航空发动机公司每年的爰劫机研究和发展经费占销售彩的 15%.左宕一空1.0乞美元M、珥在开老一一台文，主型为碧发孩机可经 凳W达15芭美元研卷;.窿编七以美因常曰代哀君七口1。京邑.苴天我兖云.篓主牛苗跄经过；15仁 以上时间，从型号筮就一直塾生产如工再了 16昱就验,改进多三要卷,部件和京统疝点点式跄时间的河快上，会自发攻甘&戒 心E.可达2-4万小死，经过半个多世纪的发展，全球航空涡轮发动机技术取得了较大的进步:表2 发动机性能特点发魂机类别性能将点成；机岌动机推重比由一2提高到顷可靠您
3、空中停车享为015.50.1000发动机飞-小庞使用声命：整机定察要京通二43009000盅或K空多带耳浪逾. 祠当于平K便牛1。多年.如玲枣牛寿备达艾Z0001L冷海惑泮寿含400011民用揭扇发动机景大授六已建过50000 daN;冠飞茬活率农50年代正啧发就执.O kg.(daN 比；遂之0.35-0.40kg-dsN - 11)：箜中停车率为0.0020.020 1 00G底访撕飞行小时;妙靖葡件寿命氐到7000-10000h ?整机的机上不拆坤寿命15000-1600011.最自超云 4OO0Ch宣升机吊溉轴发对机瑟惠德L.”kv.现圭高乏6.37.1 kW.daN国外的航空发动机制
4、造已经达到了相当高的技术水平，其发展趋势主要 体现在战斗机、运输机和直升机这三种类型的发动机上：表3三类涡轮发动机发展趋势ri软机发对机第三代笙H借总医比223225-3525-40涡裕芝M柬Ki154017501SD0-195Q2000-220D逐适一比0.3-1.10.2-0.50.15-035运轮机发尹瓦参数70蠢SO年代卯M冷21苴笑却26-51 0-1 5凤眉压比1 71.5-1.61.3-1 4总埴W比25-30弼*50-75混楚芭淀裳K)1500-157D1570-18001S50-21DD堂升机发声机荣三R第匹代第五代总压比6-1413-1516-26溪轮K)1270-137D
5、1400-15001500-185D战斗机发动机和运输机发动机在性能的要求上是各有不同的，战斗机发 动机追求的是极限性能和高负荷；而运输机发动机则要求的是可靠性、经济性等 指标。而越来越显著的特点就是高性价比则是军用和民用发动机都追求的目标。处于航空发动机技术前列的国家不断实施各种技术发展计划，推动着发 动机各项性能的提高，在实施这些技术发展计划的过程中，不断涌现着新技术。 这些新技术的趋势显示出高效和经济性是发动机未来发展方向。表4 航空燃气涡轮发动机不断涌现的新技术年代国0叫919F-19791PSD-20DOmm年预 计机神糜奸fi 桨、波轴波轴、涡扇澈轴、涡蜀波轴、涡扇滴桨福古、涡扇新
6、 茨 A-结构勘流式压 纭机取转 系双位喷管,可调静手4E涡轮、 加由憾烧踌声速压 气机、环管 燃烧室、可 调喷管、进 发踌航 魂机环形燃烧 室、三转子 绐构岛枸 完整蛆单 羌体结构空心风串 叶片、整体 叶盘、双级 憾楹室M 转涡抡转 -子、矢量喷主劫流动控 制、多电发 勒机、多点 燃油啮嘴、无盘转于控制方或数字电手 控制全权数字 电子控制飞行雎地 缥台控制-金术檀拟高空 试酷您断裂力 学.视情推修、 加速任卷 试姓计算流供 力尊、寿命 ,期成、本循 环优化设 计、部件觐 敷值仿真 设计、CAD CAMHCF设计 技术、食劫 预诊断和状 态管理r推 进系统敷值 仿真设计指标糖势马赫数mV-KT
7、OL. .轻量设计高推重电 、高涵. 道比4-团超声速域 航变循环盘劫 掀智能发 动机、翊 型发勒机、 超高推重比 吟翅高 踏比起声速经 :浙承受性设计材料钛台金镰基咨套帙温复合 材料、定向 瀛国涡轮 叶片、粉床 治金涡轮 查单晶涡轮 叶片、隔热低温复缶 材料、他应 力陶瓷高温燃料房. 金属间何夺 物、高温复 L岳材料、陶 瓷和麒材 料#p#分页标题#e#（二）国内外航空发动机应用1、军用航空发动机国内外仍具有代差军用航空发动机整机研制生产的国家不多，这与航空发动机技术在各国 之间市场化交流相对较少，处于较封闭的状态有关。为了战略考虑，一般各国战 斗机所装配的发动机在各国国内或联盟内采购。表5
8、国外主要军用战斗机发动机配套情况庵斗机机型发功机型号发功机制造商risnoo-pw-20oPWF.A-13r404-GE-40CF414GEF.A-22nt?pwF-3 5Ft 35pw阵风XKS-2法国斯奈克玛菸影2000M5 3-P2法国斯奈克玛含风EK0D0EJ200欧洲发动机公可SU27AL-31F俄步斯SU35AL-37F俄罗斯伊尔76D-30KP-2俄罗斯CL7PW2040PW相比全球先进的发动机研制水平，我国的航空发动机研制水平仍然有较 大差距。我国第3代战斗机发动机“太行”于2005年底通过设计定型，与美国 第3代战斗机配置的F100发动机1973年10月定型的时间名义差距为3
9、2年， 美国的第4代战斗机发动机已于2005年12月装备飞机，具备初始作战能力； 第5代飞机已经试飞。表6航空发动机国内外的差距国内国；外配套第三代飞机的发动机2005年设计定理， 舆型型号：太行美国配套第三代飞机的发动机洛别在1974 车 1985年服役，典理型号：rioo. F11D尢涵道比涡扇发功机冈i刚立项开始研制美国m年代祓盘A使用，央型型号：IT39-GE-1A、 JT9D-3通过引进国产的WN&发劫机弑年代投入使 用0年代法国海豚直升机的没劫机阿瓣耶1C 按入使用#p#分页标题#。#我国原有第一、二代战斗机所用发动机基本是仿制或改装研制生产，近 几年来，我国发动机事业在过去50年
10、的技术积累下取得了较大进展；目前我国 第三代战斗机开始装备部队，对应的发动机原来采用的进口俄罗斯产品，但目前 研制成功的太行发动机将实现第三代战机的国产化；用于配套高级教练机的岷山 发动机、用于配套通用飞机的九寨发动机均在研制中；第四代战斗机已经在研制， 还有舰载机等等，相配套的发动机也处于研制之中。表7我国主要军机和发动机配套情况:，军机机型军机制技商爰动机型号麦动机制逢商轰5西飞WPS中航发动机松司强5洪都WPS中航发动机愈司汗7系列中航下属单位WPK 13中航殳动机&司歼$系列中航下属单位中航殳动机司飞豹西飞斯贝J秦岭英国迎中航发动机 公司中航下属单位俄罗斯中航下属单位AL-3 l；太行
11、俄罗斯中航发功机.盛司时中航下属单柱AL-3L大行俄罗斯中航发动机 公司运7西飞WJ5A-1口航发动机亦司运S陕飞口航发动机族司直直直9昌飞哈飞wz口航发劫机孙司JL9洪都WSS曰航发动机衣司秦岭发动机是中等推力（6-9吨）双转子加力式涡轮风扇发动机，是英 国斯贝（SPEY）MK202发动机的国产衍生型，而MK202发动机曾经给60-70年代 第2代战斗机一F-4“鬼怪”式战斗机配套。西航集团1975年12月通过中国 技术进口总公司与英国罗尔斯罗伊斯公司签订了专利许可权和生产合同进行 引进，一开始采购英国材料、附件等进行装配，后来进行材料、附件等国产化， 同时吸取了更多的先进技术对其进改进、提
12、升性能，2003年开始批量生产。秦岭发动机主要给西飞集团的飞豹战斗机配套发动机，西航是秦岭发动 机的主要部件生产和总装负责单位。飞豹战斗机，西飞80年代开始研制，1988 年首飞，1994年开始量产，是我国第一个完全自行研制的超音速歼击轰炸机。 该机主要装备海军航空兵，2000年后其改进型开始装备空军。飞豹战斗机需求 较稳定。昆仑发动机是沈阳发动机设计研究所按照国军标自行研制的第一台具有 全部知识产权的中等推力加力涡轮喷气发动机，80年代开始研制，经过259项 严格考核，2002年7月通过国家设计定型，可以满足歼7、歼8改进型推力增 大的需求。昆仑的研制标志着我国的航空发动机从测绘仿制、改进改
13、型跨入了自 行研制的新阶段。西航是昆仑发动机的协作单位，主要负责研制高压压气机单元 体。以昆仑发动机为基础改型研制的中等功率的QD128燃气轮机，功率等级 为120m千瓦，热效率约30%。首台QD128燃机和发电机组于1999年3月开始 研制，首台QD128燃机和发电机组已交付中原油田安装调试。太行发动机是我国自主研制的大推力涡轮风扇发动机，为了配合歼10 飞机的研制，我国80年代开始立项研制大推力涡扇发动机，05年底完成定型 审查，目前己部分列装歼10、歼11。太行发动机的总装单位是中航工业下属单 位，西航是主要协作单位之一。太行发动机的研制成功在中国航空发动机研制历史上是一次重要跨越， 使
14、中国跨入了第三代航空发动机研制国家的行列，在自主研制航空发动机方面， 实现了从中等推力到大推力的跨越；从涡喷发动机到涡扇发动机的跨越；从第二 代发动机到第三代发动机的跨越。由太行发动机衍生的船用燃气轮机还可以作为 驱逐舰等大型水面舰只的主动力，为我国海军国产主站装备提供国产动力装置。表8各国发动机型号及性能发功机型等Ai3irF110-G1-129M53-P2太行FH9-PW-100太行改谜型研制国家俄罗斯美国法国中国美国中国配套机坦苏一? 7系. 列F-MC、F-15e幻影系列，虫心升F.A-22最大加力推 力心）1225812899950013200156701550D中间推力752075
15、62枷力耗油率 曲（daVhJ22.12中间耗油率 k 日（daN）l0.795QJ0.907推重化7.147.2S6.567.59.5空气流量（k明）11894总增压比23.S329.S涓轮前温度（X）1665L72S15331747ISOO2、民用航空发动机：国外企业垄断、国内企业起步全球民用航空发动机市场几乎全被国外GE、PW、RR及SNECMA等几大巨 头或者是这几大巨头设立的一些合资公司所占领。这几大巨头同时也是全球除前 苏联体系国家外军用飞机发动机的主要供应商。表9主要民用涡扇发动机及其制造商情况客机类型发动机型号发动机制造商A320, A340-200 300CFM56-5 系列
16、CFM 条司 GE 与 SKECMA 的资公司）B737-700 800CFM泌-炙列CFM公司（GE与SNECMA的音 资公司 jB767, B747, NIDlb A300,A310, A33OCF6系列GECRJ100.200 700 ,Challenger 601 604 ， Embraer 170 175 190 195, .W21CF34系列GE i / /GE如系列GEB7S7, B747,GEnxM 列GEA3S0系列GP7000系列GE-PJeW Engine .JlianceA319, A320, A32I, XID9CV2SQ0IAE 公司（PW、RR . JAEC 和M
17、TU咨资）B747-400 B767-300RB21i-?24 系列RRB757RB211-535E4BRRA33QTrent 70D 亲列RRB777Trent 800 灯RRA340-500 600Trent 50D 熹列RRA3S0-S00Trent 970 家列财B7S7系列TrentlOOD 系列E747-4。，B767-200 300,MD-H, A3 00-600PW4000-94 系列pwA33 0PW4000-100 系列PWB777PW400Q-IL2 系列PWA340-500PW4500PW#p#分页标题#。#我国在军用发动机研制领域有了跨越式的进展，但在民用航空发动机领
18、 域则几乎是空白，甚至我国的新舟支线飞机以及自主在研的ARJ支线飞机目前 也只能选择国外的发动机进行配套。表10我国生产的民用支线飞机发动机配置情况制造商机型发动机配置情况发动机供应商西飞新舟00双发，PW127J型数桨发功机PW3. AIU21-700双发，CF34-10A涡扇发动机GE我国的民用飞机制造（主要是大型商用飞机）以中国商飞为总承单位， 以中航工业集团为重要的协作单位，并向全球发包。我国目前尚无大型民用飞机 产品，只有少量支线飞机。据悉，我国自主研发的80吨级的C919客机计划在 2014年底至2015年年中首飞，投入市场将在2016年左右。对于民用发动机，中航工业集团下单独设立
19、了中航商发公司。根据商发 公司拟定的商用发动机发展规划中初定的时间表，预计第一批国产商用飞机的发 动机在2016年取得适航证，这主要是与国产大飞机时间匹配。商发公司已经与 CFM公司签订了 C919客机项目推进系统协议，明确CFM公司将是C919集成推 进系统（发动机、短舱、反推装置）的供应商，LEAP-X1C发动机将是对应的发 动机型号，这款发动机同时也为空客A320neo飞机提供动力。LEAP研发项目目 前正在顺利进行，并将按计划于2016年投入运营。图2我国民用航空制造业的基本框架在民用航空制造领域，由于航空产品系统性和复杂性，整机供应商和发 动机供应商控制着核心的研发和集成环节，在众多
20、的零部件制造环节则是执行着 核心的标准在全球范围内广泛采购。目前空客有1,500多家供应商，分布在27 个国家，波音的60 %以上的零部件也都转包给其他供应商。全球航空制造业全 部市场规模约为2,900亿美元，其中以波音和空客为代表的干线飞机市场规模 约为780亿美元，每年的对外转包生产总额约有290亿美元，而这其中，日本 每年要承担100亿美元转包生产额，韩国也有超过6亿美元的转包合同。GE、 RR、PW等发动机制造寡头生产的民用航空发动机每年有70%以上的零部件依靠 外部采购。我国航空发动机制造企业在整个民用航空发动机制造链中处于低端环 节。图3航空发动机转包业务发展的不同阶段根据DMS
21、（美国防务市场服务公司）的预测，2005-2008年仅发动机零 部件转移生产的产值就达220-250亿美元，每年年均约60亿美元，预计未来 10年，世界航空发动机零部件转移生产年均产值将达100亿美元。中国一直是未来也将继续是飞机和发动机的最大买家。虽然中国为国产 商用大飞机C919设立了专门的商业发动机公司，但短期内我国尚无能力研制出 能通过适航认证的民用大涵道比涡扇发动机，仅能参与航空发动机转包业务。2008年我国航空发动机零部件外贸转包生产约占全球市场份额的7%， 近年来该比例有所上升，目前有近百种关键零部件被国外发动机公司确定为唯一 的供应商。图4我国转包业务规模我国主要的航空发动机转
22、包业务约有80%以上集中于中航工业集团内。表11国内主要航空发动机转包企业r|企业2 011 年备注135亿美元上市丛司航空动力2亿美元上市丛司说俐黎明。一三亿美元非上市瓜司贵州黎阳-0.25万美元非上市公司南方动力-0.5亿美元非上市於司3、工业用燃气轮机应用广泛工业用燃气轮机与航空用燃气涡轮发动机基本原理相似，只是输出功率 用途更加广泛。石油化工：包括油田、海上平台、气田的发电、增长、注水、注汽，我 国已经开工的西气东输输气管线增压站需要2万千瓦等级燃气轮机作为压缩机 的动力。已经完工的一线工程中所用到的燃机大多为GE、RR的产品。舰船、机车动力：美、英、俄等国的水面舰艇已基本上实现了燃气
23、轮机 化，现代化的坦克用燃气轮机为动力。我国舰船多用柴油机、蒸汽轮机等，所用 的不多的燃气轮机也大多为进口。据了解，西方海军有各种舰只1300余艘，采用了 3000余台燃气轮机作 动力。我国舰船多用柴油机、蒸汽轮机等，所用不多的燃气轮机也大多为进口。 但是舰船用燃汽轮机国产化率将会进一步提升，国产的燃机型号将越来越多的出 现在我国的海军舰船上。据媒体报道，QC185、QC70、R010等燃气轮机已经陆续 由中航工业集团推出，这标志着我国在装备国产舰用燃气轮机道路上迈出了关键发电：发达国家燃气涡轮发动机用于地面燃机和航空用途的比例约为2： 3,而这一比例仍在不断上升。与传统燃煤发电机组相比，燃气
24、轮机发电机组具 有供电效率高、投资低、建设周期短、占地面积小、用水节约、调峰性能和环保 性能好等诸多优点，成为洁净燃煤发电技术中的关键技术，也是继蒸汽轮机后的 主要动力装置。最近几年世界上新增加的发电机组中，燃气轮机及其联合循环机组在美 国和西欧已占大多数，亚洲平均也已达36%。简单循环和联合循环燃机电站占世 界发电机组的比重将呈现上升趋势。图5世界发电市场中简单循环和联合循环燃机电站比重变化趋势50.00%45.00%40.00%35.00%30.00%25.00%20.00%15.00%10.00%5.00%0.00%口简惬雁环燃机电站1919992006-2012口底合馅环燃机电帛近几年
25、，美国、日本、英国的燃气轮机市场规模年均增长均超过了 15%。 而我国2008-2010年燃气轮机行业年进口量均超过了 8,000万千瓦，2011年进 口量同比增长16%，预计2012年进口量还将同比增长17%。2010年，中航工业与中国海洋石油总公司签署战略合作协议，将在国产 重型燃汽轮机及航改型燃气轮机领域开展全面战略合作，以填补中国燃气轮机领 域的空白。中航工业发动机公司作出了 “十年规划”一一燃气轮机产业的产值于 2015年将达到50亿元，2020年达100亿元。目前，全球燃气轮机设计和制造技术形成了高度垄断的格局，仅有GE、 西门子/西屋、ABB、三菱等五六家企业掌握了重型燃气轮机的设计和制造技术， 轻型燃气轮机则以GE、PW、RR三家为主导企业。我国重型燃气轮机制造主要以南京汽轮机厂、哈尔滨汽轮机厂、东方汽 轮机厂、上海汽轮机厂、杭州汽轮机厂等为主要单位，并联合各科研院所单位进 行；轻型燃气轮机的研制则集中在航空发动机制造单位，但总体上，研制技术水 平与世界先进水平差距较大，主要的燃气轮机发电机组进口比重占90%以上。
