航空发动机的演变及国内产业格局

中信证券，付宸硕、陈卓

航空发动机是航空器的“心脏”

航空发动机是为航空器提供飞行所需动力的装置，是航空器的“心脏”。航空发动机 是飞机动力的直接来源，其设计、研发、制造、工艺等均需要精尖的科学技术水平，直接 影响飞机的性能、可靠性及经济性，在现代工业领域里占据重要地位，被誉为现代工业“皇 冠上的明珠”，其发展水平更是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。目前，世界 上能够独立研制高性能军用航空发动机的国家只有美、俄、英、中等少数几个国家，民用 领域则由美、英两国垄断，技术工艺门槛较高。

航空发动机约占飞机整机价值量的 20%~30%。航空发动机作为飞机最核心的部件， 其性能直接影响着飞机的服役行为和可靠性，且航空发动机工作环境严苛，内部结构复杂， 设计制造要求高，种种原因使得其制造成本高、价值量高。一般而言航空发动机制造成本 约占整机制造价值的 20-30%，仅次于飞机机体结构，且机型越小，发动机价值占比越高， 机型越大，发动机价值占比相对越低。

航空发动机分类

航空发动机通常由压气机、燃烧室、涡轮、排气装置等系统组成。压气机位于航空发 动机进气道后方，主要作用是吸收、压缩空气，提升气体压力；燃烧室位于压气机的后端， 涡轮的前端，是发动机中提高燃气温度的重要装置，从燃烧室流出的高温、高压燃气流入 涡轮进行膨胀做功；涡轮是航空发动机重要动力来源，处于航空发动机中工作温度最高、 转速最快的部位，从涡轮中喷出的高温高压燃气，在尾喷管中继续膨胀，以高速从喷口向 后排出，使得航空发动机获得了推力。此外，由压气机、燃烧室以及驱动压气机的高压涡 轮组成的装置用来提供高温高压燃气，称为燃气发生器，是发动机的核心部分，决定了发 动机的整体性能，也称之为核心机。

航空发动机从结构上可分为活塞式与喷气式。喷气式中按是否有压气机可以主要分为 燃气涡轮发动机和冲压式发动机。早期的飞机及直升机几乎全部使用活塞式发动机，由于 其功率的限制，只适用于低速飞行。20 世纪 40 年代以来，涡轮发动机开始成为现代飞机 与直升机的主要动力。冲压式发动机构造简单、重量轻、推重比大、成本低，具有较好的 经济性，但其不能在静止的条件下自行起动，而需要其它发动机做助推器，当飞机达到一 定飞行速度后才能有效工作，不能自行起动限制了其在航空器上的应用，目前仅用在导弹 和在空中发射的靶弹上，本文主要讨论航空燃气涡轮发动机。

涡扇发动机高效率低油耗，是当前主流应用类型

航空燃气涡轮发动机主要包括涡喷、涡扇、涡桨、涡轴发动机。发动机对飞机性能影 响显著，设计速度与油耗特性差异决定了不同的应用场景：涡喷发动机虽速度较高，但油 耗较高，经济性差，已逐步被涡扇发动机替代，主要用于部分尚未退役的军用二代战机；涡扇发动机由于其高速度、中等油耗的特点，是现在大多数客机及军机的主要动力类型；涡桨发动机最大速度相对较小、油耗偏低，主要用于时速小于 800 千米的飞机，多用于低 速运输机、轻型飞机及加油机等；涡轴发动机主要用作直升机的动力。

涡喷发动机油耗较高，已逐步被涡扇发动机替代

涡喷发动机的动力来源于尾喷管喷出的高温高压气体。涡喷发动机由进气道、压气机、 燃烧室、涡轮、加力燃烧室、尾喷管、附件传动装置与附属系统等组成，工作原理为空气 由进气道流入，通过压力机升压后，为燃烧室提供高压空气，燃烧室再将高压空气与燃料 混合并进行燃烧，转化为热能，用于涡轮进行膨胀做功，最后由尾喷管直接喷出提供飞机 所需推力。

双转子轴流式是涡喷发动机最常见类型。涡喷发动机按照压气机不同，可分为离心式 和轴流式，其中离心式为侧向进气，轴流式为轴向进气，因轴流式发动机效率较高、增压 比较大，所以当前推力较大的涡喷均采用轴流式。根据转子不同，轴流式又可分为单转子 （单轴）和双转子（双轴）两种类型，对于单转子结构，内部构成较为简单，造价成本较 低，但压缩效率有限、且耗油率高，目前只有法国“幻影”战斗机所用的 M53 发动机使 用；对于双转子结构来说，具有增压比高、效率高、加速性好等优势，除早期外，当前绝 大多数涡轮喷气发动机都是双转子发动机。

文章来源：《航空学报》 网址: http://www.hkxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0307/682.html