中国工业报记者 余娜
大飞机的“心脏”——航空发动机，有望“破茧成蝶”。
高温、高压、高转速下可靠、持久的运转，造就了航空发动机极其高的技术壁垒，被誉为“工业之花”、“皇冠上的明珠”。
2023年，全球航空发动机呈现新的特点，环保要求不断提高、技术创新不断增强，市场需求不断增长。作为全球航空发动机生产国和消费国新的增长极，中国已成为全球最大的航空市场之一，旅客和货运需求稳步增长。
最新发布的《2024航空发动机产业发展白皮书》（以下简称“白皮书”）数据显示，中国航空发动机行业市场规模总体呈现上涨态势，2021年中国航空发动机行业市场规模约400亿元，2022年约487亿元，2023年超过了600亿元。
据白皮书预测，在民用领域，受益于国内市场需求提升和国产航发后期逐渐进入市场等因素，航空发动机市场将保持持续景气。
由于国产民用航空发动机起步相对较晚，该市场目前基本被国外巨头垄断。在通用航空动力市场，大部分被国外发动机制造商所垄断，国产中小型发动机市场占比仅在5%以内，与整体市场规模井喷式扩大形成了明显对比。与此同时，受限国内商用发动机研制进展，未来一段时间内，仍将被进口垄断。
不过，伴随我国第一款商用航空发动机产品——国产CJ1000A发动机将于2030年前后投入市场，CJ2000A发动机紧随其后，国产民用航空发动机的国产化率有望逐步提高。
“国内航空发动机供应链蓬勃发展，产业链将有望孕育出大量优质的配套企业。”决策者智库研究员预测。
供应链体系的困局与破局
中国航空发动机的供应链体系能力正逐步增强。
航空发动机产业链主要包括发动机总体主机供应商、子系统配套供应商、部组件供应商、原材料供应商四个层次，涵盖研发设计、原材料、零部件、分系统、整机制造和维修保障六个环节。
其中，制造环节价值量最大，涉及领域最广，包括材料、零部件、子系统以及整体集成等。产业的发展将对电子工业、数控机床锻造、冶金、复合材料、通用部件、仪器仪表、计量检测等领域带来较大的需求拉动。国际经验表明，航空发动机产业链的产业带动比达到1:8，属于高端装备制造业。
国内航空发动机整机研制生产单位主要集中在中国航空发动机集团（简称“中国航发”），负责军民用涡喷、涡扇、涡轴、涡桨和辅助动力装置的研制生产，自主研发能力正在稳步提升。并逐步建立和完善了“主制造商+供应商”的供应链模式，初步建立了供应商管控体系，形成了市场化的原材料、成附件及部分零组件供应链。
近几年，随着低空经济的崛起和国内通用航空产业的兴起，中国科学院工程执物理研究所、中国航天科工集团三院三十一研究所，以及诸多民营企业也加入到通用航空动力研发的行列中。
白皮书显示：当前，航空发动机产业格局极为清晰。下游主机厂方面，航空发动机已作为独立产品进行研发和生产；中游配套厂方面，受益于中国航发“小核心、大协作”格局，大量需求外溢，民企已实现从配套向子系统的价值延伸；上游材料厂方面，材料企业需在新型号发动机预研阶段积极跟研，市场格局较为稳定。
经过数十年的航空发动机产业发展，我国已经基本形成一条功能完备的航空发动机产业链。根据决策者智库的数据统计，在沈阳、哈尔滨、西安、成都、无锡、株洲、贵阳等地形成了一定产业集群雏形。
值得关注的是，当前全球民用航空发动机基本被通用电气（GE）、普惠（PW）、罗罗（RR）等巨头公司垄断，我国目前使用的大型商用科技发动机均来自进口。国产大型客机C919在研发动机CJ1000A发动机，是装配国产大飞机的唯一国产动力，但仍需数年才能达到交付状态；而支线飞机（ARJ21、新舟60等）仍全部采用进口发动机，国内民用航空发动机研制尚未形成规模化，产量小、价格高，极大制约着产业发展。
白皮书分析，中国航空发动机供应链体系困局主要体现在四个方面。
第一，商用航空发动机产业体系尚未完全构建。在商用航空发动机领域，国内目前尚无一型完全自主研制的发动机走完基础研究、关键技术研究、核心机/整机技术验证、工程研制、适航取证、市场使用及服务保障的全过程，商用航空发动机产业供应链体系尚未完全构建，高效设计制造协同需进一步加强，部分试验设施仍需建设和补充，供应链管理能力需加强，服务保障能力有待建立。
第二，产品市场竞争能力不强。国内军、民用航空发动机，尤其是通用航空动力和商用航空发动机产品参与市场竞争的能力不强，对标国际一流，高可靠性、长寿命、低成本、维护性好、结构简单、重量轻等市场竞争关键要求，还未在所有产品研发过程中全面有效贯彻，市场研究和产品营销缺乏专业化队伍，市场开拓力度不够，全面实现国际市场同台竞技和国内国际市场商业成功还有较大差距。
第三，工业软件、基础元器件等对外依存度高。先进航空发动机研制所需的高性能材料、高精度轴承、高性能元器件、高精度机床、工业软件等基础薄弱，国产化率低，对外依存度高。特别是航空发动机供应链体系中的成附件领域，国内研发能力与民机适航要求差距较大，已逐渐成为制其可持续发展的关键因素。
第四，供应链管理存在较多薄弱环节。我国航空发动机供应链管理还处于逐渐发展阶段，存在较多薄弱环节和管理漏洞。一是供应链管理体系不健全，管理架构、流程、制度和方法尚未健全；二是供应商管理不到位，实力强、专业化程度高的供应商资源严重缺乏，供应商“散、弱”现象明显；三是供应链尚不完整可靠。有些核心、关键器材还没实现完全自主，断供、迟供现象仍时有发生。
中国航空发动机供应链体系如何破局？对此，白皮书通过调研研究建议，主要的供应链发力点应集中在五个方面，即筑牢主制造商核心竞争力，推动供应链补链强链，加速产业集群形成与发展，加快形成多元支持模式，培育和激发人才队伍活力。
“我们要形成三种能力。第一，自主创新能力。进一步完善我国先进航空发动机设计体系和数值仿真系统，不断提高自主创新的研发能力。第二，材料制造支撑能力。通过基础研究和重要材料的工程化应用研究，建立航空发动所需的先进材料和制造工艺谱系，形成共享数据库、规范、标准和手册。第三，试验测试保障能力。建成基本配套齐全的试验设备和测试体系，建立发动机预研和先期研发所需的‘提高自主创新研发能力的快速反应’加工制造体系，为发动机研制提供必需的物质条件保障。”在近日举办的GTF2024第十一届航空发动机和燃气轮机聚焦大会暨展览会上，中国工程院院士、航空动力专家、北京航空航天大学教授刘大响建议。
智能化、绿色化下的创新与升级
智能化、绿色化赋能航空发动机产业高质量、可持续、创新发展。
随着工业机器人、柔性化制造等技术的日趋成熟，智能制造已成为日、美、欧等航空制造强国的重点发展目标，自20世纪90年代起，航空制造强国纷纷斥巨资提出和实施了智能制造相关的战略计划，以加强智能制造的技术创新。
GE制造工厂以超级材料、高端设备、先进工艺、高度自动化为基础，通过工业互联网将工业生产和服务要素进行横向和纵向集成，以实现高效的人与机器效率的优化和对市场需求的高度自适应；RR围绕智能制造制定了分阶段发展战略，计划把位于生产车间的数字化设备或者资产与更广泛的、更大范围内的制造系统相连，将物联网、云计算、数据分析等应用到发动机制造上；PW于2012年就实施了智能制造单元战略，对制造工厂进行大规模升级，2014年在智能制造单元的基础上斥资2.75亿美元建立了3条下一代发动机关键零部件的智能生产线，以设备互联和实时交互的手段来实现提升价值流的目标。
智能制造是《中国制造2025》的主攻方向，也是我国航空发动机制造业落实创新驱动发展、实现工业转型升级和跨越式发展的关键举措。目前，国内龙头的航空发动机制造企业，正在数字化生产线的基础上，探索智能制造生产线建设，谋求生产技术和管理创新发展，期望在激烈的国际竞争环境下，巩固企业优势，抢占新一轮产业竞争的制高点。
根据行业专家研究和判断，航空发动机智能制造生产线建设的关键技术涉及：数字化虚拟环境与仿真技术、先进制造工艺技术、先进传感技术、自动化控制技术、自动识别技术、仓储物流技术、数据集成传输技术、网络安全技术、智能使能技术等。
“应根据现状，以核心关键重要件为对象，深挖工艺技术能力。首先实现其部分制造工艺的自动化和数字化，不断优化和集成扩展。在策划设备、传感器与工艺经验的集成过程中，充分考虑数据的兼容性和扩展性。在完成部分生产线改造并充分挖掘其价值后，要将局部自动化和数字化的成功经验不断推广，持续改进制造流程来实现更大范围生产资料的互联，从而显著提高整个生产线的效能和数字化程。”白皮书建议。
绿色航空、净碳减排成为全球航空发动机发展趋势，技术途径包括航空电气化、氢能、可持续燃料等。
白皮书显示：通过近十年的技术发展，绿色航空的重点是飞行器用航空发动机绿色化技术的变革和创新。当前航空发动机绿色化发展主要分为两个技术路线：一是以多电、混合动力、全电等为代表的航空电气化技术。二是以氢能、可持续航空燃料（SAF）为代表的可持续能源技术。
上海交通大学机械与动力工程学院教授、博导、副院长李玉阳表示，航空业脱碳呼唤变革性技术，主要脱碳路径包括新燃料(氢、氨、SAF)、新构型(全电、混动)。轻质高效储氢技术是氢涡轮的关键技术瓶颈，储氨用氢、氨氢融合是在翼高效储氢的可行方案之一。他建议，未来需要进一步开展氨裂解强化、氨氢融合燃烧调控、混动系统多学科优化等研究，从而推动氨氢融合未来航空动力技术的应用。
出于绿色环保和经济发展的需要，除航空煤油之外，发展新的能源，成为当前的研究重点。
“新能源技术的引入将推动航空航天技术的创新，如电动飞机、太阳能无人机等新型航空器的出现。新能源的应用，还可以减少航空航天活动对环境的污染，如减少碳排放、降低噪音等。”中国民用航空飞行学院民航安全工程学院万恒成介绍。
在其看来，太阳能无人机、核能航空发动机发展时间较短且相关技术不够成熟；新燃料航空发动机是极具前景的航空发动机技术，但也具有成本高等问题；电动飞机目前也仅能满足电动飞机的最低使用要求，未来发展也面临很多技术挑战；生物燃料航空发动机方面，在未来一段时间内，SAF将成为替代传统航空燃油的首选；燃料电池航空发动机具有诸多环境优势，且效率远高于传统航空发动机，未来燃料电池有望取代飞机上的多个发电系统。
作为一种绿色环保的能源解决方案，SAF近年来在全球航空领域受到广泛关注，成为航空产业可持续发展的重要选择。
“SAF是中短期内民航实现‘双碳’目标的首选能源路径，氢能有可能在本世纪下半叶开始在运输航空商业使用。在基准价格高于传统航煤的情况下，需要政策和市场共同发力推动SAF的应用。”中国民航大学校长丁水汀建议。
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