去年年中，因盡調(diào)項目的緣故，與同事驅(qū)車來到了秦嶺腳下，灃峪河畔的西北工業(yè)大學(xué)，作為我國在三航方面最為專業(yè)的院校，西工大為國家培養(yǎng)了50%以上的飛機型號總師，包括聞名遐邇的殲-20、運-20等，在航空界可謂鼎鼎大名。位于秦嶺南麓的長安校區(qū)恰好位于三論祖庭草堂寺旁，一眼望去，秦嶺的翠綠山色隨處可得，在緊貼山邊公路的校園圍墻上，書寫著一行大字“空天地海、動力先行?！比绶鸺屹收Z般的簡介了當(dāng)，卻說透了三航產(chǎn)業(yè)的核心，尤其是其中的航空發(fā)動機的生產(chǎn)，一直被視為工業(yè)皇冠上的明珠。

多年來，航空發(fā)動機一直被認為是制約我國航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最重要因素，由于其涉及到材料、氣動布局、機械結(jié)構(gòu)等多個領(lǐng)域，某種意義來說是結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的機械產(chǎn)品，因而其設(shè)計、制造都充滿難度。時至今日，能夠獨立制造航空發(fā)動機的也僅有美中英法俄烏六國，能造出民用航發(fā)的則只有美英法三國，可見航發(fā)的進步并非一日一時之功。

回顧歷史，熱氣球、飛艇、滑翔飛行等人類初期的飛行嘗試雖然都飛上了天空，但是在無動力狀態(tài)下飛行的可控性、靈活性都很低。1903年，萊特兄弟將一臺12馬力的活塞式汽油發(fā)動機裝在了“飛行者“1號上，實現(xiàn)了在空中59秒、260米的飛行，這是人類第一次進行有動力飛行。在此后的一百多年中，人類研發(fā)了各種各樣的飛機，每一代飛機研發(fā)的背后都是新的航空發(fā)動機的研發(fā)，航發(fā)和飛機實現(xiàn)了真正的同呼吸、共命運。

一、航空發(fā)動機的歷史和分類

從航空發(fā)動機的類型來看，可將航空發(fā)動機分為活塞式發(fā)動機和空氣噴氣式發(fā)動機。在飛機發(fā)展的最早期，飛行家們甚至嘗試過使用笨重的蒸汽機進行飛行，然而由于燃燒效率低下，人們很快放棄了這一念頭轉(zhuǎn)而使用新發(fā)明的活塞發(fā)動機。同汽車一樣，活塞發(fā)動機是依靠活塞在氣缸中的往復(fù)運動使氣體工質(zhì)完成熱力循環(huán)，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能的熱力機械，通過發(fā)動機內(nèi)曲軸的往復(fù)運動帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)，從而為飛行提供動力?；钊l(fā)動機在相當(dāng)長時間內(nèi)是飛機的主要動力選擇，二戰(zhàn)時飛機在戰(zhàn)爭中得到廣泛應(yīng)用，美國的P-47戰(zhàn)斗機、日本的零式戰(zhàn)斗機均使用的是活塞發(fā)動機。由于龐大戰(zhàn)爭機器的開動，同盟國和協(xié)約國都對飛機提出了更高的要求，而隨著飛行速度的進一步提高，活塞發(fā)動機的功重比就會變得非常沒有效率，雙方都開始進行新型發(fā)動機的研究。

20世紀四十年代末至50年代初，源于戰(zhàn)爭驅(qū)動的研究開花結(jié)果，空氣噴氣式發(fā)動機走上歷史舞臺。噴氣式發(fā)動機是利用氣流的反推力為飛行器提供的動力的一種方式，噴氣式發(fā)動機不僅用在了傳統(tǒng)的飛機上，而且成為了導(dǎo)彈、航天器等新型飛行器的動力來源。根據(jù)有無壓氣機，可以將噴氣式發(fā)動機分為兩類，無壓氣機的主要是沖壓式發(fā)動機，由于其結(jié)構(gòu)相對簡單，經(jīng)濟性好，常作為洲際導(dǎo)彈、中程導(dǎo)彈等使用的發(fā)動機，飛行速度可達到5-10馬赫。但其缺點在于在靜止?fàn)顟B(tài)下無法自行起飛，必須需要助燃器推動，不適于普通的飛機。第一代有壓氣機的飛機發(fā)動機是渦輪噴氣發(fā)動機，其由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪、加力燃燒室、尾噴管、附件傳動裝置和附屬系統(tǒng)組成，在工作過程中，通過吸入飛機前方的空氣，并通過壓氣機對空氣進行增壓，為燃燒室提供高壓空氣，驅(qū)動壓氣機工作，同時，高壓高溫氣體進入渦輪，驅(qū)動渦輪做工，向后高速噴出氣體，從而推動飛機向前。渦噴發(fā)動機是人類對噴氣式發(fā)動機的第一次嘗試，美國的F-80,F-86,蘇聯(lián)的米格-15等都是裝備該型發(fā)動機的典型代表(在朝鮮戰(zhàn)爭中曾廣泛使用)；在附帶加力燃燒室后，飛機的最大飛行速度可達到2馬赫以上。但是由于渦噴發(fā)動機渦輪部分排出氣體仍有相當(dāng)能量，經(jīng)濟性較差，從20世紀60年代開始，逐步被性能更好的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機取代。

渦輪風(fēng)扇發(fā)動機是通過加裝一套渦輪，將原渦輪中流出的，仍有一定能量的燃氣，在尾噴管中繼續(xù)膨脹作功，帶動一個比壓氣機大的風(fēng)扇，從而提高經(jīng)濟性的方案。1964年，英國羅羅公司開發(fā)出軍用斯貝發(fā)動機方案，用于列裝美國F-4鬼怪戰(zhàn)斗機，推重比達到5。從此之后，發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)開始成熟，航發(fā)的進步更多集中在怎樣提高燃燒效率，如何提高推重比？航發(fā)的研究也更多集中在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料的進化上。20世紀70年代，美國首先研制成功推重比為8.0一級的渦扇發(fā)動機F100,并裝備在F-14戰(zhàn)斗機上。之后的F-16裝備的F110、F/A-18裝備的F404都是這一級別的發(fā)動機。在冷戰(zhàn)末期，第四代戰(zhàn)機的研發(fā)被提上日程，推重比為10一級的配套發(fā)動機的開發(fā)也成為了當(dāng)務(wù)之急，美國的F119和之后進化版的F135即是這一代發(fā)動機的典型代表，由于蘇聯(lián)解體，俄羅斯在這一級發(fā)動機的研發(fā)上顯著推后，其產(chǎn)品30在2015年后才正式推出。渦扇發(fā)動機已成為軍用飛機的主要選擇，經(jīng)過多次改制和完善，目前也成為了普通客機的主流選擇。

渦扇發(fā)動機推力較大，在高速飛行時占有優(yōu)勢，但是在亞音速等較低飛行速度下，渦扇發(fā)動機的推進效率比較低，耗油率很高。正是在這種困境下，渦輪螺旋槳發(fā)動機應(yīng)用而生，其工作原理是將燃氣發(fā)生器產(chǎn)生的大部分可用能量由動力渦輪吸收并從動力軸上輸出，用于帶動飛機的螺旋槳旋轉(zhuǎn)，從而把空氣排向后方，由此產(chǎn)生向前的拉力帶動飛機向前飛行渦槳發(fā)動機在低空低速飛行環(huán)境下?lián)碛忻黠@的優(yōu)勢，在早期的戰(zhàn)術(shù)型運輸機上渦槳發(fā)動機得到了廣泛的應(yīng)用，例如美國的C-130運輸機，蘇聯(lián)的安-22運輸機，我國的運8運輸機等。

1936年世界上誕生了第一架直升機，受益于垂直起降，使用方便的優(yōu)勢，在軍民用領(lǐng)域得到了廣泛的使用，作為驅(qū)動直升機旋翼而產(chǎn)生升力和推進力的動力裝置，可分為活塞式發(fā)動機和渦輪軸發(fā)動機，活塞式發(fā)動機是最早的直升機動力裝置，而渦輪軸發(fā)動機是目前直升機的主流選擇。從其工作原理來看，渦軸發(fā)動機與渦槳發(fā)動機基本是相同的，只是其功率輸出方向轉(zhuǎn)向了上方，通過驅(qū)動旋翼帶動飛機飛行。

二、我國的航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀

由于復(fù)雜的歷史原因，我國基本缺席了航發(fā)的早期發(fā)展階段，1950年代，借助蘇聯(lián)援建的歷史機遇，我國仿制和改型研制了渦噴5、渦噴6、渦噴7、渦噴13等多個型號的渦噴發(fā)動機，并裝備了轟6轟炸機和殲7戰(zhàn)斗機等。這一階段我國的航發(fā)基本以仿制為主，后來由于蘇聯(lián)撤回援建對我國渦噴發(fā)動機的生產(chǎn)產(chǎn)生了很大的困擾，我國開始進入渦噴發(fā)動機的自行研制階。從壓氣機到單晶葉片不斷進行改進改型，終于研制成功了 “昆侖”渦噴發(fā)動機，并在2002年定型。雖然渦噴發(fā)動機目前已經(jīng)不是主流的發(fā)動機類型，但昆侖發(fā)動機的研制還是為我國航空發(fā)動機的事業(yè)積累了豐富的經(jīng)驗和人才隊伍。我國渦扇發(fā)動機的技術(shù)則主要來自于英國，20世紀70年代，隨著中國和西方國家關(guān)系的改善，英國羅羅公司將MK202斯貝軍用加力渦扇發(fā)動機技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了中國，西航公司1976年開始進行斯貝發(fā)動機的試制工作，取名渦扇9。應(yīng)該說，當(dāng)時的斯貝發(fā)動機技術(shù)在國際上也是較為領(lǐng)先的，英國也剛剛研發(fā)成功，無加推情況下推力可達6噸，加推情況下可達9噸。然而由于國內(nèi)在材料、工藝等方面的巨大差距，全面吸收斯貝發(fā)動機的技術(shù)已經(jīng)是快三十年之后了。二十一世紀來臨，隨著國內(nèi)在冶金、材料、化工、機械方面的快速進步，渦扇9的全面國產(chǎn)化也開始步入正軌，渦扇9也更名為“秦嶺發(fā)動機”，即我們現(xiàn)在所指的渦扇10。自2002年定型之后，渦扇10開始裝備飛豹殲轟機等機型，早期其可靠性確實不盡如人意，但隨著不斷修正和完善，渦扇10也日趨成熟，開始大量運用于我國軍用飛機中，并改型出了渦扇10B等型號。渦扇10的成熟標志著我國在航發(fā)領(lǐng)域開始站穩(wěn)了腳跟，具有了航空發(fā)動機試制的基礎(chǔ)，為現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的三代機提供了有力保證。從公開信息來看，我國的**-15,**-20等型號也開始進行了成熟階段，有望厚積薄發(fā)，迎來新一代發(fā)動機發(fā)展的曙光。

三、我國航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)的投資機會

正因航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)之復(fù)雜，工藝之高超，航空發(fā)動機的更新?lián)Q代也是非常緩慢的，其進步往往需要材料、工藝、冶金、流體力學(xué)等諸多方面的配合，涉及到諸多基礎(chǔ)學(xué)科、基礎(chǔ)理論的突破。從歷史經(jīng)驗來看，一代發(fā)動機的研發(fā)通常需要二十到三十年的時間。由于時間周期過長，與飛機型號開發(fā)往往難以匹配，因此航發(fā)制造商基本都以核心機開發(fā)為主，將新材料、新設(shè)計的研究前置，之后再根據(jù)具體型號要求做三到五年的型號研究從而盡快推出產(chǎn)品。由于航發(fā)的高壁壘性與開發(fā)的長周期性，對投資航發(fā)產(chǎn)業(yè)造成了一定的影響。因此在航發(fā)產(chǎn)業(yè)投資中，更應(yīng)注重投資的邏輯，從目前來看，有以下幾個方面的機會值得探討：第一、航發(fā)新材料的機會。我國航發(fā)總成基本由中航發(fā)完成，在可預(yù)見的二三十年內(nèi)，難以有廠商可以與之競爭。但航發(fā)涉及到廣泛的材料應(yīng)用，且這些材料將來有可能通過民用化拓展市場，無論是熱端部件中的新型復(fù)合材料，還是機匣等部件使用的鈦合金和高溫合計，在航發(fā)中都擁有巨大的市場潛力，隨著WS10的列裝和之后的型號的成熟，有望提供給航發(fā)新材料公司比較好的發(fā)展機會。第二、小型渦扇發(fā)動機的機會。近年來，我國巡航導(dǎo)彈、反艦導(dǎo)彈等導(dǎo)彈類型日益豐富，技術(shù)日益完善，其也會用到小型渦扇發(fā)動機。這類發(fā)動機相對技術(shù)含量較低，在機械加工等領(lǐng)域也會創(chuàng)造出較好的投資機會。第三、航發(fā)設(shè)計軟件的機會。隨著航發(fā)設(shè)計的自主性開始提高和國外對于國內(nèi)的技術(shù)封鎖，國內(nèi)對于航發(fā)仿真設(shè)計軟件的要求也在顯著提升。客觀來看，我國的航發(fā)發(fā)展仍然任重而道遠，作為產(chǎn)業(yè)競爭中的追趕者，投資機會并不容易捕捉。但隨著國際形勢的變化，無論是國家，還是公司都不得不加快自主研發(fā)的步伐，商飛與通用LEAP的案例就擺在我們的面前，這種事件隨著時間推移可能會更加嚴重。另外一方面，也要看到，近些年我國航發(fā)還是取得了巨大進步的，俄制D-30和AL31F在我國使用多年，未來命運如何，讓我們拭目以待吧！