調整與蓄勢：全球航空發動機市場回顧

任治潞

2020年，肆虐全球的新冠肺炎疫情讓全球航空業遭遇了前所未有的危機。航空發動機產業作為全球航空產業鏈中的重要一環，自然也難以獨善其身。盡管如今航空業已經逐步從疫情發生之初的手足無措中走了出來，全球航空運輸市場也在逐步恢復，但沒有人會否認，這場疫情將對未來全球航空業的發展產生深遠的影響。對于航空發動機產業來說，在經歷了2020年的沖擊之后，如何規劃好企業未來的技術發展之路、市場開拓之路，才是更為重要的。

“停轉”的發動機

2020年，或許對于航空發動機制造商來說，最難的并不是發動機產品的銷售隨著飛機交付量的減少而減少，而是大量航班停飛所導致的售后服務市場收入銳減。事實上，對于發動機制造商來說，這部分收入才是其最重要的收入來源之一。

與2003年的非典疫情相比，此次新冠肺炎疫情對航空運輸市場的重創至今都在不斷超出行業早前的預期。在全球疫情最為嚴重的2020年4月，全球98%的國際航班停飛，當時全球封存的飛機數量達到了創紀錄的19436架，是疫情前的5倍之多。盡管之后，市場有所恢復，但全球封存機隊的封存比例也一直在50%左右。更令人困擾的是，這種緩慢復蘇的情況很有可能是相當長一段時間內全球民用航空市場的寫照。

受到飛機封存的連帶影響，2020年全球各細分市場典型發動機產品的同期封存比普遍在40%～60%之間，其中全球市場保有量最大的兩款發動機產品CFM56和V2500的封存比例自然也是首當其沖。但是在市場緩步復蘇之后，發動機市場產品封存的走勢也呈現了一定的分化。

以LEAP、PW1000G以及GEnx為代表的成長期發動機復飛率要遠高于成熟期的發動機產品，而以PW2000和RB211為代表的處于衰退期末尾的發動機產品在處于封存狀態后呈“一蹶不振”的態勢。這主要是因為，在運力嚴重過剩的情況下，航空公司從經濟性角度考慮，一般會選擇裝載LEAP、PW1000G系列發動機產品的新一代飛機進行航班飛行。

從行業過去的經驗來看，以“911事件”為例，當時處于成長期的窄體客機發動機產品的市場價值下降都十分有限，甚至在危機之后，都超過了危機前的水平，并逐步邁入成熟期。但在寬體客機發動機市場的情況則完全不同。

同樣以“911事件”為例，當時寬體客機市場的一款處于成長期的產品CF6-80C的市場價值嚴重疲軟，之后市場行情的復蘇也十分緩慢，抗危機的表現甚至還不如當時已經處于停產狀態的CFM56-3C1。此次新冠肺炎疫情發生后，IBA分析公司的數據顯示，以GE90和遄達700為代表的成熟期寬體飛機發動機在此次疫情后的市場價值已經下降了20%，而同期CFM56和V2500的降幅還不到10%。考慮到市場價值變化主要由市場需求驅動，因此可以認為窄體客機發動機產品受經濟下行和復雜市場環境影響波動較小，危機后的回暖速度也將明顯快于寬體客機發動機市場。這一趨勢與全球飛機市場的趨勢是相一致的。疫情后，全球窄體客機市場受影響程度和復蘇情況要明顯好于寬體客機市場，這一點從飛機制造商的訂單和交付量中已有明顯體現。也正因為疫情對窄體客機市場的沖擊要略小于寬體客機市場，因此窄體客機發動機制造商的壓力也要相對小一些。

即便是在2020年4月，面對第一季度全球民用航空發動機交付銳減40%的嚴峻形勢，賽峰集團仍表示，其業績與年初設定的全年指標相符，對全年保持正向現金流充滿信心。公司預計，2020年全年LEAP系列發動機的產量預計在1000臺左右，而在疫情發生前，LEAP系列發動機的產能預計也不過1400臺。

相比之下，寬體客機市場另一家重要的供應商羅羅的日子就要難過得多。數據顯示，2020年第二季度，全球裝載羅羅發動機的寬體客機飛行小時數下降了75%，之后在2020年年末，羅羅預計全年飛行小時將同比下降55%。即便是到2021年，裝載羅羅發動機的寬體客機的飛行時間最多恢復至2019年的70%。

制造商不同的發展方向

一直以來，在全球航空發動機市場，GE航空憑借著在高壓比核心機研發方面的優勢在行業內占據了領先的地位。盡管疫情對公司的業務造成了負面影響，但GE并沒有放緩技術研發的腳步。

面對普惠公司齒輪傳動渦扇（GTF）發動機通用核心機的競爭，GE航空啟動了eCore核心機計劃，將GEnx核心機進行縮比設計，引入最新氣動、結構、冷卻、復合材料和低排放設計技術，使“10級高壓壓氣機+第二代雙環預混旋流（TAPS）燃燒室+2級高壓渦輪”構型的核心機應用由寬體客機延伸至窄體客機，市場對象包括支線客機和公務機等。

此外，為了在新一輪公務機動力競爭中搶占先機，GE航空還與賽峰聯手，充分應用LEAP發動機核心機技術衍生發展了Passport 20發動機。目前，這款發動機產品已經投入市場，并成為了多款高端公務機的可選動力裝置。

同時，在窄體客機動力市場，GE將與賽峰集團的合作延長至2040年，這意味著未來公司將持續享有LEAP系列發動機所帶來的市場紅利。也正因為GE除了在寬體客機動力市場之外，還將觸角延伸至了窄體客機和公務機市場，因此即便在疫情的沖擊下，2020年年末公司發布的財報顯示，集團的現金流狀況依舊較為健康，這也為GE未來持續的技術研發投入創造了較好的環境。

20世紀70年代，羅羅公司研發了用于RB211三轉子發動機的核心機，通過對核心機不斷改進升級，發展了遄達700、遄達800、遄達500、遄達900、遄達1000等系列發動機，奠定了羅羅公司在三轉子發動機方面的霸主地位，支撐了其近半個世紀的發展。之后，為了應對飛機升級需要，羅羅以代表最新技術成果的遄達1000發動機核心機為基礎，應用在高效和環境友好的航空發動機（EFAE）計劃驗證的新技術，放大設計，發展出了遄達XWB發動機，成為遄達系列有史以來最暢銷的發動機，也是目前羅羅公司生產的最大發動機。

隨后，隨著新一代機型的研發，羅羅面對普惠公司GTF發動機和GE航空集團超高壓比發動機的競爭，羅羅公司基于對民機動力發展需求的預測，制定了分階段進行的未來10年航空發動機技術和產品發展路線：第一階段以遄達XWB發動機為起點，開發驗證Advance核心機與發動機;第二階段以Advance核心機為基礎，引入齒輪傳動結構，開發和驗證具有顛覆性技術特征的“超扇”（UltraFan）發動機。Advance項目是羅羅基于高壓比核心機豐富的研制經驗而做出的轉型抉擇，是從三轉子結構到傳統民機動力主流結構的重大戰略轉變。

目前，盡管超扇發動機項目還沒有明確裝機對象，但羅羅表示將在2021年完成首臺演示樣機的裝配。根據羅羅的規劃，將在2021年年底前完成發動機的全組裝并進行測試，以便潛在裝機客戶出現后，這款發動機就可以直接做好裝機交付的準備。同時，由于考慮到超扇發動機技術的可擴展設計對于羅羅未來的產品計劃尤為重要，因此羅羅仍計劃繼續沿用原有方案在2022年對發動機進行測試，并響應飛機制造商在110～445千牛推力范圍內的任何需求。

超扇發動機的核心部件是動力齒輪箱，計劃安裝于超扇演示樣機的齒輪箱目前正在德國進行組裝，有望在2021年年中完成組裝，并集成到超扇的演示樣機中。該齒輪箱被命名為DP211，以響應羅羅RB211發動機家族的傳承。

電氣化的探索

電推進技術可實現飛行器氣動和推進效率的大幅提升，并且能夠降低油耗、噪聲和碳排放，滿足未來綠色航空發展的需求，是未來航空推進技術的發展方向。近幾年，電氣化推進系統的研發可謂如火如荼，成為航空動力技術發展的熱點之一。

普惠和GE都參與了NASA的電推進系統項目。2020年3月，NASA公布了第一架全電動推進驗證機X-57麥克斯韋（Maxwell）的一些新概念圖。

X-57麥克斯韋是X-plane系列飛機開發計劃中首款采用全電動系統的飛機，是由4座常規輕型飛機泰克南（Tecnam）P2006T改型而來，其兩臺羅塔克斯（Rotax）912S3四缸活塞式發動機被替換成12臺電動機。該飛機效率比傳統飛機提升了500%，同時零污染排放，并且沒有噪聲污染。

2021年，NASA計劃啟動電氣化動力系統飛行驗證項目（EPFD），該項目基于目前進行的部件技術工作，利用此前已經列入計劃的推進系統驗證機，實現亞聲速飛行的目標。該項目將驗證1MW功率范圍內的電氣化推進系統技術，所裝備飛機預計于2030～2035年服役。NASA相信，電氣化推進系統將推動未來民用飛機實現低能耗和低維修成本。

按照項目計劃和降低風險要求，NASA授出了5份電氣化飛機推進系統（EAP）初始合同。其中3份授予了包括波音、GE和普惠在內的制造商。目前，GE航空已經測試了1MW電動機，并驗證了從F110發動機的雙轉子提取1MW功率。GE航空集團還與NASA簽訂了價值1200萬美元的合作合同，在此合作框架下利用碳化硅動力電子器件研發可用于飛行的1MWDC-AC變流器。該變流器的飛行試驗將在NASA位于俄亥俄州梅溪站的電動飛機試驗設備模擬的9144米高空條件下進行。

普惠公司對其承擔的NASA項目進度保密，很有可能他們正在根據多電飛機優化需求研究兆瓦級電動機/發電機與第二代齒輪傳動渦扇發動機的集成。柯林斯宇航公司和普惠加拿大公司正在基于加拿大龐巴迪公司“沖”8 渦槳飛機設計并聯式混合電推進系統驗證機，該混合電推進系統名為“804項目”，擬采用1臺普惠加拿大公司研發的1MW內燃機和柯林斯宇航公司研發的由電池供電的1MW電動機替換飛機中1臺常規渦槳發動機，希望能在2022年實現飛行時節省30%燃料的目標。

羅羅公司在飛行電氣化之路的發展上也做了大量的工作。2019年，羅羅公司收購了西門子電力及混合電力航空推進業務，以助力其實施電氣化戰略，之后在進行了相關業務整合之后，羅羅成立了專門的電氣部門——羅羅電氣（RRE）。

羅羅公司將航空混合電推進系統的未來市場應用分為4塊：一是2～4座的輕型和超輕型飛機，主要用作飛行訓練和航空運動飛行;二是空中出租車或eVTOL，主要用作城市交通運輸;三是20座及以下的飛機，這類飛行器也可采用垂直起降;四是20～100座的飛機，羅羅與空客聯合啟動了E-Fan X飛機項目。2020年，E-Fan X項目由于受到疫情影響被迫擱置，但羅羅已明確表示將繼續完成其在這個項目中原有的技術研發。

此外，羅羅還在進行一項名為M250混合電推進系統的驗證機。演示驗證計劃將采用APUS i-5飛機作為試驗平臺，該飛機質量約4噸，為常規起降形式。演示驗證計劃將由羅羅公司主導，為期3年，合作伙伴包括德國航空工程公司（APUS）和勃蘭登堡理工大學（BTU）。羅羅公司表示本項目旨在驗證最為復雜、全面的基于燃氣渦輪發動機的混合電推進系統的開發和集成。值得一提的是，基于M250發動機的混合電推進系統可以采用分布式布局，可應用于多種起飛質量、載荷較小的飛機平臺，例如常規起降飛行器、通用飛機、直升機以及eVTOL。

對于電氣化在航空業的發展，羅羅明確表示，電氣化將為航空業帶來深遠影響，就好比當初燃氣渦輪發動機替代活塞式發動機一樣。在這場新一輪的產業變革中，羅羅的目標就是要在變革中占據主導地位。事實上，后疫情時代，對于產業鏈上的企業來說，是挑戰更是機遇，誰能在這場變革中占據優勢，讓我們拭目以待。