航空發動機潤滑系統專利總體態勢分析

王昊

（中國煤炭科工集團有限公司，北京 100013）

在航空發動機中，潤滑系統一般是為軸承、齒輪提供潤滑油，對它們進行潤滑和冷卻，減少磨損、防止銹蝕，同時，將由機械轉動而產生的熱量帶走，而達到一定的熱平衡狀態。潤滑系統控制機械在一定的工作溫度下正常運行，防止由于溫度的過高而導致的零件失效情況的發生，進一步保證機械能夠更加長久地運轉。發動機潤滑系統工作的正常與否直接影響著整個發動機的可靠性。

以渦輪風扇發動機為例，航空發動機潤滑系統主要由潤滑油箱、潤滑油泵、調壓活門、油濾、管路、滑油噴嘴組成。其工作過程大致為：潤滑油由潤滑油箱經潤滑油泵抽出，進入潤滑油泵，壓力增加后經過油濾后流出潤滑油附件，進入發動機內部。在發動機內部沿分流通道分為兩路：一路潤滑傳動裝置與軸承前腔，另一路去潤滑軸承中腔與軸承后腔，然后，經回油級分別抽回。

由于潤滑系統在航空發動機穩定性和可靠性方面起著重要作用，因此，開展潤滑系統的專利分析是十分重要的。

1 潤滑系統全球專利申請基本情況

了解潤滑系統在世界范圍內的技術分布有助于了解該國或地區技術發展的現狀和對技術的輸出情況。同時，分析不同國家或地區在世界范圍內的專利布局情況，對我國航空發動機潤滑系統的發展和保護也有一定的借鑒意義。截至2020年11 月，全球航空發動機潤滑系統專利申請與授權情況如圖1 所示。可見全球潤滑系統專利申請可以分為兩個時期，2001～2011 年為技術積累期，在此期間，由于軍事和民用的巨大需求，美國、法國、俄羅斯等國和普惠、羅羅等各大公司紛紛投入大量的經費和科研力量進行航空發動機的設計和研究，涌現出了多個航空發動機型號，航空發動機的潤滑系統技術的專利數量也在平穩地上升；2011 年至今，為技術快速發展期，隨著經濟全球化的趨勢以及大國之間的軍力的競爭越來越激勵，航空發動機潤滑系統技術也得到了快速的發展，發展迅猛，在此期間，我國籌備航空發動機重大專項，投入萬億資金進行航空發動機的研制，歐美俄等主要國家也加大了對航空發動機的研制。由此可見，隨著投入的不斷加大，國家的重視程度越來越高，未來航空發動機潤滑系統技術的發展將大有前途，越來越快。

圖1 航空發動機潤滑系統全球申請趨勢

根據優先權國別統計數據，分析了航空發動機潤滑系統全球專利首次申請國/地區分布百分比，通常申請人會首先在本土進行專利申請，之后再以此為優先權向其他國家遞交申請，因此，分析全球專利首次申請國/地區分布，能夠反映出該國/地區分布在潤滑系統領域的原創能力。從圖2 中可以看出，就主要分布地區來看，排名第一的是美國，其專利申請總量占全部總量的41%，日本和俄羅斯（包括前蘇聯）并列第二名，其專利申請總量均占全部總量的12%，第三名是法國，其專利申請總量占全部總量的11%，我國緊隨其后，其專利申請量占全部總量的8%。由此可見，美國作為世界第一強國，其技術研發依然具有巨大的優勢，日本由于具有二戰后相關條約的限制，發展不及美國，但依然領先于我國，而俄羅斯由于蘇聯解體的影響，以及國內經濟形式的不穩定，其技術發展和技術研發活躍度已經大大落后于美國，法國由于具有世界知名的航空發動機研制公司，其申請活躍度也比較高，隨著我國經濟的不斷發展，對外開放的程度越來越高，其潤滑系統技術發展也在不斷前進，而作為世界工業強國，德國和英國的專利申請量卻較少，究其原因，德國可能是因為其沒有比較知名的航空發動機公司，英國可能是由于近幾年其國內第一大航空發動機制造商羅羅公司連續20 個月出現了5 次盈利預警，造成了對研制投入的經費降低，從而造成了申請減少。

圖2 航空發動機潤滑系統主要申請地區比例趨勢

近年來，國內航空發動機生產設計企業已經將潤滑系統作為未來航空發動機升級的主要技術方向的情況下，也加大了潤滑系統技術的引進開發和自主研究。

對比圖3 中的主要公開地區比例和圖2 中的主要申請地區比例可以看出，公開的地區分布更平衡一些，與主要申請地區占比相比，美國、英國，法國有所下降，可見其技術輸出的較多，中國、日本、俄羅斯的占比上升，可見其技術輸入較多。所有申請中，在歐洲專利局公開的占15%，在WIPO公開的占8%，可見，各國也開始充分利用國際合作組織提供的便利條件進行專利布局，提高專利布局的效率。

圖3 航空發動機潤滑系統主要公開地區比例趨勢

2 全球專利申請主要申請人及技術流向

據統計，航空發動機潤滑系統領域全球申請量前五的公司分別是美國的聯合技術公司(UNAC)，世界知名的飛機發動機設計制造服務商普惠公司是聯合技術公司的業務部門，法國的斯奈克瑪公司（SNEA），美國的通用電氣公司(GNEN)，英國的羅羅公司(RORO)，中國的沈陽黎明航空發動機集團有限公司（CHAV）。其中前五的申請量占全部申請量的45%，可見在潤滑系統領域中，專利申請的集中度較高，從申請人的排名中也能明顯看出美國的優勢，在前五的公司中，第一和第三都是美國的公司，而我國也有一家公司進入前五，可見雖然起步較晚，但是，隨著國家的重視，我國該技術的發展也處于一個較為活躍的階段。

據統計，航空發動機潤滑系統技術領域主要申請人公司占絕對優勢，占92%，而研究機構、大學和個人只占很少的一部分。這是由于此技術領域的研發不僅需要具有較高知識水平的技術人員，還需要投入大量的資金，研究門檻比較高，而研究機構、大學和個人都很難獲得大量的研究資金進行研究，只有公司可以投入大量的資金和人力進行研究，從而改進現有技術。該領域的技術申請主要還是以獨立申請為主，占89%，合作申請占11%(此處的合作申請包括公司—公司、公司-研究機構兩種類型的合作申請)。合作申請中比較有名的是由美國普拉特&惠特尼公司(Pratt &Whitney)、英國羅爾斯?羅伊斯公司(Rolls-Royce plc)、日本航空發動機公司（JAEC：Japanese Aero Engines）和德國航空發動機公司（MTU Aero Engines）合資設立的國際航空發動機公司，由美國通用電氣公司和普拉特&惠特尼公司投資各占50%而設立的發動機聯盟有限責任公司等。這些公司之間的合作不僅可以更好地占據市場，同時，也分擔了生產成本和運營風險。

圖4 是潤滑系統領域技術流向圖，其中縱軸表示技術原創國或地區，橫軸表示技術輸入國家或地區。從技術流向圖中可以看出，潤滑系統領域的技術分布非常不均勻，分析進入某一地區的專利公開情況，對于了解潤滑系統技術在該地區的技術發展有重要意義。國外大企業都熟稔“市場未動，專利先行”的圈地戰略，面對競爭日益激烈的市場，不管是一個地區還是一個公司，要想在國際舞臺上形成氣候，必須先進行專利布局。因此，通過對在美國、歐洲、日本、中國、韓國、英國、法國、德國和俄羅斯公開的在潤滑系統領域的專利申請進行分析，主要的動向如下：

圖4 潤滑系統領域專利技術流向圖

美國：具有絕對的領先地位，是主要的技術輸出國，在韓國、英國、法國、俄羅斯等國的技術輸出較少，日本、中國和德國布局較多，這主要得益于美國具有多個知名航空發動機公司。

日本：相關申請較少，在法國和俄羅斯沒有專利布局，本國公開較多，技術輸出不明顯。

中國：幾乎沒有技術輸出，僅在日本和韓國有極少量的布局。

韓國：申請極少，該領域的研究幾乎為空白。

英國：總體申請量不多，與其航空大國地位不相符，在中國、韓國和俄羅斯沒有專利布局。

法國：申請量第二大的國家，是主要的技術輸出國，但在韓國和英國布局較少。

德國：申請量僅次于法國，也具有相應的技術輸出，但是，主要技術輸出國是美國。

俄羅斯：主要是布局本國，在海外的布局極少，僅在美國進行了極少量的專利布局。

3 結語

本文主要通過對相關專利統計定量分析與重要專利定性分析相結合的方式，對航空發動機潤滑技術專利狀況進行了深入分析研究。總體上看，美、歐、法、德等發達國家或地區已在該領域技術研發上取得明顯優勢，并在專利布局上積極行動，優勢企業在全球范圍內廣泛申請專利，已形成了較系統與完善的專利布局體系，這對我國發展自主技術構成了一定阻礙。反觀我國在該領域技術起步晚，發展慢，創新度不高。

潤滑系統全球專利申請量總體上呈現上漲的趨勢。航空發動機潤滑系統技術領域的專利申請人較為集中，技術創新主要集中在美、日、法、俄等國，涉及的公司主要是通用電氣公司、聯合技術公司、斯奈克瑪公司和羅羅公司等幾大國外企業，以及中國的沈陽黎明航空發動機集團有限公司。來自美國的技術創新主體的專利申請量占全球總申請量的41%，位居全球首位。俄羅斯、日本和法國技術創新主體的專利申請量全球總申請量的12%、12%、11%。

目前，我國主要從事航空發動機研發的申請人以公司獨立申請為主為主體，公司與公司之間的聯合、公司與科研院所和高校的聯合申請較少，這不僅不利于該行業的健康發展，不利于我國合理地利用資源減少重復申請的浪費，對高校/科研院所自身而言也是對資源造成的極大浪費。如果能建立企業與企業之間、企業與高校/科研院所之間技術研發與成果共享對接渠道，通過市場化的技術和專利轉讓方式，使得有效專利在市場得到充分利用，減少重復研發和申請造成的浪費，提高效率實現價值。