燃气轮机是什么发动机（航空发动机和燃气轮机的研发历程与现状）

核心观点

国发成立带动产业发展 ，重大专项带来政策红利。 中国航空发动机集团公司已于 2016年5月底成立，本次整合涉及 46 家航空发动机相关研制单位，新集团注册资金达 500 亿元。新集团成立后，飞发分离体系正式确立，大量资金投入推动行业技术进步，航空发动机国产化高度可期。

重点关注航空发动机产业链。发动机一直是我国战斗机交付的最大掣肘，随着两机重大专项的落地以及我国航空发动机技术的历史性突破，曾经导致我国战斗机无发动机可用的尴尬局面将一去不返，我国三代机大规模服役的掣肘不复存在，我国军用航空放量也不再仅仅停留在理论上。未来几年我国军机需求将推动航空发动机板块公司业绩加速释放。

军机换代渐入高峰 ， 发动机需求快速增长。在军机领域我国 2020 年之前将逐步淘汰二代机，以三代机为主体向四代转变，三代机、大型运输机等各类机型将陆续大批量交付，未来 20 年国内军用航空发动机需求将放量。在民机领域，我国民用航线网络不断扩大，相应基础设施建设加速跟进，客、货运流量持续高速增长，未来 20 年，国内民机需求持续增长，对应的民用航空发动机市场广阔。

发动机类型优势劣势应用机型涡轮风扇发动机燃油效率高， 噪音低，动力强结构复杂，造价高小涵道比用于战斗机；大涵道比用于巨型运输机涡轮喷气发动机结构简单，加速快， 高速经济性好燃油效率差，推进效 率和热效率矛盾，基 本被涡扇发动机替代超音速飞机，曾用于协和客机，另外目前发展中国家还有大量涡喷发动机装备的战机涡轮轴发动机比活塞发动机重量轻，体积小速度较低直升机，舰船涡轮螺旋桨发动机低速下比涡扇发动机经济性好经济性不如活塞发动 机，速度有上限中低速客机，运输机螺旋桨风扇发动机燃油效率高，动力强结构复杂，不稳定俄罗斯完成了研制,仅用在A70 上活塞发动机油耗低，结构简单，易维护动力小，重量大小型通用飞机

作为航空燃气涡轮发动机，它们都有一个共同的部分，即燃气发生器（又称核心机）。燃气发生器为燃气涡轮发动机的热机部分，由高压压气机、燃烧室和高压涡轮组成，为各类燃气涡轮发动机生产可转化为机械功的高温高压燃气。它是航空发动机和燃气轮机的核心结构，燃气涡轮发动机的研制难度主要集中在核心机上。

航空燃气涡轮发动机的核心机

燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机的基本结构与航空燃气涡轮发动机相当类似，也是由压气机、燃烧室和涡轮（又称燃气透平）等组成，主要的区别在于燃气轮机是将燃气发生器的可用功输出为转子的扭矩。

燃气轮机按照体量及功率大小可分为重型燃气轮机及轻型燃气轮机。重型燃气轮机主要用于满足发电领域城市公用电网的需要，轻型燃气轮机可用于舰船及机车、坦克等特种车辆的动力，原油与天然气的长距离输送，分布式发电以及油气开采、冶金鼓风等工业驱动领域。

对于国家军事能力而言，拥有独立设计和制造军用大型运输机的能力，无论在建军、作战和非战争任务领域都有不可取代的意义。

2.1 我国在航空发动机的研发历程

我国航空发动机工业创建于抗美援朝时期，从无到有，从小到大，由弱变强，经历了“维修仿制、改进改型、自主研制”三个发展阶段。

第一个阶段是从 1950 年到 1965 年。在苏联经济、技术援助和国内全面建设航空工业战略的内外因双重作用下，我国航空发动机工业成功起步。从维护维修到按图生产，再到仿制改进，先后制造了涡喷5、涡喷 6，并进行了涡喷 7、涡喷 8 的研制生产。

第二个阶段是从 1966 年到 1990 年。随着中苏关系的破裂，我国的航空工业在艰难中独立发展。为我国首型自主研制的歼八飞机配套的涡喷 7 甲发动机在涡喷 7 的基础上开始研制，并成为走完从设计、试制、零部件加工及整机地面调试、高空模拟实验到试飞定型全研制周期的首型发动机；在其基础上改进研制了涡喷 13 发动机，全面提高了可靠性和耐久性；引进许可生产了罗罗公司的“斯贝”MK202 型加力涡扇发动机并仿制为涡扇 9 发动机，掌握了大量国内以往没有接触过的先进工艺和技术。

第三个阶段是从 1990 年往后。以新一代核心机预研计划为代表的，中国航空发动机构建核心机型谱体系的整体发展思路的逐渐形成，中国航空发动机科研体系逐渐步入成熟。2002 年和 2005 年，我国自行设计研制的涡喷14发动机和第三代大推力涡扇10 发动机分别定型，这标志着我国具备了航空发动机的自主研制能力。

自 20 世纪 40 年代燃气涡轮发动机替代活塞式发动机成为军用战斗机的动力装置以来，其发展已经历四代。航空发动机研制周期长，技术难度大，耗费资金多，具备独立研制先进航空发动机能力的国家只有美、英、法、俄四国。目前世界上主要的航空发动机生产商均来自这四个国家，它们是美国的通用电气（General Electric，GE），普拉特-惠特尼(Pratt & Whitney，PW)，英国的罗尔斯-罗伊斯(Rolls-Royce，RR)，法国的斯奈克玛(Snecma)，俄罗斯的联合发动机制造集团公司（原留里卡-土星(NPO Saturn)、克里莫夫(Klimov)、礼炮、彼尔姆、乌法等）等。GE、普惠与罗罗的技术较其它厂商领先，俄罗斯军用航空发动机，是我国军用航发主要供应商，但由于基础工艺水平的差距，与美国航空机发动机仍有差距。法国军用航空发动机则受其国内政策和企业支持发展较快。

表二：第 1～4 代典型军用发动机

民用航发市场是军用航发的5倍左右，GE、普惠、罗罗占据80%以上份额。全球商用航空发动机市场集中度超高，CR4超80%。目前全球主要的商用航空发动机制造厂商主要集中在美、英、法等国。以GE、罗罗、普惠、CFM和IAE为代表。其中CFM是通用和法国Snecma的合资公司（各占50%），IAE是罗罗、普惠、日本JAZC、德国MTU组建的合资公司，因此可以说目前全球商用航空发动机市场基本被通用、罗罗、Snecma和普惠四家寡头垄断，他们占据了全球80%以上的份额，拥有绝对领先的技术优势和产品定价权。

表三：全球主要民用航空发动机制造厂商和产品

与世界先进水平相比，我国的航空发动机有近30年的巨大差距。我国现役最先进的涡扇-10及其改进型的性能指标与美国普惠的F100和通用电气的 F110 相当，这两款配套美国 F-15 和 F-16 战斗机发动机上世纪 70 年代即已装备部队。

“太行”涡扇发动机和某涡轴发动机设计定型并装备使用，表明我国已基本具备了自主研制第三代涡扇、涡轴发动机的能力。但是，面对世界发动机加速发展的态势和国内飞机旺盛的需求，与世界先进水平相比，我国航空发动机技术落后了，发动机水平赶不上飞机的发展需求，已成为制约军民用航空装备的“瓶颈”。

我国航空发动机的发展差距主要表现在以下方面：

一是现役军用发动机多数仍是仿制国外的第三代发动机及其改进改型，发动机难以全面满足各类飞机对动力的需求，新研飞机无国产动力可供选用，有时不得不选用国外发动机进行首飞或过渡。

二是我国大型民机发动机型号研制仍是空白，全部依赖从国外进口，民用发动机的特有关键技术预先研究才刚刚开始。

三是尚未全面建立自主创新的研发体系，创新能力薄弱，技术储备不足，航空发动机设计体系尚不完备，设计手段相对落后。

四是航空发动机所需的先进材料、制造技术相对落后，自主研制航空发动机所需的基础设施和保障条件不足，大型试验设备有缺项，试验和测试技术相对落后，满足不了自主研制先进航空发动机需求。

相对于世界各主要强国，我国的船用燃机产业基础十分薄弱，是长期以来制约我国海军战斗力提升的关键因素。我国燃气轮机的研制大致分为三个阶段：

一是起步阶段（20 世纪 50 年代末至 20 世纪 80 年代中期） 。1958 年，我国在《国防科学技术十年规划》中提出了开发燃气轮机的计划，开启了燃机研发的序幕；1959 年，苏联向我国提供了 M-1 型船用燃机的技术资料，我国历经 3 年完成仿制工作；1964 年，我国首台自主研制的 4000kW 燃机通过验收；1978 年，我国首次研制出重型燃气轮机样机。这些探索为我国船用燃机的进一步发展奠定了坚实基础，锻炼了一支经验丰富的技术队伍。

二是引进提升阶段（20 世纪 80 年代末至 90 年代末）。冷战后期，得益于与西方国家关系的缓和，我国开始在燃机领域寻求国际合作。1986 年，我国与美国普惠公司、联合技术公司达成协议合作开发 FT8 燃气轮机，1989 年首台机下线，1996 年完成全部研制工作。1981年，我国上马轻型燃机项目，以引进的英国斯贝发动机为基础，研制 9560kW 船用燃机，计划于 1992 年完成。上述两型燃机的研制成功填补了我国在重型、轻型航改船用燃机的空白，使我国跟上了世界燃机发展的步伐。

三是加速追赶阶段（21 世纪初至今）。进入新世纪，随着我国航空工业的突飞猛进，多型先进航空发动机相继问世。得益于航空动力的技术进步，我国推出了一系列的船用燃机，主要有 QD70、QD128、QC185、QC260、QC280 和 R0110。

目前我国海军船用燃机装舰率较低。已服役主力舰艇中仅有 10 艘驱逐舰装备有船用燃机。分别是 2 艘 052 型驱逐舰（装备 LM2500），2 艘 052B 型驱逐舰、6 艘 052C 型驱逐舰（装备 UGT-25000 及 QC280）。其动力配置方式均为柴燃交替动力（CODOG），每舰配备有 2 台燃机和 2 台柴油机。