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2019年航空发动机行业研究报告

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1、2019年航空发动机行业研究报告内容目录一、航空发动机发展历史.二、涡喷发动机工作原理.三、航空发动机性能要求.四、航空发动机衍变类型.五、航空发动机结构要求.六、涡轮叶片发展及制造.七、航空发动机发展方向.图表目录图表 1 世界航空发动机发展历史.图表 2 星型活塞发动机及工作原理.图表 3 早期装备涡轮喷气式发动机的经典飞机.图表 4 涡轮喷气发动机工作原理.图表 5 航空发动机主要性能要求.图表 6 航空发动机矢量喷口.图表 7 第一代至第五代航空发动机推重比对比.图表 8 航空涡轮发动机的衍变.图表 9 世界五款现役数量最多的战斗机及动力系统.图表 10 世界第五代战机及其设计的动力系统.图表 11 世界五款现役数量最多的运输机及其动力系统.图表 12 世界五款现役数量最多的直升机及其动力系统.图表 13 通用电气GEnx 发动机、横剖图及主要零部件.图表 14 涡轮与压气机的差别.图表 15 航空发动机叶片.图表 16 航空发动机叶片材料.图表 17 航空发动机分代情况.图表 18 航空发动机叶片、构造及工作原理.图表 19 GE 第六代涡扇发动机.航空发动机为飞

2、机飞行提供动力，其研制与生产是航空产业发展中的核心环节。回顾世界航空产业发展历史，每一个里程碑式的成就均与航空发动机的技术进步紧密相关，例如，涡轮喷气发动机（以下简称“涡喷发动机”）的出现使得人类的航空活动扩大至平流层；加力燃烧室的采用使得飞机可以突破声障作超音速飞行；旋转喷口发动机使得飞机垂直起降成为现实；大涵道比涡扇发动机的问世使得大型远程宽体客机得以成功等等。因此，航空发动机在狭义上为航空器提供飞行的动力，广义上是整个航空工业发展的驱动力。本文将将重点介绍涡轮发动机的发展历程、衍变类型、性能要求、零部件组成、涡轮叶片以及航空发动机技术的发展趋势。图表 1 世界航空发动机发展历史资料来源：网络信息中航证券金融研究所整理一、航空发动机发展历史在第二次世界大战中，各类型飞机装载的发动机均是活塞式发动机。这种发动机工作时只输出功率，不能直接产生推进飞机前进的推力或拉力，因此需采用螺旋桨作为推进器，螺旋桨由发动机带转后在桨叶上产生推进飞机前进的拉力。活塞式发动机与螺旋桨组成的飞机动力装置在二战期间获得了极大的发展，成为战斗机、轰炸机和运输机的动力系统。但是，该动力系统限制了飞机飞行速度的

3、再次提高，主要是因为推进飞机前进的推进功率与飞机飞行速度的三次方成正比。当飞机速度增大后，维持飞行动力所需的大功率活塞式发动机无法实现。其次，当飞机飞行速度增大后，空气作用在桨叶叶尖处的相对速度快速提高，超出声速很多，导致能量损失激增，使桨叶的效率大幅度降低。采用活塞式发动机作动力的飞机，飞行速度受到了严格的限制，不可能接近声速，更不可能达到声速或者超过声速。因此，二战期间，较为先进的飞机飞行速度也仅有 750800km/h。在二战后期，部分国家已经开始研制涡喷发动机，但实际用于飞机却是在二十世纪四十年代末期。由于涡喷发动机具有活塞式发动机无法比拟的优点，快速改变了航空工业的发展方向，飞机性能得到了大幅提升。首先，涡喷发动机本身既是热机又是推进器，直接产生推进飞机前进的推力，而不像活塞式发动机需要用限制飞机飞行速度的螺旋桨作推进器。其次，作为这两种发动机工质的空气，流进涡喷发动机的流量比活塞式发动机多几十倍甚至更多。最后，在活塞式发动机中，曲轴每转二转，单个气缸才能完成吸气、压缩、混合气燃烧、膨胀做功和排气的一个循环；在涡喷发动机中，这五个过程是同时进行的，即只要启

4、动，涡喷发动机就不断地做功产生推力。由于这些原因，涡喷发动机做功能力及效率远远大于活塞发动机，其产生的巨大推力能使得飞机克服高速飞行时的极大阻力达到更高速度，使飞行速度在较短的时间内接近声速，超过声速，甚至达到声速的数倍。图表 2 星型活塞发动机及工作原理资料来源：网络信息中航证券金融研究所整理四十年代后期，英国、美国、苏联等国家先后研制成功了第一代实用型涡喷发动机，并发展了多种实用型以涡喷发动机为动力的喷气式战斗机。五十年代初期，在中国抗美授朝战争，中国人民志愿军的空军驾驶米格15 喷气式战斗机与美国联军的 F86 喷气式战斗机展开了英勇的空中搏斗，这是世界上首次出现的作战双方均用喷气式战斗机的空战。自此，新研制的战斗机均以涡喷发动机为动力系统，而那些在二战中耀武扬威、不可一世的以活塞式发动机为动力的战斗机则纷纷退出了历史主要舞台。除了战斗机外，轰炸机也开始逐步采用先进的喷气发动机。喷气式轰炸机的出现时间较喷气战斗机稍晚，以轻型战术轰炸机居多，例如，苏联伊尔-28 于 1948 年首飞，它之后在苏联空军及海军服役达三十年。涡喷发动机在战斗机的使用中不断地改进与发展，逐步采用了各

5、种先进技术，使性能不断提高，同时也促进了战斗机的进一步升级。此外，涡喷发动机也开始用于民用客机。1952 年，世界第一种喷气式民用客机英国“彗星”客机正式投入使用，标志着新一代民用客机的诞生。与以活塞发动机为动力的老式客机相比，新一代喷气式客机具有載客量更大、飞行速度更大、飞行高度更高、航程更远等特点。1956 年之后，苏联图-104、美国波音 707 等大型喷气式民用客机先后投入使用，标志着大型民用客机进入喷气式发动机时代。1968 年至 1969 年，巡航速度达到声速二倍的苏联的图-144、法国和英国联合研制的“协和式”超声速民机也先后投入试飞，标志着涡喷发动机能使大型民用客机的飞行速度成倍地超过声速。图表 3 早期装备涡轮喷气式发动机的经典飞机资料来源：网络信息中航证券金融研究所整理二、涡喷发动机工作原理涡轮喷气发动机简称“涡喷发动机”，通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，部分军用发动机的涡轮和尾喷管之间还有加力燃烧室。涡喷发动机属于热机，工作时首先从进气道吸入空气，由于飞行速度是变化的，压气机将进气速度控制在合适的范围并提高吸入的空气的压力。压气机主要为扇叶形式，叶片转动对气流做功，使气流的压力、温度升高。随后高压气流进入燃烧室，室内的燃油喷嘴射出油料与空气混合后被点火，产生高温高压燃气向后排出。高温高压燃气在流过高压涡轮时，部分内能在涡轮中膨胀转化为机械能，驱动涡轮旋转。由于高压涡轮同压气机装在同一根轴上，因此也驱动着压气机旋转，从而反复的增压吸入的空气。最后，从高压涡轮中流出的高温高压燃气在尾喷管中继续膨胀，高速从尾部喷口向后排出。这一速度比气流进入发动机的速度大得多，从而产生了对发动机的反作用推力，驱使飞机向前飞行。

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