去年年中，因盡調項目的緣故，與同事驅車來到了秦嶺腳下，灃峪河畔的西北工業大學，作為我國在三航方面最為專業的院校，西工大為國家培養了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，卻說透了三航產業的核心，尤其是其中的航空發動機的生產，一直被視為工業皇冠上的明珠。
多年來，航空發動機一直被認為是制約我國航空產業發展的最重要因素，由于其涉及到材料、氣動布局、機械結構等多個領域，某種意義來說是結構最為復雜的機械產品，因而其設計、制造都充滿難度。時至今日，能夠獨立制造航空發動機的也僅有美中英法俄烏六國，能造出民用航發的則只有美英法三國，可見航發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動機裝在了“飛行者“1號上，實現了在空中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，人類研發了各種各樣的飛機，每一代飛機研發的背后都是新的航空發動機的研發，航發和飛機實現了真正的同呼吸、共命運。
一、航空發動機的歷史和分類
從航空發動機的類型來看，可將航空發動機分為活塞式發動機和空氣噴氣式發動機。在飛機發展的最早期，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而使用新發明的活塞發動機。同汽車一樣，活塞發動機是依靠活塞在氣缸中的往復運動使氣體工質完成熱力循環，將燃料的化學能轉化為機械能的熱力機械，通過發動機內曲軸的往復運動帶動螺旋槳旋轉，從而為飛行提供動力?；钊l動機在相當長時間內是飛機的主要動力選擇，二戰時飛機在戰爭中得到廣泛應用，美國的P-47戰斗機、日本的零式戰斗機均使用的是活塞發動機。由于龐大戰爭機器的開動，同盟國和協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動機的研究。
20世紀四十年代末至50年代初，源于戰爭驅動的研究開花結果，空氣噴氣式發動機走上歷史舞臺。噴氣式發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，噴氣式發動機不僅用在了傳統的飛機上，而且成為了導彈、航天器等新型飛行器的動力來源。根據有無壓氣機，可以將噴氣式發動機分為兩類，無壓氣機的主要是沖壓式發動機，由于其結構相對簡單，經濟性好，常作為洲際導彈、中程導彈等使用的發動機，飛行速度可達到5-10馬赫。但其缺點在于在靜止狀態下無法自行起飛，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動機是渦輪噴氣發動機，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，驅動壓氣機工作，同時，高壓高溫氣體進入渦輪，驅動渦輪做工，向后高速噴出氣體，從而推動飛機向前。渦噴發動機是人類對噴氣式發動機的第一次嘗試，美國的F-80,F-86,蘇聯的米格-15等都是裝備該型發動機的典型代表(在朝鮮戰爭中曾廣泛使用)；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。但是由于渦噴發動機渦輪部分排出氣體仍有相當能量，經濟性較差，從20世紀60年代開始，逐步被性能更好的渦輪風扇發動機取代。
渦輪風扇發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，在尾噴管中繼續膨脹作功，帶動一個比壓氣機大的風扇，從而提高經濟性的方案。1964年，英國羅羅公司開發出軍用斯貝發動機方案，用于列裝美國F-4鬼怪戰斗機，推重比達到5。從此之后，發動機的基本結構開始成熟，航發的進步更多集中在怎樣提高燃燒效率，如何提高推重比？航發的研究也更多集中在內部結構和材料的進化上。20世紀70年代，美國首先研制成功推重比為8.0一級的渦扇發動機F100,并裝備在F-14戰斗機上。之后的F-16裝備的F110、F/A-18裝備的F404都是這一級別的發動機。在冷戰末期，第四代戰機的研發被提上日程，推重比為10一級的配套發動機的開發也成為了當務之急，美國的F119和之后進化版的F135即是這一代發動機的典型代表，由于蘇聯解體，俄羅斯在這一級發動機的研發上顯著推后，其產品30在2015年后才正式推出。渦扇發動機已成為軍用飛機的主要選擇，經過多次改制和完善，目前也成為了普通客機的主流選擇。
渦扇發動機推力較大，在高速飛行時占有優勢，但是在亞音速等較低飛行速度下，渦扇發動機的推進效率比較低，耗油率很高。正是在這種困境下，渦輪螺旋槳發動機應用而生，其工作原理是將燃氣發生器產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，從而把空氣排向后方，由此產生向前的拉力帶動飛機向前飛行渦槳發動機在低空低速飛行環境下擁有明顯的優勢，在早期的戰術型運輸機上渦槳發動機得到了廣泛的應用，例如美國的C-130運輸機，蘇聯的安-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，使用方便的優勢，在軍民用領域得到了廣泛的使用，作為驅動直升機旋翼而產生升力和推進力的動力裝置，可分為活塞式發動機和渦輪軸發動機，活塞式發動機是最早的直升機動力裝置，而渦輪軸發動機是目前直升機的主流選擇。從其工作原理來看，渦軸發動機與渦槳發動機基本是相同的，只是其功率輸出方向轉向了上方，通過驅動旋翼帶動飛機飛行。
二、我國的航空發動機發展現狀
由于復雜的歷史原因，我國基本缺席了航發的早期發展階段，1950年代，借助蘇聯援建的歷史機遇，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動機，并裝備了轟6轟炸機和殲7戰斗機等。這一階段我國的航發基本以仿制為主，后來由于蘇聯撤回援建對我國渦噴發動機的生產產生了很大的困擾，我國開始進入渦噴發動機的自行研制階。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”渦噴發動機，并在2002年定型。雖然渦噴發動機目前已經不是主流的發動機類型，但昆侖發動機的研制還是為我國航空發動機的事業積累了豐富的經驗和人才隊伍。我國渦扇發動機的技術則主要來自于英國，20世紀70年代，隨著中國和西方國家關系的改善，英國羅羅公司將MK202斯貝軍用加力渦扇發動機技術轉讓給了中國，西航公司1976年開始進行斯貝發動機的試制工作，取名渦扇9。應該說，當時的斯貝發動機技術在國際上也是較為領先的，英國也剛剛研發成功，無加推情況下推力可達6噸，加推情況下可達9噸。然而由于國內在材料、工藝等方面的巨大差距，全面吸收斯貝發動機的技術已經是快三十年之后了。二十一世紀來臨，隨著國內在冶金、材料、化工、機械方面的快速進步，渦扇9的全面國產化也開始步入正軌，渦扇9也更名為“秦嶺發動機”，即我們現在所指的渦扇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領域開始站穩了腳跟，具有了航空發動機試制的基礎，為現在廣泛應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，迎來新一代發動機發展的曙光。
三、我國航空發動機產業的投資機會
正因航空發動機結構之復雜，工藝之高超，航空發動機的更新換代也是非常緩慢的，其進步往往需要材料、工藝、冶金、流體力學等諸多方面的配合，涉及到諸多基礎學科、基礎理論的突破。從歷史經驗來看，一代發動機的研發通常需要二十到三十年的時間。由于時間周期過長，與飛機型號開發往往難以匹配，因此航發制造商基本都以核心機開發為主，將新材料、新設計的研究前置，之后再根據具體型號要求做三到五年的型號研究從而盡快推出產品。由于航發的高壁壘性與開發的長周期性，對投資航發產業造成了一定的影響。因此在航發產業投資中，更應注重投資的邏輯，從目前來看，有以下幾個方面的機會值得探討：第一、航發新材料的機會。我國航發總成基本由中航發完成，在可預見的二三十年內，難以有廠商可以與之競爭。但航發涉及到廣泛的材料應用，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合材料，還是機匣等部件使用的鈦合金和高溫合計，在航發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，有望提供給航發新材料公司比較好的發展機會。第二、小型渦扇發動機的機會。近年來，我國巡航導彈、反艦導彈等導彈類型日益豐富，技術日益完善，其也會用到小型渦扇發動機。這類發動機相對技術含量較低，在機械加工等領域也會創造出較好的投資機會。第三、航發設計軟件的機會。隨著航發設計的自主性開始提高和國外對于國內的技術封鎖，國內對于航發仿真設計軟件的要求也在顯著提升?？陀^來看，我國的航發發展仍然任重而道遠，作為產業競爭中的追趕者，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！
