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打造世界级发动机叶片,航亚科技如何助力国产大飞机C919起飞?

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作者:邓环宇
2020-12-16 09:59
遥想未来,大飞机C919搭载着中国自主研发的发动机在全球翱翔时,燃油每一次燃烧,发动机每一次喷发带动的2000多个叶片,都代表着航亚科技极致的技术,还有其像蓝天一样广阔的市场空间。

2017年5月5日15时19分,C919中型客机在上海浦东机场圆满首飞。

C919制造自立项以来,经过10年光阴埋头苦研后,终于破茧化蝶,突破了国产大飞机生产技术。

虽然首飞时,C919国产化率仅有约60%,但是近几年难点仍在被不断突破:2018年9月19日,C919飞机起落架实现了国产化,该部件是飞机承重最大部件。

预计不久的未来,C919核心部件CJ-1000/2000发动机也将自产。航亚科技是该发动机联合研发企业之一,主要负责研发、生产发动机中制造、生产难度最大的压气机叶片。同时,航亚科技产品还包括飞机发动机众多部件的制造生产,如机匣、整体叶盘、涡轮盘等转动件及结构件。

航亚科技不仅为C919提供发动机叶片,还是全球四大航空发动机厂商赛峰、GE航空航空发动机叶片的供应商。

随着航亚科技产品技术水平提高,以及下游整机厂商和部件厂商对航亚科技的认识加深,其营收近年来突飞猛进:从2017年的0.98亿,增至2019年的2.58亿,年均复合增长62.50%。

航空发动机一直是中国航空装备制造痛点,航亚科技何以造出世界级的发动机叶片,并获得赛峰、GE航空青睐?航亚科技已经在海外取得不错的成绩,未来其高速增长态势能否持续?

发动机部件一次成型

航空发动机是飞机的“心脏”,被喻为“现代工业皇冠上的明珠”,其性能直接决定了飞机的运载能力、航程长短和可靠性等关键性能,是航空装备产业发展的核心基础。

航空发动机核心部件的工作环境极其“恶劣“:需要承受1400~1800摄氏度的高温环境,承受速度高达300m/s、压力高达20多倍静压的高压高速气流冲击,并保持每秒上千的转速。因此航空发动机对工业设计、加工工艺及制造能力都有极高要求,其制造工艺甚至可以代表一国工业技术的最高水平。

过去,为了更好的发展航空制造业,中国航空制造企业以市场换技术:以贸易补偿市场份额的方式参与全球航空制造分工。

从20世纪70年代开始,中国不断融入国际航空产业链,同时也逐渐介入到航空发动机零部件的转包业务之中。据《中国民用航空工业统计年鉴2018》,中国民用航空发动机零部件总体转包交付金额持续增长,从2013年的4.93亿美元增长到至2017年的6.53亿美元,年均复合增长率为5.18%。

在空发动机零部件的转包业务中,航亚科技表现耀眼:全球四大航空发动机厂商赛峰、GE航空均为其主要客户。

不仅如此,航亚科技凭借发动机零部件领域丰富的经验,还承担了中国航发商发“长江系列“发动机,以及多个高性能国产发动机零部件的研发及试制加工任务,如C919发动机CJ1000和CJ2000的高低压转子叶片。

在产品研发阶段,航亚科技参与了较多“同步设计”项目,不同于“产品工艺设计”,后者只需要在成熟工程设计基础上对不同零部件进行工艺验证并产业化。

“同步设计”围绕发动机整机设计要求,从零部件的材料、工程制造技术、性能测试等方面进行同步研发,也是对零部件设计特性要求、工艺完整性、稳定性、可靠性以及成本进行验证的过程。对于企业来说,同步设计更多的是一个创新、创造的过程。因此,航亚科技研发费率也远高于国内可比公司。

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数字化是现代制造业中的重点,航亚科技在研发的过程中对此尤为重视。

航亚科技建立了一套以数据为核心、涵盖研发制造全过程的制造体系。并且基于过往项目积累的大量生产数据和工艺数据分析,航亚科技不断优化调整工序,持续进行工艺改进迭代。

最终,航亚科技在“精锻近净成形”与“精密机加工”两大重点技术领域形成了丰富的工程技术能力。

由于航空发动机结构高度复杂,并且精度要求高,传统锻造无法一次成型,必须辅以机加工,但是机加工势必导致原材料浪费,并且很大可能对零部件结构造成损伤。如美国F-22飞机中尺寸最大的钛合金整体加强框,所需毛坯模锻件重达2796千克,而实际成形零件重量不足144千克,材料的利用率不到5%。

“精锻近净成形”技术指锻造后仅需少量加工或不再加工,就可用作机械构件的成形技术。该技术是航空发动机零件制造主流发展趋势之一,在欧美发达国家航空发动机零部件生产中,均普遍采用该工艺技术路线实现航空发动机零部件批量化生产。

航亚科技使用“精锻近净成形”技术生产出了其主要产品发动机压气机叶片。压气机叶片的功能是推动发动机工作或者导流、分气使燃烧时的空气达到燃烧所需压缩比。

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在各类叶片中,压气机叶片是航空发动机中型面结构最复杂、工作环境最苛刻的零部件之一。其型面复杂,不同叶片从叶根到叶尖的弯扭角度可能都不同;叶片前后缘的厚度只有0.1~0.2mm,却对轮廓度要求极高。

由于压气机叶片制造难度大,所以航亚科技是目前国际上少数具备以精锻技术实现压气机叶片量产,并应用于国际主流发动机的企业。

经中国锻压协会以及业内院士和专家鉴定:航亚科技压气机叶片精锻制造技术达到国际先进水平。

大飞机C919带动国产需求

航空发动机可分为活塞式发动机和燃气涡轮发动机。由于活塞式发动机活体积巨大,产生推力有限,不能真正做到连续提供动力,大大降低了飞行的稳定性,只适用于低速飞行。二战后,活塞式发动机逐步退出主要航空领域,目前仅有少量小型飞机采用。

航亚科技产品主要服务于涡扇发动机,而且是配套于LEAP、CFM56等当今国际主流民用发动机。

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CFM国际发动机的核心产品CFM56系列发动机以及LEAP-X发动机,这两款发动机在民用客机领域占据主导地位,其市场份额长期处于市场首位。航亚科技配套LEAP、CFM56系列发动机无疑为其未来铺好道路。

航亚科技具体产品是发动机叶片。叶片制造量占整机制造量三分之一左右,每台发动机压气机叶片数量一般在2,000片左右,是发动机中数量最多的一类零件。

航亚科技持续研发,不断优化各工艺环节,技术实力和产品质量不仅获得了赛峰、GE航空等国际主流航空发动机制造商最终认可,通过这两家公司认证的产品还在持续增加,并且陆续大批量交付,使得航空叶片产品销量相应提升。

因此,航亚科技发动机叶片收入不断新高,从2017年的4048.70万元,增长至2019年的1.51亿元,年均复合增长92.96%。

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随着国产商用发动机的研发逐渐成熟,国内千亿级商用大飞机配套市场有望进一步打开。

目前,C919和CR929订单量分别为1015架和200架,对应市场规模约为770至920亿元。通常发动机占民航客机总价值的比例为15%~30%,按此比例估算,国产商用大飞机将带来115.5至276亿元的市场空间。而2017年,中国民用航空发动机零部件年交付总金额仅为44.93亿元。

这意味着,随着国产大飞机发动机研发成功,参与中国自主研制的CJ-1000/2000发动机的航亚科技,将迎来非常巨大的市场。

除了发动机叶片,航亚科技还主动开拓其业务边界,不断攻坚飞机发动机不同的零部件。

航亚科技通过对航空发动机市场需求的分析判断,以及各类研发项目为契机,于2014年进入叶盘;2017年进入涡轮盘;2019年进入机匣等发动机转动件及结构件领域。因此,航亚科技转动件及结构件领域收入近年来持续增高,从2017年的723.02万增至2019年的2205.98万,年均复合增长74.67%。

航亚科技的野心不限于此,2018年,再次以科研项目为契机,积极筹备未来承载航空发动机组件及单元体业务的能力。

过去,在中国市场换技术的大背景下,航亚科技参与发动机同步设计,精研技术,现今已经成为国际上少数具备以精锻技术实现压气机叶片量产,并应用于国际主流发动机的企业。遥想未来,大飞机C919搭载着中国自主研发的发动机在全球翱翔时,燃油每一次燃烧,发动机每一次喷发带动的2000多个叶片,都代表着航亚科技极致的技术,还有其像蓝天一样广阔的市场空间。

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