全球民用航空发动机市场基本被欧美企业垄断 发动机系统已从传统机械系统向机电系统发展 发动机电子技术所占比例不断提高

 导读： 全球民用航空发动机市场基本被欧美企业垄断  发动机系统已从传统机械系统向机电系统发展  发动机电子技术所占比例不断提高。航空发动机作为飞机动力源，是决定飞机性能的重要因素。

参考《2016-2022年中国航空发动机行业发展现状及十三五竞争战略分析报告》

        （1）航空发动机整体情况 

        航空发动机作为飞机动力源，是决定飞机性能的重要因素。航空发动机集中了机械制造行业几乎所有的高精尖技术，因此航空发动机技术水平的高低是一个国家工业实力的重要标志。目前世界上能制造飞机的国家很多，但是能独立研制航空发动机的只有美国、俄罗斯、英国、法国、中国等少数几个国家，而全球民用航空发动机市场基本被欧美企业垄断。航空发动机产业空间广阔，未来20年全球民用航空发动机市场规模将达到14,360亿美元，军用航空发动机市场规模将达到4,300亿美元。（数据来源：《发动机控制从机械向数字化跨越，募投项目加速民品产业化进程》王天一，东方证券）我国已经形成较完整的航空发动机产业链和相应的生产布局。2011年我国整个航空发动机市场规模约为200亿元人民币，其中军用约占70%；民用约占30%，预计到2020年，我国航空发动机产业市场规模将突破千亿元大关。中国航空发动机市场规模及预测，2011年-2020年如下图所示： 

 

 

        （2）航空发动机电子技术 

        随着发动机测试技术和控制技术的快速发展，发动机系统已从传统的机械系统向机电系统发展，而且发动机电子技术所占比例不断提高。在航空发动机领域，以发动机参数采集器和发动机电子控制系统为代表的发动机电子系统的采用极大推动了发动机电子技术的发展。 

        ①发动机参数采集器基本情况 

        发动机参数采集器属于发动机状态监视装置。这类设备主要进行发动机重要参数的采集、处理和存储，发动机气路参数趋势分析，发动使用寿命监视，发动机振动监视，发动机健康管理等。发动机参数采集器可以跟踪采集航空发动机运行中的工作状态和故障信息，并进行处理，分析出航空发动机部件的性能退化情况或者根据处理后的数据对故障进行诊断、分析故障原因、性质、部位及发展趋势，根据具体情况采取必要的维护措施。这类电子状态监视与故障诊断系统对航空发动机早期故障诊断征兆的及时发现与及时处理具有重要作用，可以避免相关事故的发生，保障飞行安全，同时还可以“视情维修”，大大节省维修成本与维修时间，对使用方和维修商都会带来明显的经济效益。 

        目前国内外飞机都逐渐采用发动机参数采集器取代传统的发动机仪表，新飞机制造和老飞机改造产生了较大容量的市场。晨曦航空是国内率先研制发动机参数采集器的企业之一，是国内直升机发动机参数采集器最大供应商。 

        ②航空发动机电子控制领域基本情况国内航空发动机控制方面，由于我国航空发动机发展长久以来以仿制为主，自主研制起步较晚，基本上采用的是机械液压式电子控制系统，近年来配合飞机研制开展了相关工作，发动机电子控制系统处于起步阶段，市场需求较大。 

        A、航空发动机控制系统的功能 

        对现代航空发动机来说飞行高度的范围是从海平面到50000英尺或者更高，飞行速度从静止状态到高亚音速甚至数倍音速。即使在相同的高度和飞行速度下，环境温度也可能会在沙漠气候下的高温和极北地区的低温之间变化。这些工作条件的变化使发动机按照所需要的控制规律工作面临极大的挑战，要求发动机在性能上不但要满足要求，同时还要保证有足够的安全余度。 

        作为航空发动机核心附件的控制系统使发动机按照所需要的控制规律工作。发动机控制系统需要具备如下功能：当飞机飞行状态的变化引起航空发动机工作状态和特性产生很大变化时，控制系统要保证航空发动机在这些飞行状态下工作正常和可靠；在发动机最大非加力状态和作战状态下性能最优、耗油率最低、加速时间最短和达到稳态工作使用的时间最小；当发动机由一种工作状态过渡到另一种工作状态时控制系统要保证能快速操纵，过渡时间最短，且不喘振、不熄火；当发动机受任何形式的干扰作用时，控制系统要保证航空发动机不失稳，且能快速恢复到原始状态；在飞行包线内，控制系统要保证航空发动机在任何条件下工作时，安全可靠，不超温、不超转、不超功率等。总之，控制系统要保证发动机工作稳定、安全可靠，达到各种工作状态控制规律的要求，是发动机的核心部件，被称之为“发动机的心脏”。 

        B、航空发动机控制系统的发展阶段 

        以美国和俄罗斯主流战斗机及其装备的航空发动机为例，航空发动机控制系统的发展阶段如下图所示： 

 

 

        历史上看，发动机控制系统发展可以划分为四个阶段：初始或起步阶段，成长阶段，电子化阶段和综合化阶段。最初阶段发动机控制的计算装置主要是机械装置（齿轮、连杆和凸轮），成长阶段对燃油流量控制的计算装置主要是机械液压式的。随着发动机性能及其相应的发动机控制功能的不断扩展，受到传统液压机械式燃油流量控制以及伺服部件使用极限限制，其结构变得越来越复杂，并且无法实现多回路解耦控制，也无法利用现代控制理论中各种先进的控制方法。电子计算机科学技术及其应用研究的飞速发展，推动了航空发动机电子化阶段来临，该阶段的标志是全权限数字式电子控制系统（FADEC）的使用。 

        综合化阶段的标志是双通道全权限数字式电子控制系统成为标准，其特点为：具有更多的自检测功能；使用了嵌入式发动机模型，用以提高发动机的性能和故障诊断能力；具有发动机使用寿命跟踪算法；由于微处理器速度和闪存技术的显著提高，使得装置更轻、体积更小；发动机健康管理能力更高。 

        C、全权限数字式电子控制系统简介 

 

 

        全权限数字式电子控制系统构成如图所示：其由发动机电子控制器、机械液压执行机构、相关传感器、控制软件等构成。发动机电子控制器是一个集模拟数字信号采集处理、输出驱动、控制律及算法、记录存储、发动机数学模型等于一体的高性能、高可靠性双余度热备份的计算机控制单元；保障电子控制器功能的核心在于其内嵌的复杂的控制软件，而余度和容错技术贯穿于控制系统的硬件和软件体系两方面；机械液压执行机构用来控制燃油油量，是一种精密机械燃油计量控制装置；相关传感器是指安装在发动机上具有余度功能的温度、压力、转速、扭矩等参量测量元件及电路。 

        ③我国发动机控制系统发展现状 

        发动机电子控制系统作为传统机械液压式控制器的升级换代产品，是航空发动机控制装置的发展方向，许多国家都在大力开展以电子控制装置为航空发动机核心控制器的研究工作，并取得了重大进展。目前美国等西方国家已经基本使用电子控制系统取代传统机械液压式控制系统，现在我国现有的发动机大多采用传统的机械液压式控制系统，发动机电子控制系统的研制距世界先进水平有较大的差距，仅有个别发动机采用了电子控制系统，而且还处于试验验证阶段，因此充分利用现有发动机的硬件平台，在其基础上进行全新全权限数字式电子控制系统的研制，以替代目前的机械液压式控制系统是迅速实现我国发动机控制技术升级的有效途径，该产品具有广阔的市场应用前景和明显的经济效益。 

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