临港新片区三周年｜五大动力产业解读：航空动力的优势与短板

2019年8月20日，上海自贸试验区临港新片区正式揭牌。两个月前，上海市经信委等六部门联合发布了《聚焦临港核心区打造上海“全球动力之城”实施方案》。方案提出，以聚焦临港打造全球动力之城核心区为目标，将上海建设成为源源不断向世界输出强大澎湃“中国动力”的全球动力之城。

临港新片区如何打造成为融合硬科技和人文软实力的全球动力之城核心区，在临港新片区三周年之际，澎湃研究所与上海中创产业创新研究院联合推出临港新片区揭牌三周年特别策划“在这里，逐梦星辰大海”。策划将从临港、上海和长三角城市群三个维度分析临港建设全球动力之城的实力和短板，此外，还将重点分析“空天陆海能”五个动力产业体系。

2021年9月27日，广东珠海，中国国际航空航天博览会，室内展馆展出军用航空动力模型。 人民视觉 资料图

航空动力是航空器的“心脏”和动力之源，也是整个航空产业的重要推动力，具有研发投入大、开发周期长、单位价值高、产业带动面广等特点，被誉为现代制造业“皇冠上的明珠”。航空动力未来二十年仍处于快速发展期，其基础材料、加工工艺、动力系统将持续创新发展。从全球竞争格局来看，航空动力产业主要集中在欧美少数国家，上海航空发动机总体集成能力突出、科研实力雄厚，在全国航空动力领域具有较强的竞争优势，但与国外相比还有明显差距。下阶段，上海要强化航空动力研发创新能力、增强企业集群竞争力、构建多元专业服务生态体系，为建设全球动力之城提供坚实支撑。

航空动力产业链全景分析

航空动力是指航空器得以飞行的各种作用力，把各种动力转换为飞行所需作用力的装置就是航空动力装置，包括航空发动机以及保证发动机正常工作所必需的系统和附件。按构造原理，航空发动机分为活塞式、涡轮喷气式和冲压式。其中涡轮式发动机因推力（功率）高，广泛应用于大型客机和高性能战斗机。按照动力涡轮连接部位，涡轮式发动机又可分为涡轴发动机、涡桨发动机、涡扇发动机和涡喷发动机。其中，涡扇发动机因高效率、低油耗、大推力等优势，成为全球应用最广的航空发动机。

航空发动机产业链长、覆盖面广，目前以涡扇发动机为主流的航空动力产业链主要包括上游研发设计、高端材料供应、核心零部件制造，中游分系统制造、整机制造，下游维修服务、再制造。其中，航空发动机高端材料主要包括高温合金、钛合金、先进复合材料三大类，核心零部件主要包括叶片、机匣、轮盘、喷管、燃烧室等。总体来看，航空发动机可以带动和辐射上游机械加工、材料制备、电子元器件等一大批行业发展。

图1 航空发动机产业链 本文图片均为作者自制

以航空发动机为核心的动力价值约占航空器整机制造价值的20%-30%。根据产业链拆分航空发动机全寿命周期价值，研发设计环节占发动机全寿命价值的8%-12%，制造环节（高端材料、核心零部件、整机制造）占全寿命价值的40%-45%，后服务市场则占全寿命价值的45%-50%。进一步拆解细分产业链价值，高端原材料约占航空发动机制造成本的50%（高温合金占其中的35%，钛合金占30%，其他合金及复材约占35%）；叶片占航空发动机整体价值的35%，燃烧室约占其发动机价值的10%，轮盘、齿轮、机匣等核心零部件占整体价值的37%。

图2 航空发动机全寿命周期价值链
资料来源：中国航空新闻网、《航空发动机结构设计分析》

航空动力产业发展趋势

航空发动机具备高科技、高附加值的属性，经济效益巨大。据相关统计，按照产品单位重量创造的价值计算，航空发动机是船舶的1400倍、汽车的150倍。从长期来看，据波音预测，到2040年，全球民航市场将新增超过4.35万架新飞机，总价值达7.2万亿美元，全球民用航空机队规模将超过4.9万架。中国、欧洲、北美、其他亚太国家以及其他新兴市场将各自占据新飞机交付量的20%，按照航空发动机占整机价值20%-30%粗略估算，预计未来20年内，全球航空发动机市场规模将达到1.4-2.2万亿美元，中国市场规模将达到2880-4320亿美元。

航空发动机对基础材料、加工工艺、装配工艺、基础试验等有着苛刻的要求。总体来看，商用航空发动机主要呈现以下发展趋势：

一是发动机材料向复合化、轻量化方向发展。材料是发动机产业的基础。基于航空发动机向推力更大、更省油、更可靠、更耐久、更便于维修、成本更低等方向演进，树脂复合材料、金属基复合材料、新一代陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料等“更强”、“更耐热”、“更轻”的新材料将成为未来航空发动机材料研发的重点趋势。

二是工艺技术向精准、高效、低成本方向发展。随着航空发动机越来越依赖高强度比、低密度、高刚度和耐高温的材料，数控切削技术、高能束流加工技术、摩擦焊接技术、浮壁式燃烧室制造技术、航空涡轮叶片激光制孔工艺等先进工艺技术正逐步支撑先进航空发动机的研发和制造。

三是动力系统向混合动力甚至电动力方向发展。航空运输减碳关键在于降低与航空燃料相关的碳排放，技术路径主要是提升燃油效率和采用新型动力能源，其中新型动力能源变革更具可行性。在全球“脱碳”背景下，混合动力推进系统与全电推进系统正在创造全新的航空交通市场。全电推进系统已经应用于轻型/超轻型螺旋桨飞机，2021年罗罗公司的ACCEL全电动飞机成功首飞。混合动力最有可能率先改变现有民用支线飞机的格局，美国、英国、法国、俄罗斯都在加紧研制油-电/电-电混合动力系统。氢能燃料推进技术也逐步被关注，2022年3月，英国航空航天技术研究院（ATI）发布了“零碳飞行”（FlyZero）项目研究报告，明确了绿色液氢是未来零碳飞行最为可行的燃料选项，并给出了在2050年前氢动力支线飞机、窄体飞机和中型宽体飞机的设计概念。同时，FlyZero也认可渐进式碳中和的发展路径，中短期内以可持续航空燃料为代表的全生命周期低碳/净零碳方案有助于实现航空业的可持续发展。

航空动力区域竞争格局

航空发动机具有高技术壁垒以及高资金投入的特征，全球航空发动机产业主要集中在欧美少数国家，中国围绕发动机整机制造呈现点状式布局，主要集中在北京、西安、沈阳、上海、无锡、苏州、贵阳等城市。

全球竞争格局

全球仅美国、俄罗斯、英国、法国等少数国家能够独立研制高水平的军用和民用航空发动机。这些国家之间也在加强合作，共同构筑航空动力技术壁垒，保障自身核心利益，压制市场“后发者”的发展势头。包括我国和印度在内的一些新兴市场国家近年来加快了航空发动机研制步伐。

从企业来看，基本形成六大巨头垄断全球90%市场的格局，分别是美国的通用电气（GE）、美国普惠公司（PW）、英国的罗罗公司（RR），以及这三家公司等相互合资成立的CFM（Safran/GE）、 IAE（RR/PW）和 EA （GE/PW）三家合资公司。这六家公司不仅具备独立研制航空发动机整机的能力，还主导控制全球大型民用航发的核心技术、总装集成、销售及客户服务等全产业链。围绕GE、普惠、罗罗等龙头整机制造商，全球航空产业链形成上下游协同布局，其中大部件、小型发动机供应商主要包括俄罗斯的土星公司和礼炮公司、法国的 SNECMA、美国的 Honeywell、德国的 MTU 以及意大利的 AVIO 公司；零部件供应商主要集中在日本和韩国，包括三菱重工、川崎重工和韩国的三星科技公司等。

图3  全球航空动力产业链协同分工格局
资料来源：课题组整理绘制

国内竞争格局

1954 年新中国第一台航空发动机试制成功，经历了近70年发展，中国航空发动机产业发展取得重大进展，从最初的仿制改型到如今突破了航空发动机多项核心技术。国内航空发动机产业链围绕发动机整机制造呈现点状式布局，相关龙头企业主要集中在北京、西安、沈阳、上海、无锡、苏州、贵阳等城市。

北京是国内航空动力人才与科技资源最为集中的地区，拥有北京航空航天大学、北京航材院、钢研院等众多高校、科研院所，集聚了中国航空发动机集团等央企，核心研发能力和高端制造能力突出。西安在航空发动机制造方面优势明显，拥有中国航空动力装置首家整体上市企业中国航发西航（以研制大中型军用航空发动机为主），集聚了航发动力、西部超导、西部材料、三角防务等发动机材料和关键零部件龙头企业。沈阳是中国航空工业的摇篮，集聚了沈阳金属所、沈阳发动机设计研究所、沈阳黎明航空（410厂）发动机等航空发动机设计、总装、测试环节的重点企业和科研院所。上海主要以央企为主，集聚了中国航发商发为代表的龙头企业，在商用航空发动机总装、关键基础材料以及产业基础协同方面有较好的基础，同时科研创新实力雄厚。无锡叶片制造国内领先，已经形成了以无锡透平（罗尔斯·罗伊斯公司“亚太地区锻件战略供应商”）、航亚科技为主的企业集群。苏州全力打造航空产业新高地，引进了空中客车中国研发中心、俄罗斯克里莫夫航空发动机总部等。贵阳拥有四大航空发动机主机厂之一的中国航发黎阳（460厂），以及中航重机、航宇科技等发动机零部件企业，重点发展发动机叶片类零件抛光、发动机转动件、机匣、零部件热表处理等。成都则以后市场维修为主，集聚了海特高新、四川斯奈克玛等重点企业。

图4  国内航空动力产业链竞争格局
资料来源：上海中创产业创新研究院整理绘制

上海发展航空动力的优势、不足与建议

上海集聚了中国航发商发、中国航空研究院上海分院等代表企业和科研院所，在产业总体集成、研发创新突破、功能平台集聚等方面具备较强优势，但与国外一流水平相比仍存在明显差距，需要加快突破发展，为上海打造世界级动力产业集群作出贡献。

主要优势

一是航空发动机总体集成能力突出。上海集聚了中国航发商发、中国商飞、宝钢特钢等为代表的龙头企业，在商用航空发动机总装、关键基础材料以及产业基础协同方面具备较好的基础。其中，中国航发商发是大涵道比涡扇商用航空发动机总设计师单位和总承制商单位，专业从事商用飞机动力装置及其相关产品的设计、研制、生产、总装、验证、维修等业务（研发设计在闵行，生产总装在临港），具备商用航空发动机的总体集成能力。

二是航空动力研发创新实力雄厚。上海已经集聚了若干领先的动力领域科研机构，2012年，中国航空研究院首家直属地方分院在上海揭牌成立，主要进行中航工业商用发动机技术工程应用技术研究以及下一代前瞻性技术研究。上海交大航空发动机研究院作为教育部工程研究中心，致力于大涵道比涡扇发送机部件级应用基础研究和测试验证技术研究。中国航发商发等龙头企业加强与科研院所的合作，联合供应商先后突破了钛合金宽弦高空心率风扇叶片、铝合金大型薄壁风扇包容机匣、3D打印燃烧室燃油喷嘴等多项试制关键技术，攻克了大直径、长轴类单元体水平装配技术难关，中国首台民用大涵道比涡扇发动机CJ-1000A研制取得突破。

三是产业服务功能平台优势明显。专业化测试验证平台、研发设计平台等功能平台是航空动力产业链中不可或缺的重要环节。上海交通大学航空发动机/燃气轮机研发实验平台位于临港新片区，率先建成国际先进水平的民用航空发动机、重型燃气轮机测试验证中心。在特种工艺、适航、检验检测等产业配套服务领域，临港新片区集聚了国家民用航空发动机产业计量测试中心、埃森博、普励认证等一批产业服务功能平台。

短板瓶颈

当然，对标国际一流水平，上海航空动力发展还存在一些短板瓶颈，主要表现在：一是航空动力领域设计、制造、验证等基础能力还需进一步提升，自主研发设计流程不完善，科研成果转化不够，核心技术较为缺乏。二是上海动力领域集聚了一批代表企业，但高端高附加值领域主要被国外企业掌控，如航空发动机领域的适航取证和市场经营基本还是空白。三是上海在航空动力领域的优势企业、科研院所多以央企和国企背景为主，总体缺乏具有较强创新能力、较高市场份额和品牌影响力的代表性民营企业。

主要建议

下阶段，上海要把握全球航空动力产业的发展趋势，着力拉长板、补短板，重点发展大飞机涡扇发动机、通航飞机涡轴和涡桨发动机、无人机驱动电机，打造航空发动机大中小全系列研发制造基地，为上海打造全球动力之城提供坚实支撑。具体来讲：一是强化航空动力研发创新能力。突破飞发一体化设计与集成验证等关键核心技术，加快突破航空动力基础材料、基础工艺、基础零部件和基础软件，加快筹建商用航空发动机国家级制造业创新中心。二是增强企业集群竞争力。围绕重点领域断链风险较高、产业链缺失环节，坚持“增量集聚+存量裂变”双向发力，实现精准招商，壮大航空动力企业集群。三是构建多元专业服务生态体系。延伸高端制造优势，拓展航空动力研发设计、检测认证、运营维修、展览展示、海外贸易服务。

（作者唐丽珠系上海中创产业创新研究院首席产业分析师，许倩茹系上海中创产业创新研究院研究员）