微小型航空發(fā)動機(jī)是航空發(fā)動機(jī)的一個分支，它與用于大型飛機(jī)的“航空發(fā)動機(jī)”有明顯區(qū)別。微小型航空發(fā)動機(jī)（Micro Aero-Engine）是一種比較復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械，主要為無人機(jī)、巡航導(dǎo)彈等提供飛行所需動力，也可以為地面裝置提供電力。微小型航空發(fā)動機(jī)的技術(shù)難度沒有民用飛機(jī)航空發(fā)動機(jī)那么高，很多國家都可以自行設(shè)計并制造微小型航空發(fā)動機(jī)，實力比較突出的國家有法國、德國、美國、英國、捷克等。

    微小型航空發(fā)動機(jī)主要包括小型渦噴發(fā)動機(jī)、渦扇發(fā)動機(jī)、活塞發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)等，其渦輪發(fā)動機(jī)的推力在500公斤以下級別，活塞發(fā)動機(jī)功率在100KW以下。

    太陽谷出版的《國內(nèi)外微小型航空發(fā)動機(jī)發(fā)展?fàn)顩r及市場需求調(diào)研報告》針對國內(nèi)外微小型航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢，國內(nèi)外微小型航空發(fā)動機(jī)市場發(fā)展現(xiàn)狀、競爭格局，市場規(guī)模、未來發(fā)展趨勢等作了深入研究，對于微小型航空發(fā)動機(jī)研制單位具有重要參考價值。

    國內(nèi)外微小型航空發(fā)動機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀分析

    國外微小型航空發(fā)動機(jī)的主要研制單位包括：賽峰集團(tuán)Microturbo公司、荷蘭AMT Netherlands B.V.公司、捷克PBS Velká Bíte?公司、奧地利ROTAX公司、德國Jet Cat公司、塞爾維亞EDePro公司、美國Williams International公司等。相關(guān)企業(yè)在該領(lǐng)域的研發(fā)歷史較長，產(chǎn)品較多，技術(shù)實力雄厚，特別是Microturbo公司、ROTAX公司、AMT Netherlands B.V.公司、Williams International公司等擁有許多明星級的產(chǎn)品，在該領(lǐng)域享有國際聲譽(yù)，產(chǎn)品競爭力非常強(qiáng)。

    美國在微小型航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的技術(shù)實力，普？惠公司、Williams International公司、洛克菲勒？馬丁公司、諾斯羅普？格魯門公司等在該領(lǐng)域都擁有很強(qiáng)的研發(fā)實力。

    俄羅斯在微小型航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域也取得了許多成果，俄羅斯的TBД-10渦輪螺槳發(fā)動機(jī)，是20世紀(jì)70年代的產(chǎn)品，俄羅斯把它作為基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)，通過改進(jìn)改型，發(fā)展了6種不同功率、不同用途的發(fā)動機(jī)，這些系列產(chǎn)品是TB，L1-10E，TBД-20. PZL-IOW，BCY-10和用于運輸機(jī)上的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)、以及用于輕型飛機(jī)的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。俄羅斯在巡航導(dǎo)彈領(lǐng)域擁有非常強(qiáng)的研發(fā)實力和技術(shù)開發(fā)能力，所研制的巡航導(dǎo)彈在世界具有極強(qiáng)的影響力，其動力裝置的研發(fā)實力也在國際上數(shù)一數(shù)二。

    法國的賽峰集團(tuán)Microturbo公司是微小型航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)之一，Microturbo公司是世界上規(guī)模最大的微小型航空發(fā)動機(jī)企業(yè)之一，其擁有眾多型號的微小型航空發(fā)動機(jī)可供各種單位選擇。2014年，中法兩國航空制造業(yè)巨頭宣布將成立一個全新的合資企業(yè)，以打造成面向全球市場的民用渦槳發(fā)動機(jī)部件世界級供應(yīng)商。

    德國在微小型航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域也擁有很強(qiáng)的實力，該國的JetCat公司研發(fā)了眾多代表性的微小型航空發(fā)動機(jī)，在該領(lǐng)域擁有一定的行業(yè)地位。此外，加拿大龐巴迪公司下屬的奧地利ROTAX公司在微小型航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域擁有非常強(qiáng)的技術(shù)研發(fā)實力以及市場占有率，該公司研制的ROTAX系列微小型航空發(fā)動機(jī)被美國和中國等國的先進(jìn)無人機(jī)采用。

    國內(nèi)擁有眾多微小型航空發(fā)動機(jī)研制單位，這些單位包括中科院系統(tǒng)、中航工業(yè)系統(tǒng)、航天集團(tuán)、大學(xué)院校等等。

    在國內(nèi)微小型航空發(fā)動機(jī)研制單位中，比較突出的研究單位有：中國科學(xué)院工程熱物理研究所、中航工業(yè)航空動力機(jī)械研究所（608所）、中國航天科工集團(tuán)第三研究院第三十一所、中國燃?xì)鉁u輪研究院等。

    國內(nèi)外主要技術(shù)差距分析

    1 我國無人機(jī)發(fā)展仍然受制于動力

    從整體上來講，我國航空發(fā)動機(jī)工業(yè)還比較薄弱，具體表現(xiàn)在產(chǎn)品性能指標(biāo)偏低，并且產(chǎn)品系列不夠完善，還有許多空白，因此無法為型號的發(fā)展提供比較充足的動力支持和儲備，這樣就造成許多型號依賴國外發(fā)動機(jī)，或者性能受到限制，因此對于我國來說，不僅僅是無人機(jī)，整個航空工業(yè)能否進(jìn)一步發(fā)展，在很大程度上取決于我們的航空發(fā)動機(jī)是否跟上前進(jìn)的步伐。

    值得一提的是，我國航空發(fā)動機(jī)工業(yè)也在不斷進(jìn)步，目前，我國完成了用于無人機(jī)的渦輪增壓型活塞發(fā)動機(jī)的研制，提高了國產(chǎn)無人機(jī)的高原性能，初步解決了國產(chǎn)無人機(jī)的動力問題，國產(chǎn)400KW/620馬力渦槳發(fā)動機(jī)的研制也取得進(jìn)展，可以為我國輕型運輸機(jī)和大型無人機(jī)提供動力支持。

    在2014年無人機(jī)展會上，我國公開展出了CH-4大型無人機(jī)，它是繼翼龍、AH-3之后我國又一種偵察/打擊型無人機(jī)。

    不過翼龍的發(fā)動機(jī)來自奧地利的ROTAX914活塞發(fā)動機(jī)，它水平對置4缸廢氣增壓發(fā)動機(jī)，1.2L排量，110馬力輸出，重量64公斤，需要指出的是美國MQ-1捕食者無人機(jī)配備的也是這型發(fā)動機(jī)，這也是翼龍能夠在戰(zhàn)術(shù)技術(shù)能夠與MQ-1相抗衡的關(guān)鍵，目前國內(nèi)能夠提供的航空活塞發(fā)動機(jī)與ROTAX914還是有一定的差距，從珠海航展來看，我國的HS-133活塞發(fā)動機(jī)，它的功率只有82 馬力，重量卻有80公斤，因此配備翼龍無人機(jī)就會明顯的降低它的性能。

    從這里可以看出，由于發(fā)動機(jī)的差距，我國無人機(jī)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)一下子被國外無人機(jī)拉開，這種差距并不是來自飛機(jī)本身，而飛機(jī)發(fā)動機(jī)性能的差距導(dǎo)致的，這也從一個側(cè)面反應(yīng)了發(fā)動機(jī)對于航空工業(yè)的重要性。

    2  現(xiàn)有發(fā)動機(jī)譜系無法滿足需求

    我國作為一個幅員遼闊的大國，身處復(fù)雜的國際環(huán)境，現(xiàn)代化國防對無人機(jī)發(fā)展的需求同樣十分強(qiáng)烈，特別是隨著人們對未來戰(zhàn)爭觀念、作戰(zhàn)形式和任務(wù)要求的改變，無人機(jī)的研發(fā)得到了一定的關(guān)注。由于我國地域?qū)拸V，陸?？崭采w面積大，無人機(jī)是朝著高中低空、遠(yuǎn)中近程、低速和高速無人機(jī)搭配使用方向發(fā)展。

    未來的空戰(zhàn)將是無人機(jī)之間的空戰(zhàn)，為了滿足戰(zhàn)爭的需要，我國需要有從短程到遠(yuǎn)程，從低空到高空，從輕型到重型，從偵察到作戰(zhàn)，涵蓋各個范圍、各種用途全系列的無人機(jī)。我國現(xiàn)有的無人機(jī)類型遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足未來戰(zhàn)爭的需要，為了滿足國防發(fā)展需求，更好的發(fā)揮無人機(jī)作為有效軍事武器的潛力，有必要發(fā)展以下類型的無人機(jī)：特種作戰(zhàn)偵察使用的微型無人機(jī)；近程戰(zhàn)術(shù)偵察或者作戰(zhàn)需要的無人機(jī)；采用渦軸發(fā)動機(jī)的旋翼無人機(jī)；中高空中遠(yuǎn)程無人機(jī)； 超高空超高速無人機(jī)。

    3  新型發(fā)動機(jī)技術(shù)研究落后

    我國在轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)等新型微小型航空發(fā)動機(jī)研究方面比較落后，與美國、德國、日本等差距較大，為了更好地發(fā)揮無人機(jī)作為有效軍事武器的作用，發(fā)揮平臺的潛力，應(yīng)高度重視無人機(jī)動力的研發(fā)。美國在《無人機(jī)系統(tǒng)路線圖（2005-2030）》指出：“推進(jìn)技術(shù)和處理器技術(shù)是無人機(jī)的兩大關(guān)鍵技術(shù)”，由此可見動力技術(shù)的發(fā)展對無人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展起著尤為關(guān)鍵的作用。

    我國無人機(jī)動力發(fā)展應(yīng)該以我國各軍兵種無人飛行器發(fā)展需求為依據(jù)，針對未來重點發(fā)展的無人作戰(zhàn)飛機(jī)、高空長航時無人機(jī)、高超聲速空天無人機(jī)等高端無人機(jī)平臺，兼顧其他無人機(jī)需求，以核心機(jī)及渦輪沖壓組合發(fā)動機(jī)為主線，遵循“加強(qiáng)預(yù)研、自主創(chuàng)新，統(tǒng)籌規(guī)劃、系列發(fā)展，填補(bǔ)空白、占領(lǐng)高端”的發(fā)展原則，突破無人系統(tǒng)動力裝置關(guān)鍵技術(shù)，通過新研和現(xiàn)有動力系列發(fā)展等方式，研制出滿足國內(nèi)軍民用無人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展需要的各類動力裝置。

    國內(nèi)外微小型航空發(fā)動機(jī)發(fā)展趨勢分析

    1  高性能大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)是重中之重

    大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)是指涵道比4以上的渦扇發(fā)動機(jī)。由于大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的耗油率低、噪聲小，被廣泛用于大型民用和軍用運輸機(jī)以及其他大型亞聲速飛機(jī)如加油機(jī)、預(yù)警機(jī)、反潛機(jī)等。2013年11月12日，在第九屆中國國際航空展的航空發(fā)動機(jī)展區(qū)，中航工業(yè)展出了國產(chǎn)大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的金屬同比例模型。

    從民用和軍用飛機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，急需要高性能的大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)，毫無疑問，這是近期我國的需求重點也是難點之一。目前，國外高端無人機(jī)動力的發(fā)展趨勢是以渦扇發(fā)動機(jī)為主。渦扇發(fā)動機(jī)耗油率相對較低，具有壽命長、成本低、易于實現(xiàn)系列化等優(yōu)點，非常適合于未來無人機(jī)平臺對動力的需求。從國外無人機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢看，目前在研和擬研的高端無人機(jī)動力也基本以渦扇發(fā)動機(jī)為主。例如，歐洲的“神經(jīng)元”驗證機(jī)選用“阿杜爾”渦扇發(fā)動機(jī)。美國“聯(lián)合空戰(zhàn)系統(tǒng)計劃”（J-UCAS）中發(fā)展的X-45A／B和X-47無人戰(zhàn)斗機(jī)的驗證樣機(jī)選擇了現(xiàn)有渦扇發(fā)動機(jī)。因此，渦扇發(fā)動機(jī)將是今后發(fā)展的一個重點方向。

    2  未來發(fā)展重點是沖壓發(fā)動機(jī)

    沖壓發(fā)動機(jī)主要用于超音速巡航導(dǎo)彈，沖壓發(fā)動機(jī)是一種新型的、用于高速飛行的尖端航空科學(xué)技術(shù)。它正在日新月異地迅速發(fā)展。在這個領(lǐng)域內(nèi)，有著廣泛的復(fù)雜問題需要研究解決。

    隨著飛行速度的提高，就要求設(shè)計制造出更有效的部件——擴(kuò)壓器，燃燒室，尾噴管。有的國家正在計劃把沖壓發(fā)動機(jī)的飛行速度提高到5－7倍音速，甚至更高（約5300－7400公里/小時）。這就需要解決一系列新的問題。例如，首先要求解決熱障問題，在M=5飛行時，發(fā)動機(jī)壁面與空氣摩擦后溫度可以達(dá)到1000℃左右。燃燒室加熱以后的溫度將達(dá)到2500－2800℃左右，這就需要耐溫能力更高的材料。其次，為了使燃燒室中能加溫到更高的溫度，目前所采用的燃料（煤油）是不行的，這就需要高能量的燃料。

    今天已進(jìn)入原子能時代。因此在沖壓發(fā)動機(jī)上使用原子能吸引著許多科學(xué)家，使他們進(jìn)行不懈的研究。不久的將來這種理想就會變?yōu)楝F(xiàn)實。

    在地球大氣的上層，由于太陽和宇宙線的作用，部分空氣分解成為離子，當(dāng)這些離子再合成分子時，就會放出大量的能量，因此就有可能在發(fā)動機(jī)內(nèi)噴入少量的催化劑，使離子再結(jié)合成分子，放出能量而推動飛機(jī)，這樣就根本不必攜帶燃料。這種離子沖壓發(fā)動機(jī)的航程，可以認(rèn)為是無限的。

    3  渦輪/沖壓及火箭/沖壓組合發(fā)動機(jī)是重要方向之一

    渦輪/沖壓及火箭/沖壓組合發(fā)動機(jī)主要用于高超音速巡航導(dǎo)彈和攻擊機(jī)，渦輪/沖壓及火箭/沖壓組合發(fā)動機(jī)是一個重要方向。兩款組合發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，一個重要的差異在于它自備燃燒用的氧。這種發(fā)動機(jī)有一多級渦輪驅(qū)動的低壓壓氣機(jī)，而驅(qū)動渦輪的功率是在火箭型燃燒室中燃燒燃料和液氧產(chǎn)生的。因為燃?xì)鉁囟瓤筛哌_(dá)3500度，在燃?xì)膺M(jìn)入渦輪前，需要用額外的燃油噴入燃燒室以供冷卻。然后這種富油混合氣（燃?xì)猓┯脡簹鈾C(jī)流來的空氣稀釋，殘余的燃油在常規(guī)加力系統(tǒng)中燃燒。雖然這種發(fā)動機(jī)比渦輪/沖壓噴氣發(fā)動機(jī)小且輕，但是，其油耗更高。這種趨勢使它比較適合截?fù)魴C(jī)或者航天器的發(fā)射載機(jī)。這些飛機(jī)要求具有高空高速性能，通常需要有很高的加速性能而無須長的續(xù)航時間。

    4  超燃沖壓發(fā)動機(jī)發(fā)展前景廣闊

    超燃沖壓發(fā)動機(jī)主要用于高超聲速巡航導(dǎo)彈上，飛行速度可以達(dá)到8馬赫以上。從20世紀(jì)50年代人們就開始研究超燃沖壓發(fā)動機(jī)，最初的應(yīng)用目標(biāo)是單級入軌的飛行器、遠(yuǎn)程高速飛機(jī)和遠(yuǎn)程高超聲速導(dǎo)彈。從90年代開始，重點轉(zhuǎn)向巡航導(dǎo)彈用超燃沖壓發(fā)動機(jī)的發(fā)展。目前，美國、法國、俄羅斯、加拿大、德國、印度、意大利等國都在發(fā)展M數(shù)4~8、射程1000km以上的巡航導(dǎo)彈用超燃沖壓發(fā)動機(jī)。采用碳?xì)淙剂稀數(shù)3~8的雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動機(jī)已結(jié)束地面試驗驗證，進(jìn)行了飛行試驗。到2025年，以超燃沖壓發(fā)動機(jī)為動力的高超聲速空天飛機(jī)將有可能投入使用。

    5  脈沖爆震發(fā)動機(jī)具有很大潛力

    脈沖爆震發(fā)動機(jī)是利用脈沖爆震波產(chǎn)生推力的新概念發(fā)動機(jī)，它是目前航空推進(jìn)領(lǐng)域的發(fā)展熱點之一，可以使發(fā)動機(jī)的效率提高24%，生產(chǎn)成本降低25%，并使燃油消耗降低25%，單位推力提高45%，它是未來無人機(jī)和巡航導(dǎo)彈極具潛力的動力裝置。

    國內(nèi)微小型航空發(fā)動機(jī)市場發(fā)展前景預(yù)測分析

    2014年下半年，國內(nèi)可能將召開低空空域改革座談會，這次會議可能為低空空域改革定調(diào)，低空空域改革一旦成行，對于我國的通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展將會是極大的利好，并將刺激整個通用航空產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展，當(dāng)前，國內(nèi)各方面都在推進(jìn)改革，深化改革已經(jīng)成為了領(lǐng)導(dǎo)層的一個共識，低空空域改革勢必在這樣的大環(huán)境下加快推進(jìn)。這樣，國內(nèi)微小型航空發(fā)動機(jī)將會在無人機(jī)需求提升的情況下得到較快的發(fā)展。

    巡航導(dǎo)彈作為一種重要的武器裝備，其市場需求比較穩(wěn)定，國內(nèi)目前有一定量的巡航導(dǎo)彈出口，但是，整體來看，目前出口量不算太大，今后，國內(nèi)裝備需求和國外進(jìn)口需求將保持穩(wěn)定增長，但是，增長空間最大的可能是無人機(jī)用發(fā)動機(jī)，特別是小型渦噴和小型渦扇發(fā)動機(jī)將在軍用、民用無人機(jī)的提振下得到明顯的增長空間。

    但是，國內(nèi)無人機(jī)用發(fā)動機(jī)也可能遭遇一些問題，其一是無人機(jī)整體市場發(fā)展受阻，其二是國內(nèi)廠商無法滿足國內(nèi)市場需求，相關(guān)市場將會繼續(xù)被國外企業(yè)所占領(lǐng)。

    圖表：2014-2020年中國微小型航空發(fā)動機(jī)市場規(guī)模預(yù)測（單位：億元）

    根據(jù)調(diào)研和分析，2014年，國內(nèi)微小型航空發(fā)動機(jī)的市場規(guī)?？赡苓_(dá)到46.3億元，之后在低空空域改革等政策刺激下，無人機(jī)用微小型航空發(fā)動機(jī)需求將得到明顯提升，到2020年，整體市場規(guī)模將達(dá)到167.5億元。

    國內(nèi)微小型航空發(fā)動機(jī)企業(yè)目前主要產(chǎn)品線集中在低端微小型航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，缺乏針對高端無人機(jī)的發(fā)動機(jī)產(chǎn)品，有些廠商比如三院31所已經(jīng)取得了一些進(jìn)步，總參60所在微小型航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域也取得了許多進(jìn)步，今后，隨著國內(nèi)市場發(fā)展，國內(nèi)廠商在市場刺激下將進(jìn)一步投入更多精力研發(fā)有競爭力的產(chǎn)品，與國外廠商競爭，行業(yè)主要競爭廠商和市場份額將倒向國內(nèi)廠商。未來，在2014-2020年，行業(yè)主要競爭廠商及市場份額預(yù)測如下：

    總體來說，賽峰集團(tuán)Microturbo公司、ROTAX公司、AMT Netherlands B.V.公司、Williams International公司等外國企業(yè)仍然將具備很強(qiáng)的競爭力，國內(nèi)廠商比如中國科學(xué)院工程熱物理研究所、中航工業(yè)航空動力機(jī)械研究所（608所）、中國航天科工集團(tuán)第三研究院第三十一所（北京動力機(jī)械研究所）、中國燃?xì)鉁u輪研究院、中航工業(yè)南方航空工業(yè)（集團(tuán)）有限公司、中國人民解放軍總參謀部第六十研究所等在國內(nèi)市場刺激下市場份額都會有所增長，未來市場份額的爭奪主要集中在無人機(jī)特別是民用無人機(jī)領(lǐng)域，國內(nèi)廠商需求有針對性的推出適合民用無人機(jī)的發(fā)動機(jī)產(chǎn)品譜系，打造品牌，占領(lǐng)市場。

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責(zé)任編輯：龐雪潔

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