在经历了空客A380和波音787的“伤筋动骨”之后,民机制造商逐渐进入“技术保守时代”。从波音和空客这两大民机巨头的发展战略看,未来10年内,它们将主要借助对现有机型的改进和发动机的技术创新来提高飞机性能。GE、罗罗和普惠这航空发动机三巨头自然不会放过这千载难逢的好时机,纷纷摩拳擦掌,积极进行战略布局,以期抢占更多的市场份额。
三巨头的鏖战
根据有关资料,2013年,全球共交付商用干线飞机发动机2598台,而随着飞机订单量的猛增,发动机的储备订单也达到了创纪录的21636台。在去年全球交付的干线飞机中,一半以上选装了CFM国际公司(GE与斯奈克玛的合资公司)生产的CFM56发动机。紧随其后的是IAE公司(罗罗与普惠的合资公司),其2013年发动机交付量为442台。排名第三的是GE公司,其发动机交付量为436台。
在2013年新增的10280台发动机订单中,CFM国际公司占据了48%的市场份额,罗罗公司位居第二,为12%。这主要是因为全球窄体客机的发动机订单要远多于宽体客机。
在窄体客机市场,CFM国际公司的市场占有率多年在普惠之上,但普惠推出新一代齿轮传动涡扇发动机PW1000G后,该系列发动机已被三菱MRJ、庞巴迪C系列、俄罗斯MS-21和巴航工业E2系列所选用,市场前景看好。而A320neo的选装或许真正让CFM感受到了来自老对手的威胁。
一组数据可以很好地说明问题。2013年,空客A320系列飞机交付量为488架,其中55%选装了CFM56发动机,而在A320neo已有的确认订单中,普惠PW1100G的市场占有率已近50%,约1630台确认订单。如果再加上上述其他几家制造商的订单,保守估计PW1000G系列发动机的订单已在5000台左右,这对于一款还在研制中的发动机产品来说是不多见的。
当然,由于波音737MAX选择了LEAP-1B作为其唯一动力装置,再加上LEAP-1A同时也是A320neo的选装发动机,因此CFM在这两个型号上的订单数也已经达到4900台左右。更重要的是,CFM独辟蹊径地绑定了中国大飞机项目,LEAP-1C作为C919的动力装置,从长远来看将有助于LEAP系列发动机进一步打开中国乃至亚洲市场。因此,从短期来看,普惠和CFM在窄体客机市场上将继续维持势均力敌的状态。
在宽体客机市场,目前已经形成了“波音+GE”和“空客+罗罗”的四寡头垄断局面。最明显的例子就是空客A350XWB、A330neo和波音777X分别选择了遄达XWB、遄达7000和GE9X作为独家供应商,但这并不意味着GE和罗罗会放弃争夺A380和波音787飞机动力的市场份额。
2013年全球共交付25架A380飞机,其中16架选装了发动机联盟公司(GE和普惠的合资公司)生产的GP7200发动机。截至2013年底,A380的订单数为77架,其中有44架尚未选定发动机,而罗罗一直有意向中东客户推销其遄达系列发动机。
波音787梦想系列飞机去年的交付量为65架,较2012年的19架有了较大提升。在梦想系列飞机上,GE公司占据了绝对优势,其占有率达到69%,罗罗则为31%。在订单数上,截至2013年底,787系列飞机的订单为908架,其中罗罗和GE发动机的占有率分别为47%和31%。
在支线飞机市场,2013年GE的占有率为50%,普惠为43%。但从订单数来看,截至去年底,包括ATR42/72、巴航工业E系列、庞巴迪C系列、冲8和SSJ100飞机在内的5个型号飞机订单总数为1426架,普惠的市场占有率超越GE,两者分别为53%和35%。
齿轮改变世界
2008年7月,在英国范堡罗航展期间,普惠公司正式将新一代齿轮传动涡扇发动机(GTF)命名为“静洁动力PW1000G”,涵盖了推力级别为63~106KN的新型齿轮传动风扇发动机,从而开启了一个全新的产品序列。
在美国《时代周刊》评出的“2012年度50大最佳发明”中,有多项航空科技成果入选,其中就包括PW1000G齿轮传动风扇发动机。凭借独有的风扇驱动系统,PW1000G发动机的尺寸更短,级数更少,能够优化高压压气机和低压压气机之间的压力分配,确保发动机处于最佳性能,从而带来两位数的燃油效率提升和50%的噪声降低。为了研发这一技术,普惠公司用了近20年时间,投入了10亿美元。
从目前来看,这款被普惠公司寄予厚望的产品进展顺利。从2010年9月启动测试以来,普惠公司已对50台GTF发动机进行了测试。截至目前,该系列发动机已经完成了超过10000小时的整机测试、19000次循环整机测试和1400小时的飞行测试。
从测试效果来看,已经交付空客用于A320neo的两台PW1100G发动机,在实现原计划15%的燃油效率提升的基础上,又额外实现了2%的燃油效率提升。目前,该型发动机已经完成了超过80%的认证测试。此外,普惠也已向三菱公司交付了首批发动机,用于C系列试飞的5台PW1500G发动机也已交付,并已先后投入试飞。最新发布的PW1700G和PW1900G则将会随着巴航工业的E2系列在2018年投入市场。
除了希望借助这款发动机在下一代单通道客机市场竞争中向CFM国际公司的领先地位发起挑战外,普惠公司还希望借助这项技术在未来宽体客机市场中分一杯羹。此前,普惠就曾试图借777X换发之际跻身宽体客机市场,虽然最终未能如愿,但其野心可见一斑。
从技术角度来看,普惠想要跻身宽体客机市场并非易事。虽然PW1000G发动机经过多年研制,开展了大量试验研究,并验证了齿轮传动涡扇发动机的优越性,但是齿轮传动系统在大推力发动机上的可靠性和耐久性尚待进一步验证,且至今尚无装备、服役的先例,具有一定的技术风险。但随着PW1000G发动机研制试验工作进一步推进,以及未来在窄体客机和支线客机上服役,这项技术的风险程度也会逐渐降低。
角逐宽体市场
无论是空客、波音,还是罗罗、GE,都对未来宽体客机市场作出了乐观预测,一致认为未来20年全球宽体客机市场需求量在8000~8600架之间。由于宽体客机飞机发动机利润丰厚,在该领域罗罗与GE的竞争日趋白热化。
继2011年出售IAE公司的股份给普惠之后,2013年10月,罗罗宣布将V2500发动机业务全面交接给普惠,同时还放弃了与普惠共同研制新一代中型尺寸发动机计划。此举意味着罗罗正式从中等推力发动机市场退出,集中精力专攻宽体客机和超大型飞机发动机研发。
如果说罗罗退出窄体机市场这一决策是否明智仍需时间检验,但将资金及工程技术资源转向宽体机项目的效果却十分明显。在今年范堡罗航展上,空客选择了遄达7000发动机作为其换发型号A330neo的唯一动力装置。这是继A350XWB之后,罗罗又一次成为空客项目的独家发动机供应商。凭借遄达系列发动机的优异表现,罗罗在全球宽体客机发动机市场的份额已经达到了50%。
但显然,罗罗并不想止步于50%的市场份额。在退出体量巨大的窄体客机市场后,一向“严谨保守”的罗罗高调宣布了新一代发动机技术发展路线图。在这个计划中,罗罗首次揭秘了2020年及更远期的下一代涡扇发动机发展规划,即以三转子发动机结构的衍生发展为基础,首次引入复合材料低压系统和齿轮传动结构,并保持向开式转子发动机衍生发展的潜在可能性。
在该计划中,Advance和UltraFan两个项目值得关注。前者基于换装核心机的遄达XWB发动机,并采用更大的高压压气机和更小的中压压气机,发动机的涵道比将达到11,总压比达到60,相比遄达700发动机将实现至少20%的燃油效率提升和CO2排放降低。该项目将于2015年开始验证机试验,预计2020年左右服役。
更为激进的UltraFan项目将采用超大的变桨距风扇结构,涵道比将增加到15,总压比将达到70,相比遄达700发动机将实现至少25%的耗油率和排放的改善。该项目计划于2025年投入运营。
显然,一向低调的罗罗此番高调宣布研发计划,是希望借助于这两个项目释放技术优势,与老对手GE公司在宽体客机领域一较高下。
与罗罗大刀阔斧的技术革新不同,GE则显得较为平和。由于在波音787项目中遥遥领先以及在777X项目上的独家垄断,使得GE能够以更加平和的心态按部就班地推进一系列技术成熟项目。
在GE9X项目中,GE公司从GEnx和LEAP-X中提取先进、成熟的技术,与罗罗将大部分精力用于提高风扇直径和涵道比不同,GE公司更关注于新材料的使用。
这一点在其投资的CFM国际公司的LEAP系列发动机上已经有所体现。在该系列发动机所采用的先进技术中,陶瓷基复合材料的使用是一大亮点。这是该材料第一次被应用于商用飞机发动机上。在宽体客机发动机研发上,GE依旧延续了这一思路。
根据GE的规划,装配777X的全新GE9X发动机将采用更少、更薄的复合材料风扇叶片。为了实现这一目标,GE公司正在采用下一代碳纤维复合材料设计一种新型风扇叶片。根据计划,2014年GE公司将花费约3亿美元用于GE9X发动机的技术成熟试验,该试验包括通用推进模拟器风扇性能试验以及在GEnx发动机上的陶瓷基复合材料部件试验。
从目前已经完成的试验来看,GE9X的先进压气机试验结果令人振奋,其在保证原定节油目标的基础上,能够满足777X更大推力的需求。如果进展顺利,GE公司将在2015年年中进行核心机测试,2016年开始首台发动机测试,2017年安装在波音747平台上进行试飞,2018年完成取证,2020年投入市场。
在市场开拓方面,两家公司也不约而同地将目光聚焦到了中国市场。目前,在中国宽体客机市场,罗罗发动机略占优势,这主要得益于中国购买的A330飞机数量较多的缘故。但随着波音787飞机的陆续交付,罗罗市场第一的地位恐将不保。因为尽管在787项目上,罗罗与GE同为发动机供应商,但目前中国航空公司所运营的787飞机中尚未有任何一家选装罗罗的遄达1000发动机。最新消息显示,国航正在为其订购的15架787-9飞机选择动力供应商,如果罗罗能够与国航合资成立一家发动机维修企业,则很有希望获得该笔订单。
这从一定程度上表明,尽管与引进飞机需要考虑各种因素不同,发动机的选型更接近市场化,但这并不意味着发动机巨头不需要与中国航企保持良好的工业合作关系。这样的例子其实在此之前已有不少,2009年,CFM国际公司就曾与中航商发签订备忘录,计划在国内合资建设用于C919飞机的LEAP-1C发动机总装和试车生产线;2011年,普惠与中航发动机公司在株洲成立合资企业,开展PW100发动机维修业务;罗罗公司早前也与西安航空发动机公司合资成立了西安西罗航空部件有限公司。此类工业合作,未来或将成为发动机巨头争食中国市场的重要手段。