航空发动机专题报告( 74 页)

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目录

1. 航空发动机的分类及发展..... 10

1.1 涡轮喷气发动机....... 13

1.2 涡轮风扇发动机....... 16

1.3 涡轮螺旋桨发动机....... 23

1.4 涡轮轴发动机....... 26

1.5 无人机用航空发动机....... 28

2. 核心技术与发展趋势..... 33

2.1 航空发动机研制途径-核心机的不断继承和发展......33

2.2 航空发动机发展趋势....... 35

2.2.1 变循环发动机.... 35

2.2.2 多（全）电发动机.... 36

2.2.3 齿轮传动....37

2.2.4 桨扇发动机.... 37

2.2.5 间冷回热发动机（IRA）..... 38

2.2.6 高超音速组合发动机.... 39

2.2.7 超音速强预冷发动机.... 40

3. 产业链分布..... 41

3.1 零部件....... 42

3.1.1 盘类件.... 48

3.1.2 轴类件.... 50

3.1.3 鼓筒.... 50

3.1.4 环形机匣和环形件.... 51

3.1.5 箱体机匣....53

3.1.6 叶片.... 54

3.2 材料....... 57

3.2.1 高温合金....59

3.2.2 钛合金.... 61

3.2.3 复合材料....64

3.2.4 隐身材料....67

3.3 控制系统....... 68

4. 投资建议..... 72

4.1 航发控制....... 72

4.2 航宇科技....... 72

5. 风险提示..... 74

图表目录

图1： 航空发动机分类..... 10

图2： 典型航空活塞式发动机的剖面图..... 10

图3： 四种燃气涡轮发动机简单工作原理图..... 11

图4： 涡轮喷气发动机组成..... 11

图5： 四种燃气涡轮机的结构图..... 11

图6： 通用电气J-79 涡轮喷气发动机结构图....13

图7： 离心式压气机..... 14

图8： 轴流离心组合式压气机（T53）...... 14

图9： 双转子与单转子发动机结构对比..... 14

图10： 大涵道比涡轮风扇发动机GE90 结构....... 16

图11： 小涵道比加力涡轮风扇发动机TF30-P-100...... 17

图12： LEAP 系列发动机具备优异性能....... 17

图13： 三转子涡轮风扇发动机（RB211&Trent）....... 18

图14： 齿轮传动涡轮风扇发动机（PW1100G）......18

图15： 罗罗Dart 定轴式涡轮螺旋桨发动机..... 23

图16： 定轴式和自由涡轮式涡轮螺旋桨发动机....... 24

图17： 装备大功率涡轮螺旋桨发动机TP400 的AirBus A400M....... 24

图18： 采用并列旁置前输出型式的涡轮轴发动机Arriel....26

图19： 动力涡轮输出功率的三种型式....... 27

图20： 活塞/涡轴/涡桨/涡扇/涡喷发动机实物图.......29

图21： 美国F119 发动机的核心机（红色线框内部分）.....33

图22： F101 核心机的衍生系列化发展......34

图23： 发动机吞水试验....... 34

图24： 高空台实验舱....... 34

图25： 自适应变循环发动机结构....... 35

图26： 自适应变循环发动机四种工作模式....... 35

图27： F120 双外涵变循环发动机不同工作模式的结构示意图......36

图28： 多电发动机结构示意图....... 36

图29： 采用了动力齿轮箱的UltraFan 发动机..... 37

图30： 采用桨扇发动机的运输机安-70 及其桨扇发动机D-27....... 38

图31： 间冷回热发动机原理图....... 38

图32： 串联式涡轮冲压组合发动机....... 39

图33： 并联式涡轮冲压组合发动机....... 39

图34： Strutjet RBCC 发动机.....40

图35： RBCC 发动机不同工作模态.......40

图36： 弯刀（Scimitar）发动机结构图.....40

图37： 佩刀（Sabre）发动机结构图..... 40

图38： 我国航空发动机科研生产体系创新主体构成....... 41

图39： EJ200 零部件示意图....42

图40： 航空发动机叶片的工艺流程....... 43

图41： 锻造工艺分类....... 44

图42： 精密锻造和精密铸造发动机零部件....... 44

图43： 可增材制造的发动机零部件....... 45

图44： 整体叶盘电解加工方法示意图....... 45

图45： 摩擦焊在航空发动机制造领域的应用....... 46

图46： 喷丸强化....... 47

图47： 应用于涡轮叶片的热障涂层....... 47

图48： 典型的航空发动机盘类件....... 49

图49： 压气机中的整体叶盘....... 49

图50： CMF-56 主要轴类零件....50

图51： V2500 发动机增压级和高压压气机中的鼓筒....... 51

图52： 航空发动机的主要环形机匣及环形件....... 52

图53： 不同类型的环形机匣....... 52

图54： 风扇机匣和外涵机匣开始采用复合材料....... 53

图55： 典型焊接机匣壳体及环形件毛坯....... 53

图56： CFM56 附件传动机匣..... 54

图57： 航空发动机叶片....... 54

图58： 风扇叶片的发展....... 55

图59： 宽弦空心叶片（三角桁架结构）....... 55

图60： 压气机静子叶片....... 55

图61： 涡轮工作叶片....... 56

图62： 涡轮叶片采用复杂的内腔结构设计实现内部冷却....... 56

图63： 等轴晶铸造高温合金、定向凝固柱晶高温合金、单晶高温合金叶片（从左至右）.......57

图64： 典型型号航空发动机推重比演进....... 57

图65： 涡轮前温度和冷却技术的演进....... 57

图66： 不同材料的典型比强度-温度适用范围......58

图67： 典型航空发动机用材的分布示意....... 58

图68： Trent 800 不同部分的工作温度和压强曲线......58

图69： 航空发动机热端部件及其零件....... 59

图70： 高温合金在叶片和盘片上应用的发展趋势和对比....... 60

图71： 2017-2021 年中国高温合金需求与产量.....61

图72： 航空发动机低温部件及其零件....... 62

图73： 我国高温钛合金的发展....... 63

图74： TiAl 合金在普惠齿轮传动涡扇发动机高压压气机和低压涡轮的潜在应用示意图...... 63

图75： Genx 发动机用TiAl 合金铸造低压涡轮叶片....... 63

图76： 2021 年中国钛加工材在不同领域的应用比例...... 64

图77： 中国钛加工材历年进出口量（2003-2021）......64

图78： 航空发动机材料发展趋势....... 65

图79： 树脂基复合材料在发动机冷端部件上的应用....... 66

图80： 高温合金和陶瓷基复合材料耐温能力变化....... 66

图81： GE9X 发动机应用的陶瓷基复合材料部件....... 66

图82： 铝基复合材料用于B777 发动机导向流叶片.... 66

图83： F135 锯齿修形喷管......67

图84： S 弯二维喷管在战斗机发动机上的应用....67

图85： 隐身材料在航空发动机上的应用....... 68

图86： 航空发动机全权限控制系统原理图....... 69

图87： 发动机控制复杂性变化趋势....... 69

图88： 航空发动机控制技术发展历程与趋势....... 69

图89： 某涡扇发送机控制系统总体结构框图....... 70

图90： 燃油系统总体方案图....... 71

图91： 未来航空发动机控制技术的重点发展领域....... 71

表1： 不同类型燃气涡轮发动机特点..... 12

表2： 涡轮喷气发动机主要型号..... 15

表3： 涡轮风扇发动机主要型号..... 19

表4： 涡轮螺旋桨发动机主要型号..... 25

表5： 涡轮轴发动机主要型号..... 27

表6： 无人机各种动力装置类型特点..... 28

表7： 不同类型的发动机所适用的无人机..... 30

表8： 配置不同类型动力装置的无人机列表..... 30

表9： 航空燃气涡轮发动机不断涌现的新技术..... 42

表10： 国内主要航空发动机零部件制造公司情况....... 47

表11： 国内主要高温合金上市公司情况....... 61

表12： 国内主要钛合金上市公司情况....... 64

表13： 不同材料的比强度和比模量....... 65

表14： 国内主要航空发动机复合材料上市公司情况....... 66

表15： 国内主要隐身材料上市公司情况....... 68

表16： 国内主要航空发动机控制系统上市公司情况....... 71