航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及需求分析

航發(fā)控制系統(tǒng)是保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)健運(yùn)行的基石。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是確保發(fā)動(dòng)機(jī)在復(fù)雜飛行環(huán)境中穩(wěn)健運(yùn)行的基石。該系統(tǒng)通過精準(zhǔn)調(diào) 控發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油流量和部件位置，實(shí)現(xiàn)全程的性能優(yōu)化與動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在不同大氣條件下， 控制系統(tǒng)致力于維持發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，在加速、減速與穩(wěn)定工作狀態(tài)中及時(shí)切換， 確保發(fā)動(dòng)機(jī)效能最大化?？刂葡到y(tǒng)還承載著多項(xiàng)關(guān)鍵功能，包括熄火狀況下的監(jiān)測與調(diào)整， 失速及喘振現(xiàn)象的檢測與恢復(fù)，針對發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降時(shí)的自動(dòng)補(bǔ)償與調(diào)整，以及故障檢測 與預(yù)防等，全面保障發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行安全與效能。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從單個(gè)部件到整體、從模擬式到數(shù)字式、從有限功能到全權(quán)控 制的發(fā)展過程。其發(fā)展歷程可分為液壓機(jī)械控制系統(tǒng)、監(jiān)控型電子控制系統(tǒng)以及全權(quán)限數(shù) 字電子控制系統(tǒng)（FADEC）三個(gè)階段，并隨著 FADEC 控制功能的不斷優(yōu)化，向著智能分布式控制逐漸發(fā)展。 液壓機(jī)械控制系統(tǒng)：早期航空發(fā)動(dòng)機(jī)依賴燃油流量控制，液壓機(jī)械開環(huán)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。飛 行員手動(dòng)調(diào)節(jié)油門驅(qū)動(dòng)燃油計(jì)量閥，以穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和推力，滿足飛行需求。該系統(tǒng)雖 簡單但精度有限，早期適用于中低空飛行。 液壓機(jī)械與電子控制系統(tǒng)：隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升，液壓機(jī)械控制精度有限的局限性開始顯 現(xiàn)。20 世紀(jì) 70 年代，電子控制裝置被引入發(fā)動(dòng)機(jī)，用于保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)并監(jiān)視其運(yùn)行狀態(tài)。 全權(quán)限數(shù)字電子控制（FADEC）系統(tǒng)：全權(quán)限數(shù)字電子控制技術(shù)取代了液壓機(jī)械控制， 提供更高精度和安全性，允許飛行員無約束操作，自動(dòng)調(diào)節(jié)推力。到了 90 年代，雙通道 FADEC 系統(tǒng)逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜控制，進(jìn)一步提高飛行性能。 智能分布式控制系統(tǒng)：90 年代開始，全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)開始向智能分布式控制技 術(shù)發(fā)展。分布式控制能提升系統(tǒng)可靠性、維修性，并降低成本，目前智能分布式控制通過 引入人工智能，實(shí)現(xiàn)故障診斷和健康管理，已在多方面取得成果。

全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)（FADEC 系統(tǒng)）是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域的核心。依托微處 理器技術(shù)，它徹底顛覆了傳統(tǒng)液壓機(jī)械控制的局限，實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)在全飛行范圍內(nèi)的精準(zhǔn) 控制，覆蓋從啟動(dòng)到終止的全部工作狀態(tài)與功能參數(shù)。作為核心組件，F(xiàn)ADEC 系統(tǒng)集成 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）、高精度傳感器、專用電機(jī)與燃油液壓機(jī)械組件，形成了全面的 智能化控制網(wǎng)絡(luò)。ECU 憑借內(nèi)置的先進(jìn)控制算法對傳感器采集的信號進(jìn)行精準(zhǔn)分析，轉(zhuǎn) 化成驅(qū)動(dòng)指令，實(shí)現(xiàn)對燃油流量、葉片角度、尾噴管臨界面積及渦輪間隙等關(guān)鍵參數(shù)的全 面調(diào)控。此外，F(xiàn)ADEC 系統(tǒng)與飛機(jī)航電系統(tǒng)的無縫對接，也確保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，大幅提 升飛行安全與可靠性。

FADEC 系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)功能、可靠性、維護(hù)性方面具備優(yōu)勢。從結(jié)構(gòu)功能方面分析，F(xiàn)ADEC 系統(tǒng)通過高級的電子控制器對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行全面管理，能夠更精確地控制燃油流量和發(fā)動(dòng)機(jī) 的各種操作參數(shù)，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能和適應(yīng)性。從系統(tǒng)可靠性方面分析，F(xiàn)ADEC 系統(tǒng) 使用的雙通道冗余技術(shù)和先進(jìn)的電子組件大大提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)減少了部件 之間的耦合，降低了故障率。從系統(tǒng)維護(hù)性方面分析，F(xiàn)ADEC 系統(tǒng)不僅控制發(fā)動(dòng)機(jī)的常 規(guī)操作，還包括應(yīng)急管理、性能監(jiān)控和優(yōu)化等高級功能，可以自動(dòng)記錄和診斷故障，使得 維護(hù)更為簡便，維護(hù)人員可以通過系統(tǒng)提供的詳細(xì)故障信息快速診斷問題，減少了維護(hù)時(shí) 間和成本。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)領(lǐng)域由少數(shù)國際巨頭主導(dǎo)，行業(yè)集中度高。在全球發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)領(lǐng) 域，市場主要由賽峰、BAE、FADEC International、美國的漢密爾頓標(biāo)準(zhǔn)公司及俄羅斯的UEC-STAR 等少數(shù)國際企業(yè)主導(dǎo)。這些企業(yè)在電子控制系統(tǒng)制造方面占據(jù)領(lǐng)先地位，多與 全球主流的航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有關(guān)，產(chǎn)業(yè)鏈縱向一體化水平高，行業(yè)整合趨勢明顯，市場集 中度高。 航發(fā)控制作為中國航發(fā)集團(tuán)直屬單位，專注于航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中關(guān)鍵機(jī)械液壓執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的研制生產(chǎn)，憑借深厚的技術(shù)積淀和市場領(lǐng)先地位占據(jù)行業(yè)龍頭。其與 614 所共同構(gòu)成 了我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的主力供應(yīng)商。614 所，作為我國航空動(dòng)力控制系統(tǒng)領(lǐng)域 的領(lǐng)軍研究機(jī)構(gòu)，主要承擔(dān)軟件、電子控制器等控制系統(tǒng)核心組件的研發(fā)生產(chǎn)。航發(fā)控制 與 614 所的產(chǎn)品相互補(bǔ)充，共同構(gòu)成了完整的航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，展現(xiàn)了雙方在技術(shù)研 發(fā)和產(chǎn)品制造上的協(xié)同效應(yīng)。在軍用航發(fā)控制系統(tǒng)市場，航發(fā)控制與 614 所是國內(nèi)市場的 主要供應(yīng)商，且在當(dāng)前軍工資產(chǎn)證券化、科研院所改制的大背景下，航發(fā)控制的龍頭地位 得到了進(jìn)一步鞏固。

盡管部分民營企業(yè)試圖進(jìn)入這一領(lǐng)域，但航發(fā)控制憑借其豐富的產(chǎn)品線、成熟的市場布局 以及與 614 所的深度合作，保持著明顯的競爭優(yōu)勢。隨著 614 所改制工作的推進(jìn)，未來 軟硬件結(jié)合的行業(yè)趨勢將為航發(fā)控制帶來新的機(jī)遇，有望進(jìn)一步提升其技術(shù)實(shí)力和市場占 有率，鞏固其在國內(nèi)乃至國際航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。 我國 FADEC 系統(tǒng)發(fā)展雖起步較晚，但近年取得實(shí)質(zhì)突破，緊跟國際步伐，自 20 世紀(jì) 80 年代中期起，歷經(jīng)不懈探索，2002 年首獲試飛驗(yàn)證，2010 年首個(gè)設(shè)計(jì)定型系統(tǒng)誕生，標(biāo) 志重大進(jìn)展。目前正致力于第三代 FADEC 研發(fā)，追求性能與可靠性的升級。軍用領(lǐng)域， 成功打破了國外的技術(shù)封鎖，自主研發(fā)的控制系統(tǒng)可與國際水準(zhǔn)相媲美，滿足了高代戰(zhàn)機(jī) 需求；民用領(lǐng)域，“長江”系列發(fā)動(dòng)機(jī)配套 C919/CR929，F(xiàn)ADEC 系統(tǒng)研發(fā)進(jìn)展顯著。 FADEC 系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢將聚焦于主動(dòng)控制、智能控制和分布式控制等關(guān)鍵領(lǐng)域。利 用先進(jìn)設(shè)計(jì)與控制邏輯，深化系統(tǒng)融合，提升性能，延長壽命。主動(dòng)控制技術(shù)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī) 運(yùn)行，智能控制技術(shù)強(qiáng)化系統(tǒng)自我修復(fù)與延壽能力，分布式控制系統(tǒng)通過模塊化設(shè)計(jì)與網(wǎng) 絡(luò)連接，減輕重量，降低維護(hù)成本，提升生產(chǎn)效率。

航發(fā)控制前五大客戶貢獻(xiàn)顯著。2023 年公司前五大客戶銷售金額為 484597.54 萬元，占 營業(yè)收入 91.02%。近五年公司前五大客戶銷售金額連續(xù)五年呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢，營業(yè)收 入占比節(jié)節(jié)攀升，公司下游需求飽滿。據(jù)年報(bào)披露，2023 年公司第一大客戶為中國航發(fā) 系統(tǒng)內(nèi)單位，銷售金額占公司前五大客戶總銷售金額的 85%，占據(jù)了絕大部分份額，顯示 其在系統(tǒng)內(nèi)部供應(yīng)鏈中的核心地位。第二大客戶為航空工業(yè)系統(tǒng)內(nèi)單位，占前五大客戶總 銷售金額的 7%。

2024 年國防開支預(yù)算同比增長 7.2%，近五年國防開支穩(wěn)中有進(jìn)。據(jù)國防部披露，2024 年國防開支預(yù)算 1.69 萬億元，同比上年執(zhí)行數(shù)增長 7.2%，增加國防支出預(yù)算主要應(yīng)用于 鞏固提高一體化國家戰(zhàn)略體系和能力，同時(shí)實(shí)施國防科技和武器裝備重大工程，加速科技 向戰(zhàn)斗力轉(zhuǎn)化等目標(biāo)。時(shí)值“十四五”規(guī)劃中期，軍備跟新?lián)Q代疊加四代發(fā)動(dòng)機(jī)不斷實(shí)現(xiàn) 突破，五代機(jī)預(yù)研型號穩(wěn)步邁近，未來國防投入將保持穩(wěn)定推進(jìn)。近五年來國防軍費(fèi)同比 增長 6.57%、6.72%、7.00%、7.20%、7.20%，保持穩(wěn)中有進(jìn)，年復(fù)合增長率 6.95%， 保證細(xì)分軍事裝備領(lǐng)域的穩(wěn)定投入。

根據(jù)“新時(shí)代的中國國防 2019”，我國國防費(fèi)用構(gòu)成大致分為人員生活費(fèi)、訓(xùn)練維持費(fèi)和 裝備費(fèi)。2017年國防裝備費(fèi)投入4288.35億元，同比增長6.26%，占整個(gè)國防開支的41.1%， 較 2010 年增長 7.9pct；2010-2017 年裝備費(fèi)占比呈緩慢上升趨勢并在 2016 與 2017 年保 持相對穩(wěn)定狀態(tài)，因此我們假設(shè) 41%為裝備費(fèi)投入占比指標(biāo)。 從裝備費(fèi)拆分看，根據(jù)美國國防部公布的 2023 年國防預(yù)算報(bào)告，裝備費(fèi)投入 2760 億美 元，其中采購費(fèi) 1459 億美元，測試研制費(fèi)用 1301 億美元；從細(xì)分戰(zhàn)略投入看，戰(zhàn)略支 援活動(dòng)與航空裝備及相關(guān)系統(tǒng)投入為兩大主要支出分別達(dá) 781 億美元與 565 億美元。類 比美國裝備支出結(jié)構(gòu)，我們假設(shè)我國航空裝備投入占裝備費(fèi)比重同樣為 20%。

我們預(yù)測 2024 年新增航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)市場規(guī)模 93.54 億元。2024 年我國國防支出 預(yù)算 1.69 萬億元，假設(shè)其中裝備費(fèi)占比 41%，同時(shí)裝備費(fèi)結(jié)構(gòu)與美國相同，航空裝備投 入占比 20%，則 2024 年我國裝備費(fèi) 6929 億元，航空裝備投入達(dá)到 1385.8 億元。根據(jù)立 鼎產(chǎn)業(yè)研究院，軍機(jī)中動(dòng)力系統(tǒng)價(jià)值量占比 25%，那么 2024 年我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)新增市場 規(guī)模將達(dá)到 346.5 億元，再假設(shè)以 1:1.5 的軍機(jī)備發(fā)要求預(yù)測，整體新增軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī) 市場規(guī)模將達(dá)到 519.7 億元。根據(jù)“航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析”，控制系統(tǒng)價(jià)值量占發(fā)動(dòng) 機(jī)比例大致為 18%，因而 2024 年我國航發(fā)控制系統(tǒng)規(guī)模達(dá) 93.54 億元。

我們預(yù)測 2024 年軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)維修市場規(guī)模 112.25 億元。航發(fā)維修市場同 樣是不可忽視的潛在市場，發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)維護(hù)費(fèi)用往往高于采購費(fèi)用。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究 院數(shù)據(jù)顯示，航空發(fā)動(dòng)機(jī)生命周期分為研究發(fā)展、發(fā)動(dòng)機(jī)采購與使用維護(hù)三個(gè)階段，費(fèi)用 占比分別為 8-12%、40-45%、45-50%，因此我們按 1：4：5 的費(fèi)用占比來預(yù)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)后 續(xù)維護(hù)費(fèi)用，則 2024 年軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)維修市場規(guī)模將達(dá)到 623.6 億元，2024 年軍用航發(fā)控制系統(tǒng)維修市場規(guī)模 112.25 億元。

根據(jù)上述測算， 2024 年新增軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)市場規(guī)模 93.54 億元，軍用航空發(fā) 動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)維修市場規(guī)模 112.25 億元，因此 2024 年中國軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)市 場規(guī)模預(yù)計(jì) 205.8 億元。以國防部披露 2024 年軍費(fèi)增長口徑 7.2%為基準(zhǔn)，2024-2033 年我國軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)市場規(guī)模總量將達(dá)到 2870.31 億元。