從碳纖維/鈦合金（CTi）復合材料葉片到大功率傳動齒輪箱，從與利勃海爾公司合資組建傳動技術公司到與空客公司建立長期研發(fā)合作關系，羅羅公司的超扇（UltraFan）發(fā)動機項目正在按部就班的推進中，這款具有跨時代性能指標的發(fā)動機逐漸成為了羅羅公司應對未來民航市場競爭與挑戰(zhàn)的標志性產品，受到了業(yè)界的廣泛關注。

UltraFan發(fā)動機的發(fā)展歷程

自2012年將其窄體飛機發(fā)動機合資企業(yè)IAE的股份出售給普惠公司后，羅羅公司的運營策略完全轉向了寬體機動力市場。在這一背景下，除了立足原有的遄達系列發(fā)動機，著眼于未來20年技術和產品發(fā)展趨勢的Advance和UltraFan計劃應運而生。按照羅羅公司的構想，第一階段以遄達XWB發(fā)動機為起點開發(fā)和驗證全新負載構架的Advance核心機與發(fā)動機，該核心機主要由新的高壓和中壓壓氣機、貧油燃燒室、帶有陶瓷基復合材料（CMC）封嚴段和先進冷卻渦輪葉片等部分組成，燃油消耗和排放將比目前的遄達700發(fā)動機降低20%。第二階段則以Advance核心機為基礎開發(fā)和驗證具有顛覆性技術特征的UltraFan發(fā)動機，這里所說的顛覆性技術，重點是指可變槳距CTi復合材料風扇/機匣與驅動風扇的大功率齒輪系統(tǒng)。UltraFan發(fā)動機的涵道比預期將達到15，總增壓比為70，燃油消耗和污染物排放將下降25%以上，實現(xiàn)從111kN到444kN的推力全覆蓋。

2014年10月，安裝CTi復合材料風扇葉片的遄達1000發(fā)動機在747飛行平臺上成功進行了試飛，這是Advance和UltraFan項目從構想變?yōu)楝F(xiàn)實的第一次跨越。在初步形成復合材料葉片的解決方案之后，羅羅公司加快了Advance核心機的設計進度，其中，先進貧油燃燒低排放燃燒系統(tǒng)（ALEcsys）已于2015年下半年在遄達1000全尺寸發(fā)動機上進行了地面試驗，與西班牙ITP公司合作開展的中壓渦輪研制也在緊鑼密鼓地進行。同時，羅羅公司投入了6500萬英鎊在德國達勒維茨（Dahlewitz）建造了齒輪傳動試驗臺，2016年首次在低壓低速條件下獲取了齒輪箱的動力特性和滑油系統(tǒng)功能指標，2017年9月測試的傳動系統(tǒng)運行功率達到了創(chuàng)紀錄的51450kW，后續(xù)樣機將會進一步達到73500kW的設計值。同年年底，經過中、高壓渦輪組件改良的Advance 3核心機首次試車，CMC、3D打印部件和貧油燃燒室的組成部件均取得了較為理想的測試結果。到2018年7月，羅羅公司宣布凍結概念設計，以“Advance核心機+復合材料葉片+齒輪箱”為典型特征的UltraFan發(fā)動機各方面均進展順利，羅羅公司預計在2021年完成相關地面試車工作，到2025年左右可正式投入市場。

可以說，愿景宏大、研發(fā)急進成為了UltraFan發(fā)動機項目的主旋律，不僅僅是令人震撼的性能提升，更是前所未有的覆蓋全推力量級的可擴展設計，體現(xiàn)了羅羅公司鞏固寬體機動力市場份額、重新開拓窄體機動力市場的雄心。為此，一系列的新技術陸續(xù)應用到了UltraFan發(fā)動機上：CTi復合材料風扇葉片代替了遄達系列原有的鈦空心葉片，使得發(fā)動機質量大幅度減輕；調整核心機負載結構，高壓壓氣機由兩級高壓渦輪驅動以承擔更大的工作負載，可以以更經濟的方式得到所需增壓比；重新設計先進金屬冷卻部件與陶瓷基復合材料渦輪，核心機工作壓力和溫度得以進一步提高；最為核心的還是通過添加行星齒輪傳動系統(tǒng)，風扇和低壓渦輪可以以各自最優(yōu)轉速進行運轉，從而帶來了16%的燃油效率提高和75%的噪聲降低。另外，通過與西班牙ITP公司合作開展中壓渦輪設計、與GKN公司合作開展中介機匣研制、與利勃海爾公司共同開展齒輪系統(tǒng)研制，羅羅公司引入了足夠多的項目參與者和合作伙伴，整個UltraFan的分工體系也已經大致成型。2018年4月，羅羅公司進一步與空客公司簽署共同研發(fā)協(xié)議，預期2020年前后空客公司將在羅羅公司的747飛行平臺上對UltraFan發(fā)動機進行整機試飛測試，并據此優(yōu)化改進其進氣道、短艙及其吊架和反推裝置等部件設計。顯然，這種在飛機體系結構下的合作對于降低未來飛發(fā)不協(xié)調的風險、增強潛在飛機客戶的使用信心有很大幫助。

業(yè)界普遍認為，未來UltraFan項目的成敗在很大程度上取決于大功率動力齒輪箱能否達到研制預期。一方面齒輪傳動的設計生產難度之大是公認的，盡管羅羅公司在AE2100、T56、M250以及升力風扇系統(tǒng)上對齒輪箱研制有所涉獵、在前期概念階段的試車也很成功，但能否真正滿足UltraFan的需求（相當于普惠第二代GTF技術水平）仍未可知。

普惠公司在GTF項目前后20年的投入超過了100億美元，即便如此，其PW1000G發(fā)動機在技術細節(jié)和生產質量上仍未達到盡善盡美的地步，發(fā)動機推力越大，齒輪箱的受力越大，越容易出現(xiàn)故障，設計生產中面臨的問題也會越多。另一方面，從公開的資料來看，羅羅和普惠的齒輪傳動概念和應用可能同出一轍，只是存在推力大小之分。對于先行者普惠公司來說，長期積累構建的知識產權壁壘是不會允許競爭對手輕易進入并瓜分其市場份額。目前，普惠公司在發(fā)動機齒輪設計方面申請的專利超過了300項，保護期限均在20年以上，更是不止一次地表示即使UltraFan使用不同類型的變速箱仍可以發(fā)起專利訴訟，到時候一場曠日持久的法律糾紛可能在所難免，這對UltraFan發(fā)動機市場形勢可能會產生不小的影響。

UltraFan發(fā)動機的市場未來

正當業(yè)界關注的焦點集中在UltraFan的技術革新之時，關于其市場前景的討論也隨著整個研發(fā)進度的推進而不斷升溫。對于一款產品來說，“叫好”（性能指標先進）與“叫座”（市場反響強烈）是兩個沒有必然聯(lián)系的概念?？v觀近10年來的航空裝備市場，無論是從CFM56到LEAP，從GE90到GEnx，還是從遄達1000到1000TEN，民用航空發(fā)動機的產品譜系大多高度固化，即使是那些處于成長期的新型號也更多屬于時代發(fā)展、科技進步下的自然升級換代。各家航空發(fā)動機制造商似乎都在謹守已有市場份額的同時，非常小心地去試探可能的成長邊際，避免由于貿然引入全新的產品線所帶來的巨大資金風險和需求風險。

未來，UltraFan發(fā)動機進入市場的立足點，要么直接強勢加入現(xiàn)有飛機序列的換發(fā)競爭（如PW1100G成為了A320neo的換裝方案之一），要么耐心等待新型飛機立項時選發(fā)的機會。UltraFan發(fā)動機推力覆蓋范圍廣，窄體機動力、寬體機動力都能勝任，但實際上前者早就是一片紅海，相關市場份額已被CFM國際公司與普惠公司瓜分殆盡，又何況UltraFan的最大競品PW1000G珠玉在前，羅羅公司想憑借一款橫空出世的產品重返博弈白熱化的窄體機動力市場并占據一席之地實在是難以想象。而羅羅公司也從未放棄對遄達系列發(fā)動機的更新改造（普惠公司在2008年推出GTF發(fā)動機計劃時就戰(zhàn)略性地停止了PW2000等老舊窄體機動力產品后續(xù)發(fā)展），過早地將UltraFan引入寬體機動力市場“左右互搏”，只會白白沖擊遄達1000TEN、遄達XWB-97和遄達7000的市場行情，而大推力量級的齒輪系統(tǒng)研制量產也未必就能一蹴而就。

2016年的新加坡航展上，波音公司公布了針對中間級市場（MOM）的新中型飛機（NMA）研發(fā)計劃。通過對36家航空公司的市場調查，波音公司表示所有受訪對象都對載客200～270人、飛行航程8000km左右的中型客機有迫切需求，未來其市場空間可能超過4000架。而據美國《航空周刊》的相關預測結果，今后5年老舊的波音757和767的在役數量將從1253架減少到989架，就在波音公司這段產品換代斷檔期，空客公司將利用A321neo及其衍生型進一步擴大在中型飛機市場的份額。截至2018年年初，A321neo在中間級市場的占有率達到了71%，其保有訂單數量幾乎是737MAX 10的10倍，到2022年在役的A321neo數量將接近1000架?？紤]到近些年在與空客公司市場競爭中總體占優(yōu)，波音公司顯然不可能坐視其對手在中間級市場風生水起，通過引入比A321neo運營經濟性和生產經濟性更好的中型客機NMA去真正替換757和767，形成與A321neo全面的對抗，建立從窄體機到寬體機自然平穩(wěn)過渡的全產品譜系。為了達成這一目標，除了盡可能的多利用787、777X和737MAX項目中驗證的大量先進技術外，波音公司認為全新的發(fā)動機及其與飛機的集成因素將是決定NMA的研制進度的關鍵。

2010—2020年，處于成長周期內的民用航空發(fā)動機有7款之多，而在這令人驚嘆的多樣性中，卻沒有一型正在研發(fā)或已經生產的推力在200kN左右、能夠完美搭配NMA的產品。放眼整個155～275kN推力級發(fā)動機市場， CF6-80C2、PW2000、PW4000-94和RB211-535C占據了在役發(fā)動機數量的88%，而這些配裝757和767的老舊動力產品顯然無法滿足波音公司降低NMA單位運行成本30%的要求。若UltraFan能率先進入這一長期被忽略的領域成為NMA的指定動力方案，羅羅公司既避免了窄體機動力市場的激烈競爭與寬體機市場的無謂內耗，又能在這個型號定位上為以后真正打入窄體機動力市場做鋪墊。更為難得的是，二者的預期上市時間均為2025年左右，UltraFan的研發(fā)日程無需為NMA進行大幅度調整。早在2015年NMA項目概念吹風后，羅羅公司就表示將向中間級市場需求靠攏，隨著UltraFan項目的快速推進，2017年羅羅公司更是宣布暫無考慮與合作伙伴一起追求這個項目的計劃，這一獨立發(fā)展策略也展示了羅羅公司對未來中間級動力市場志在必得的信心。

中間級市場主要在役的航空發(fā)動機（155～275kN）

UltraFan發(fā)動機面臨的重重挑戰(zhàn)

就在羅羅公司摩拳擦掌發(fā)力中間級市場的同時，普惠公司和CFM國際公司也表示了對NMA中型客機項目的濃厚興趣。經歷了最近5年窄體機動力市場的迅猛發(fā)展之后，兩家公司都在積極尋找下一個業(yè)務增長點，盡可能地充分釋放LEAP和PW1000G的市場競爭潛力。普惠公司第一代GTF產品線最后一個型號PW1133G為145kN推 力， 而LEAP最大推力已經達到了160kN，距離NMA項目的選發(fā)范圍僅一步之遙。CFM國際公司和普惠公司無須像羅羅公司那樣另起爐灶、重新打造類似UltraFan的產品，通過合適的升級策略完全有可能以較小的代價使LEAP和PW1100G覆蓋中間級動力市場，搶占從窄體機動力市場向寬體機進軍的跳板。特別是普惠公司，在2016年新加坡航展之后就迅速與波音公司進行了接觸，商討GTF在NMA上的潛在應用以及PW1100G縮放架構的可行性。與PW1100G相比，UltraFan在技術上有后發(fā)優(yōu)勢，但從齒輪傳動這一核心技術的發(fā)展看，二者已經逐漸趨同，2017年10月普惠公司著手開展了第二代GTF技術的測試工作，整體技術指標并不亞于UltraFan項目。結合兩年多的交付使用情況，GTF的技術成熟度與產品可靠性越發(fā)得到了市場的檢測與認可，這也必然會對未來用戶的信心與黏性產生深遠的影響，UltraFan與其在中間級動力市場的短兵相接可以說已是箭在弦上。

而波音公司顯然很樂于看到這種選發(fā)“三國殺”的局面。由于A321neo已經在中間級市場占有支配性優(yōu)勢，空客公司肯定不會緊跟波音公司的腳步重新布局新的中間級機型。事實上，空客公司一直對所謂的“中間級市場”概念冷嘲熱諷，認為是波音公司無中生有地杜撰出來的。相當長的一個時期內，無論是羅羅公司、普惠公司還是CFM國際公司的中間級發(fā)動機產品受眾只能是波音公司一家。在典型的買方市場態(tài)勢下，“一機雙發(fā)”甚至是“一機三發(fā)”幾乎將是波音公司的必然選擇，這樣可為航空公司客戶提供更多的選擇、保持最大的發(fā)動機定價壓力，同時也盡可能地降低了技術風險。據CFM國際公司估計，配裝NMA的新型發(fā)動機的研發(fā)費用大約在25～30億美元之間，兩個供應商分攤后的市場投資回報已經非常有限，“一機三發(fā)”則無法滿足立項的商業(yè)條件。然而食之無味，棄之可惜，一旦任何一家發(fā)動機制造商主動退出了競爭就意味著對手會此消彼長地做大，這可能是更無法接受的?？梢哉f這種“一機多發(fā)”焦慮的根源還是未來NMA市場規(guī)模的不確定性，如果它能夠像A320neo那樣占有市場，那么類似LEAP-1A和PW1100G雙選也未嘗不可。

雖然已經要求各大發(fā)動機制造商提交投標方案，但波音公司時至今日仍未給出NMA最終的概念設計，只是表示2019年年底前將決定是否繼續(xù)這個項目。業(yè)內普遍認為，先前波音公司的市場需求估計過于樂觀，經典窄體飛機和寬體飛機對NMA的市場擠壓與滲透可能會比想象之中的更為強勁。如果NMA錯過2025年這一服役當口，隨著航空公司發(fā)現(xiàn)其他飛機可以取代老化的757和767，那么需求可能會進一步縮減。而以日本飛機開發(fā)公司（JADC）的市場分析報告《世界航空市場預測》為例，230～309座客機未來20年預計的交付量也不過4887架，這其中還包含了比NMA載客量更大、飛行距離更遠的787-8/9/10以及A330ceo/neo的市場需求。考慮到NMA在與A321neo、737MAX 10產品差異化上面臨的挑戰(zhàn)，即使中間級市場真有如波音公司所說的4000架左右的需求空間，短期內NMA也很難占有一半以上的份額。

按照7500萬美元的潛在單價估計（尚不足A321neo的70%），2000架NMA訂單總計1500億美元，相應發(fā)動機的市場價值總量可能在300億美元左右，這一數字不會超過LEAP同期的1/5。與窄體機和寬體機相比，中間級市場的份額本來就小，在這里又會有NMA與A321neo競爭，而NMA的選發(fā)對象又不會是一個，能留給UltraFan的市場空間就更小了。一方面，短期看NMA是UltraFan進入市場的良機，競爭對手也在虎視眈眈，羅羅公司必將全力以赴；另一方面，淺水難養(yǎng)蛟龍，戀戰(zhàn)中間級動力市場對UltraFan的長遠發(fā)展意義不大，如何尋找下一個目標市場值得思考。有報道稱，羅羅公司在NMA選發(fā)的同時也在為空客公司下一代雙通道寬體飛機動力做準備，不過該型飛機進入市場的時間可能比NMA至少晚5～10年。

結束語

在概念設計完結之際，UltraFan項目呈現(xiàn)出以下四方面的態(tài)勢。

第一，羅羅公司重磅推出的Advance核心機、CTi復合材料葉片和大功率齒輪傳動系統(tǒng)等在相關試驗測試中大放異彩，展現(xiàn)了一個老牌航空發(fā)動機制造商雄厚的技術實力，奠定了UltraFan項目后續(xù)發(fā)展的基礎；

第二，除了功率大小不同外，UltraFan在減速齒輪箱設計概念上越來越與普惠公司GTF發(fā)動機趨同，這也是其實現(xiàn)高效省油的核心技術，弱差異化除了帶來法律層面的潛在糾紛，也會引起二者未來在市場上的正面碰撞；

第三，波音公司的NMA飛機計劃是UltraFan發(fā)動機打入市場的關鍵，既避免了直面窄體機和寬體機動力市場惡劣的競爭環(huán)境，又能夠靈活保留未來進入窄體機和寬體機動力市場的可能；

第四，在羅羅公司努力爭取中間級動力市場的同時，普惠公司和CFM國際公司都在通過相關產品的更新升級來參與競爭。極為有限的市場容量無益于實現(xiàn)羅羅公司對于UltraFan發(fā)動機的長遠戰(zhàn)略預期，開拓新的市場需求仍然任重道遠。

值得一提的是，就在羅羅公司大張旗鼓地宣傳推介UltraFan發(fā)動機的同時，以Advance核心機為基礎的新一代常規(guī)構型的Advance發(fā)動機研制也在頗為低調、有條不紊地同步進行著。作為UltraFan發(fā)動機之前的產品過渡，Advance發(fā)動機項目將獨立于UltraFan發(fā)動機進行，羅羅公司預計在2020年左右即可實現(xiàn)市場投放。若UltraFan發(fā)動機在后續(xù)研制中遇到難以克服的新問題（特別是齒輪傳動系統(tǒng)），或者由于種種原因市場接受度達不到預期，那么羅羅公司很可能會用這款“低配”的產品嘗試替代UltraFan發(fā)動機的角色與定位?？梢哉fUltraFan發(fā)動機確實是羅羅公司為未來復興押下的最大賭注，但它肯定不是羅羅公司的全部籌碼。