1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為“工業(yè)皇冠上的明珠”
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀深度分析與發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告(2024-2031年)》顯示,航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的一個(gè)核心部件,是為飛機(jī)提供飛行所需推力的熱力機(jī)械。航空發(fā)動(dòng)機(jī)不僅是飛機(jī)的動(dòng)力裝置,也是航空技術(shù)發(fā)展的重要推手,能否研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)成為衡量一個(gè)國(guó)家科技水平、軍事實(shí)力和綜合國(guó)力的重要標(biāo)準(zhǔn)之一,可廣泛帶動(dòng)電子、材料、精密加工、冶金、化工等產(chǎn)業(yè)的繁榮,被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”。
同時(shí),航發(fā)也是典型的技術(shù)、知識(shí)密集型高科技產(chǎn)品,附加值較高,根據(jù)《航空發(fā)動(dòng)機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新》,其單位重量創(chuàng)造的相對(duì)價(jià)值是船舶的1400倍。航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)因?yàn)榧夹g(shù)極其高端,處于寡頭壟斷的環(huán)境中,一款成熟產(chǎn)品能夠銷(xiāo)售30-50年,面臨的競(jìng)爭(zhēng)威脅很小,幾乎不必?fù)?dān)心競(jìng)爭(zhēng)和市場(chǎng)回報(bào)問(wèn)題,壁壘和門(mén)檻是經(jīng)濟(jì)回報(bào)的有力保證。
數(shù)據(jù)來(lái)源:觀研天下整理
2、航空發(fā)動(dòng)機(jī)具有高技術(shù)壁壘、研制周期長(zhǎng)等特點(diǎn)
航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)可以概括為“三高一長(zhǎng)”,即高壓、高轉(zhuǎn)速、高溫、長(zhǎng)期循環(huán)往復(fù)工作,決定航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制需要綜合工程熱力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)、燃燒學(xué)、傳熱學(xué)、固體力學(xué)、強(qiáng)度振動(dòng)、現(xiàn)代控制理論、材料學(xué)、冶金、加工制造、試驗(yàn)測(cè)試等幾乎所有現(xiàn)代技術(shù)門(mén)類來(lái)實(shí)現(xiàn),是一個(gè)高技術(shù)行業(yè)。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)壁壘、研制周期長(zhǎng)分析
類別 |
簡(jiǎn)介 |
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技術(shù)壁壘 |
對(duì)可靠性要求極為嚴(yán)苛 |
航空發(fā)動(dòng)機(jī)是推動(dòng)飛機(jī)飛行的動(dòng)力,與地面、水面運(yùn)輸工具動(dòng)力裝置不同,航空發(fā)動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)問(wèn)題,輕則致使無(wú)法完成飛行任務(wù),重則導(dǎo)致機(jī)毀人亡的重大事故。 |
發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境惡劣 |
發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件的工作環(huán)境十分惡劣,常常處于高溫(最高可接近2000°C)、高壓(幾十個(gè)大氣壓)和高速轉(zhuǎn)動(dòng)(最高可達(dá)幾萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘)的工作狀態(tài)。 |
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發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和技術(shù)情況復(fù)雜 |
與其他機(jī)械裝置相比,發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,零件數(shù)目達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè)。同時(shí),航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制是一項(xiàng)涉及空氣動(dòng)力學(xué)、工程熱物理、傳熱傳質(zhì)、機(jī)械、強(qiáng)度、傳動(dòng)、密封、電子、自動(dòng)控制等多學(xué)科的復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)工程。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜程度到了目前理論上仍無(wú)法給出詳盡而準(zhǔn)確的描述,只能依靠試驗(yàn)不斷反復(fù)完善。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展史就是一個(gè)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、修改、再制造、再試驗(yàn),不斷摸索和反復(fù)完善的過(guò)程。 |
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研制周期 |
預(yù)先研究 |
主要任務(wù)是為發(fā)展新型發(fā)動(dòng)機(jī)提供技術(shù)儲(chǔ)備,降低研制風(fēng)險(xiǎn)。具體可分為應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和先期技術(shù)開(kāi)發(fā)。 |
工程研制 |
主要任務(wù)是根據(jù)主要作戰(zhàn)使用性能指標(biāo),研制滿足需求的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。具體可分為工程驗(yàn)證機(jī)研制和原型機(jī)研制,研制周期規(guī)劃為18年。 |
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使用發(fā)展 |
該階段是發(fā)動(dòng)機(jī)全壽命研制工作的重要階段,發(fā)動(dòng)機(jī)裝備使用后仍需持續(xù)解決使用中暴露的各種技術(shù)質(zhì)量問(wèn)題,以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用可靠性。 |
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3、全球航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)呈現(xiàn)寡頭壟斷格局
也正是因?yàn)橛捎诤娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)本身的復(fù)雜性和高壁壘性,加上技術(shù)轉(zhuǎn)移的限制,目前全球能自行設(shè)計(jì)研制飛機(jī)的國(guó)家僅有幾十家,能獨(dú)立研制高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)家僅有美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、俄國(guó)、中國(guó)等少數(shù)國(guó)家,其中制造難度更大的商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要被美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)的企業(yè)壟斷,如GE通用電氣航空、PW普拉特·惠特尼、RR羅爾斯·羅伊斯、CFM國(guó)際公司、IAE國(guó)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司、EA發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)盟公司等。
全球航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)主要生產(chǎn)廠商介紹
公司名稱 |
公司簡(jiǎn)介 |
GE Aerospace通用電氣航空 |
GEAerospace通用電氣航空,是美國(guó)通用電氣旗下的子公司之一。公司是世界領(lǐng)先的商用和軍用飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、零部件和集成系統(tǒng)供應(yīng)商。其航空發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于商用航空、軍用航空領(lǐng)域。典型產(chǎn)品包括用于波音777X的GE9X,用于波音777的GE90,用于F-18的F404發(fā)動(dòng)機(jī)。 |
Pratt& Whitney普拉特·惠特尼 |
PW普惠公司是美國(guó)最大的兩家航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司之一,公司的發(fā)動(dòng)機(jī)在200多個(gè)國(guó)家和地區(qū)運(yùn)行使用,約16000名客戶在使用公司的發(fā)動(dòng)機(jī)。典型產(chǎn)品包括用于F-15和F-16戰(zhàn)斗機(jī)的F100發(fā)動(dòng)機(jī),用于F-22的F119發(fā)動(dòng)機(jī)。 |
Rolls Royce羅爾斯·羅伊斯 |
RR羅爾斯·羅伊斯是英國(guó)著名的發(fā)動(dòng)機(jī)公司,也是歐洲最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)。公司是全球?qū)掦w飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者,為波音747、757、777、787夢(mèng)想飛機(jī),以及空客A330/A330neo、A340、A350、A380等機(jī)型提供航空發(fā)動(dòng)機(jī)。典型產(chǎn)品包括RB211系列、Trent500、Trent800等。 |
CFM國(guó)際公司 |
CFM國(guó)際是由美國(guó)通用電氣航空和法國(guó)賽峰集團(tuán)(Safran)為研制CFM56系列噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)而各自出資50%組建的合資公司。CFM56系列噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于波音737和空中巴士A320等區(qū)域航線用的中小型噴氣式客機(jī),使得CFM國(guó)際成為世界上主要的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商之一。此外,CFM國(guó)際的下一代發(fā)動(dòng)機(jī)是LEAP系列發(fā)動(dòng)機(jī)。 |
IAE國(guó)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司 |
國(guó)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司是由美國(guó)普惠公司、英國(guó)羅羅、日本航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司和德國(guó)MTU航空發(fā)動(dòng)機(jī)1983年在瑞士成立的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)公司,旨在開(kāi)發(fā)150座單通道飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)V2500。該發(fā)動(dòng)機(jī)主要供空中客車(chē)A320系列和麥克唐納·道格拉斯MD-90系統(tǒng)客機(jī)等使用。 |
EA發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)盟公司 |
發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)盟公司是GE航空和普惠公司各出資50%成立的合資公司。起初是為波音747-500/600X項(xiàng)目提供發(fā)動(dòng)機(jī),但最終項(xiàng)目取消。發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)盟公司將產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化,以兩巨頭的主力產(chǎn)品GE90和PW4000為基礎(chǔ),推出GP7200發(fā)動(dòng)機(jī)供給空客A380。 |
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同時(shí),這些國(guó)家對(duì)航空動(dòng)力技術(shù)的預(yù)先研究和試驗(yàn)驗(yàn)證給予極大的重視,開(kāi)展一系列大型研究計(jì)劃,為各種先進(jìn)軍、民用發(fā)動(dòng)機(jī)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。例如,美國(guó)政府和軍方制定多用途、經(jīng)濟(jì)可承受的先進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(VAATE)計(jì)劃,在2017年左右使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)可承受性(定義為能力與壽命期成本之比,其中能力為推重比與中間狀態(tài)耗油率的函數(shù))提高10倍;英國(guó)和法國(guó)聯(lián)合實(shí)施先進(jìn)軍用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)(AMET)計(jì)劃,德國(guó)宇航研究院聯(lián)合企業(yè)界獨(dú)立實(shí)施針對(duì)民機(jī)的3E(環(huán)境、效率和經(jīng)濟(jì)性)發(fā)動(dòng)機(jī)研究計(jì)劃。
美國(guó)部分航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料和制造技術(shù)發(fā)展計(jì)劃
計(jì)劃 |
實(shí)施年代 |
備注 |
航空航天推進(jìn)計(jì)劃 |
1959- |
推重比6-8發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)研,材料為重要專項(xiàng)之一。 |
發(fā)動(dòng)機(jī)部件改進(jìn)(ECI)計(jì)劃 |
1977-1981 |
推重比8發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)改型,對(duì)材料的使用可靠性進(jìn)行了深入研究。 |
發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件技術(shù)(HOST)計(jì)劃 |
1980-1987 |
F100、F110發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)改型,重點(diǎn)研究了渦輪葉片的材料特性和防護(hù)涂層。 |
綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)(IHPTET)計(jì)劃 |
1988-2005 |
新一代推重比12-15一級(jí)渦扇/功重比11-12一級(jí)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)研。 |
先進(jìn)高溫發(fā)動(dòng)機(jī)材料技術(shù)計(jì)劃(HITEMP) |
1989-2005 |
對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料的可行性驗(yàn)證、結(jié)構(gòu)分析模型的證實(shí)及試驗(yàn)方法的研究。包括金屬間化合物、陶瓷、高分子復(fù)合材料等。 |
先期概念技術(shù)演示驗(yàn)證計(jì)劃(ACTD) |
1995-2005 |
F119渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)/PW207渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)研制,側(cè)重于材料與制造技術(shù)的工程化研究。 |
極高效的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)(UEET)計(jì)劃 |
2000-2005 |
面向GENX渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、AE1107渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)研制,材料為七個(gè)子課題之一。 |
先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料(ADAM)計(jì)劃 |
2003- |
研究下一代發(fā)動(dòng)機(jī)用單晶合金、輕質(zhì)量高溫軟磁材料、先進(jìn)金屬基復(fù)合材料、革新的粉末材料、先進(jìn)的粘接技術(shù)。 |
下一代制造技術(shù)計(jì)劃(NGMTI) |
2004-2008 |
金屬加工制造和復(fù)合材料加工制造是其中兩個(gè)重要研究領(lǐng)域。 |
通用經(jīng)濟(jì)可承受先進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(VAATE) |
2006-2017 |
面向新一代推重比15-20一級(jí)渦扇/功重比12-15一級(jí)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)研,強(qiáng)調(diào)軍民共用技術(shù)。材料作為四個(gè)研究計(jì)劃的重點(diǎn)技術(shù)支持小組之一。 |
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4、我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)由仿制進(jìn)入到自主研制階段,但與歐美先進(jìn)國(guó)家仍然有差距
而在中國(guó)市場(chǎng),從1954年新中國(guó)第一臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試制成功到現(xiàn)在,我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)走過(guò)近70年的發(fā)展道路,現(xiàn)如今可以獨(dú)立設(shè)計(jì)制造高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī),我國(guó)也是繼美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、俄國(guó)之后第五個(gè)能夠獨(dú)立研制發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)家。
我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制之路
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從性能和研制時(shí)間來(lái)看,我國(guó)渦扇10發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)比與F100相當(dāng),于2010年服役,較F100服役時(shí)間晚36年;對(duì)標(biāo)F119性能的渦扇15發(fā)動(dòng)機(jī)于2022年完成首飛,2023年開(kāi)始量產(chǎn)。但是,我國(guó)在民用航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)方面仍處于空白狀態(tài),與歐美航空發(fā)動(dòng)巨頭相比存在較大差距。因此,近幾年,我國(guó)國(guó)產(chǎn)民用航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)正處于加速研制中,2016年中國(guó)航發(fā)商發(fā)被認(rèn)定為C919國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商,2017年CJ1000A核心機(jī)完成組裝,2018年5月點(diǎn)火啟動(dòng)成功,核心轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)計(jì)要求,2020年開(kāi)始進(jìn)入地面臺(tái)架測(cè)試階段,而計(jì)劃裝配于C929大飛機(jī)的CJ2000發(fā)動(dòng)機(jī)正處于研制階段。
5、國(guó)家積極布局+政策逐步加碼,我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)自研能力顯著提升
當(dāng)前,我國(guó)對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制生產(chǎn)重視依舊,對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)支持具備政策延續(xù)性。在2015年兩會(huì)中,兩機(jī)專項(xiàng)首次寫(xiě)入政府工作報(bào)告,同年國(guó)務(wù)院提出《中國(guó)制造2025》,著重強(qiáng)調(diào)制造業(yè)高端裝備創(chuàng)新工程,明確提出組織實(shí)施大型飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)、民用航天等一批重大工程;“十四五”是我國(guó)國(guó)防和軍隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期,政策逐步加碼布局航空發(fā)動(dòng)機(jī),傾斜力度明顯。
《中國(guó)制造2025》航空發(fā)動(dòng)機(jī)專項(xiàng)重點(diǎn)產(chǎn)品
重點(diǎn)產(chǎn)品 |
主要產(chǎn)品 |
應(yīng)用領(lǐng)域 |
大涵道比大型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) |
CJ-1000A渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) |
國(guó)產(chǎn)干線客機(jī)C919 |
寬體客機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) |
中俄聯(lián)合研制的寬體客機(jī) |
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中/小型渦扇/渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) |
7000-11000kgf級(jí)齒輪傳動(dòng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) |
噴氣支線飛機(jī) |
5000kgf級(jí)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) |
噴氣支線飛機(jī)或公務(wù)機(jī) |
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1000kgf級(jí)小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) |
7-8座輕型公務(wù)機(jī) |
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中/大功率渦軸發(fā)動(dòng)機(jī) |
1000kW級(jí)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī) |
新型5噸級(jí)直升機(jī) |
8000kW級(jí)大功率渦軸發(fā)動(dòng)機(jī) |
保障未來(lái)重型直升機(jī)需求 |
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大功率渦槳發(fā)動(dòng)機(jī) |
5000kW級(jí)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī) |
未來(lái)渦槳支線客機(jī)及中小型運(yùn)輸機(jī) |
航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī) |
200kW航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī) |
輕型通用飛機(jī)和無(wú)人機(jī) |
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綜上,近年來(lái),得益于國(guó)家支持和市場(chǎng)發(fā)展,我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)體系能力顯著提升。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù),目前,我國(guó)航空動(dòng)力行業(yè)共生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)超過(guò)7萬(wàn)臺(tái),基本滿足各類裝備制造與使用的需求?,F(xiàn)階段,我國(guó)已建立較為完整的航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)體系,具備高性能軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制保障能力。
我國(guó)主要航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)研制生產(chǎn)情況
主機(jī)廠 |
發(fā)動(dòng)機(jī)類型 |
型號(hào) |
仿制對(duì)象 |
裝備飛機(jī) |
推力/功率 |
推重比 |
定型年份 |
沈陽(yáng)黎明 |
渦噴 |
WP-6 |
PA-9B |
殲-6、強(qiáng)-5 |
3187kg |
4.59 |
1961年 |
WP-7 |
P11-300 |
殲-7/8 |
5630kg |
5.2 |
1970年 |
||
WP-14 |
自研 |
殲-8系列 |
6960kg |
6.4 |
2002年 |
||
渦扇 |
WS-10 |
自研 |
殲-10/11/15/16/20 |
13200kg |
7.1-9.1 |
2005年 |
|
WS-15 |
自研 |
殲-20 |
16000-18000kg |
9.7-10.9 |
研制中 |
||
西安航發(fā) |
渦噴 |
WP-8 |
RD-3M-500 |
轟-6 |
9300kg |
2.94 |
1967年 |
渦扇 |
WS-9 |
SpeyMK-202 |
殲轟-7 |
/ |
5.05 |
2006年 |
|
WS-20 |
自研 |
運(yùn)-20 |
14000-16000kg |
5 |
研制中 |
||
貴州黎陽(yáng) |
渦噴 |
WP-13 |
R13-300 |
殲-7系列 |
/ |
5.39 |
1988年 |
渦扇 |
WS-13 |
RD-33 |
FC-1梟龍、FC-31 |
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2009年 |
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株洲南方 |
渦軸 |
WZ-8 |
ArrieL1C、1C1 |
直-9系列、直-11系列 |
560kw |
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1985年 |
WZ-9 |
自研 |
武直-10 |
1200kw |
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2009年 |
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WZ-10 |
自研 |
直-20 |
2000kw |
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研制中 |
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WZ-11 |
自研 |
直-8F |
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研制中 |
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WZ-16 |
中法合作 |
直-15系列 |
1200-1500kw |
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研制中 |
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WJ-6 |
AH-20M |
運(yùn)-8系列 |
3124kw |
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1976年 |
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WJ-9 |
自研 |
運(yùn)-12 |
5000kw |
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1995年 |
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成都航發(fā) |
渦扇 |
WS-18 |
D-30KP-2 |
運(yùn)-20 |
13200kg |
5.01 |
研制中 |
蘭翔機(jī)械 |
渦軸 |
WZ-6 |
TM-C |
直-8系列 |
1130kw |
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1988年 |
資料來(lái)源:觀研天下整理(WYD)
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