航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)專利總體態(tài)勢(shì)分析

王昊

（中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司，北京 100013）

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，潤(rùn)滑系統(tǒng)一般是為軸承、齒輪提供潤(rùn)滑油，對(duì)它們進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，減少磨損、防止銹蝕，同時(shí)，將由機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量帶走，而達(dá)到一定的熱平衡狀態(tài)。潤(rùn)滑系統(tǒng)控制機(jī)械在一定的工作溫度下正常運(yùn)行，防止由于溫度的過(guò)高而導(dǎo)致的零件失效情況的發(fā)生，進(jìn)一步保證機(jī)械能夠更加長(zhǎng)久地運(yùn)轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)工作的正常與否直接影響著整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。

以渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)為例，航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由潤(rùn)滑油箱、潤(rùn)滑油泵、調(diào)壓活門、油濾、管路、滑油噴嘴組成。其工作過(guò)程大致為：潤(rùn)滑油由潤(rùn)滑油箱經(jīng)潤(rùn)滑油泵抽出，進(jìn)入潤(rùn)滑油泵，壓力增加后經(jīng)過(guò)油濾后流出潤(rùn)滑油附件，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部。在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部沿分流通道分為兩路：一路潤(rùn)滑傳動(dòng)裝置與軸承前腔，另一路去潤(rùn)滑軸承中腔與軸承后腔，然后，經(jīng)回油級(jí)分別抽回。

由于潤(rùn)滑系統(tǒng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性和可靠性方面起著重要作用，因此，開(kāi)展?jié)櫥到y(tǒng)的專利分析是十分重要的。

1 潤(rùn)滑系統(tǒng)全球?qū)＠暾?qǐng)基本情況

了解潤(rùn)滑系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)的技術(shù)分布有助于了解該國(guó)或地區(qū)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和對(duì)技術(shù)的輸出情況。同時(shí)，分析不同國(guó)家或地區(qū)在世界范圍內(nèi)的專利布局情況，對(duì)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的發(fā)展和保護(hù)也有一定的借鑒意義。截至2020年11 月，全球航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)專利申請(qǐng)與授權(quán)情況如圖1 所示。可見(jiàn)全球潤(rùn)滑系統(tǒng)專利申請(qǐng)可以分為兩個(gè)時(shí)期，2001～2011 年為技術(shù)積累期，在此期間，由于軍事和民用的巨大需求，美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等國(guó)和普惠、羅羅等各大公司紛紛投入大量的經(jīng)費(fèi)和科研力量進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和研究，涌現(xiàn)出了多個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)的專利數(shù)量也在平穩(wěn)地上升；2011 年至今，為技術(shù)快速發(fā)展期，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢(shì)以及大國(guó)之間的軍力的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激勵(lì)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，發(fā)展迅猛，在此期間，我國(guó)籌備航空發(fā)動(dòng)機(jī)重大專項(xiàng)，投入萬(wàn)億資金進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，歐美俄等主要國(guó)家也加大了對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制。由此可見(jiàn)，隨著投入的不斷加大，國(guó)家的重視程度越來(lái)越高，未來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展將大有前途，越來(lái)越快。

圖1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)全球申請(qǐng)趨勢(shì)

根據(jù)優(yōu)先權(quán)國(guó)別統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析了航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)全球?qū)＠状紊暾?qǐng)國(guó)/地區(qū)分布百分比，通常申請(qǐng)人會(huì)首先在本土進(jìn)行專利申請(qǐng)，之后再以此為優(yōu)先權(quán)向其他國(guó)家遞交申請(qǐng)，因此，分析全球?qū)＠状紊暾?qǐng)國(guó)/地區(qū)分布，能夠反映出該國(guó)/地區(qū)分布在潤(rùn)滑系統(tǒng)領(lǐng)域的原創(chuàng)能力。從圖2 中可以看出，就主要分布地區(qū)來(lái)看，排名第一的是美國(guó)，其專利申請(qǐng)總量占全部總量的41%，日本和俄羅斯（包括前蘇聯(lián)）并列第二名，其專利申請(qǐng)總量均占全部總量的12%，第三名是法國(guó)，其專利申請(qǐng)總量占全部總量的11%，我國(guó)緊隨其后，其專利申請(qǐng)量占全部總量的8%。由此可見(jiàn)，美國(guó)作為世界第一強(qiáng)國(guó)，其技術(shù)研發(fā)依然具有巨大的優(yōu)勢(shì)，日本由于具有二戰(zhàn)后相關(guān)條約的限制，發(fā)展不及美國(guó)，但依然領(lǐng)先于我國(guó)，而俄羅斯由于蘇聯(lián)解體的影響，以及國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)形式的不穩(wěn)定，其技術(shù)發(fā)展和技術(shù)研發(fā)活躍度已經(jīng)大大落后于美國(guó)，法國(guó)由于具有世界知名的航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制公司，其申請(qǐng)活躍度也比較高，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)外開(kāi)放的程度越來(lái)越高，其潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展也在不斷前進(jìn)，而作為世界工業(yè)強(qiáng)國(guó)，德國(guó)和英國(guó)的專利申請(qǐng)量卻較少，究其原因，德國(guó)可能是因?yàn)槠錄](méi)有比較知名的航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司，英國(guó)可能是由于近幾年其國(guó)內(nèi)第一大航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商羅羅公司連續(xù)20 個(gè)月出現(xiàn)了5 次盈利預(yù)警，造成了對(duì)研制投入的經(jīng)費(fèi)降低，從而造成了申請(qǐng)減少。

圖2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)主要申請(qǐng)地區(qū)比例趨勢(shì)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)企業(yè)已經(jīng)將潤(rùn)滑系統(tǒng)作為未來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)升級(jí)的主要技術(shù)方向的情況下，也加大了潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)的引進(jìn)開(kāi)發(fā)和自主研究。

對(duì)比圖3 中的主要公開(kāi)地區(qū)比例和圖2 中的主要申請(qǐng)地區(qū)比例可以看出，公開(kāi)的地區(qū)分布更平衡一些，與主要申請(qǐng)地區(qū)占比相比，美國(guó)、英國(guó)，法國(guó)有所下降，可見(jiàn)其技術(shù)輸出的較多，中國(guó)、日本、俄羅斯的占比上升，可見(jiàn)其技術(shù)輸入較多。所有申請(qǐng)中，在歐洲專利局公開(kāi)的占15%，在WIPO公開(kāi)的占8%，可見(jiàn)，各國(guó)也開(kāi)始充分利用國(guó)際合作組織提供的便利條件進(jìn)行專利布局，提高專利布局的效率。

圖3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)主要公開(kāi)地區(qū)比例趨勢(shì)

2 全球?qū)＠暾?qǐng)主要申請(qǐng)人及技術(shù)流向

據(jù)統(tǒng)計(jì)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)領(lǐng)域全球申請(qǐng)量前五的公司分別是美國(guó)的聯(lián)合技術(shù)公司(UNAC)，世界知名的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造服務(wù)商普惠公司是聯(lián)合技術(shù)公司的業(yè)務(wù)部門，法國(guó)的斯奈克瑪公司（SNEA），美國(guó)的通用電氣公司(GNEN)，英國(guó)的羅羅公司(RORO)，中國(guó)的沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司（CHAV）。其中前五的申請(qǐng)量占全部申請(qǐng)量的45%，可見(jiàn)在潤(rùn)滑系統(tǒng)領(lǐng)域中，專利申請(qǐng)的集中度較高，從申請(qǐng)人的排名中也能明顯看出美國(guó)的優(yōu)勢(shì)，在前五的公司中，第一和第三都是美國(guó)的公司，而我國(guó)也有一家公司進(jìn)入前五，可見(jiàn)雖然起步較晚，但是，隨著國(guó)家的重視，我國(guó)該技術(shù)的發(fā)展也處于一個(gè)較為活躍的階段。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域主要申請(qǐng)人公司占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，占92%，而研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)和個(gè)人只占很少的一部分。這是由于此技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)不僅需要具有較高知識(shí)水平的技術(shù)人員，還需要投入大量的資金，研究門檻比較高，而研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)和個(gè)人都很難獲得大量的研究資金進(jìn)行研究，只有公司可以投入大量的資金和人力進(jìn)行研究，從而改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)。該領(lǐng)域的技術(shù)申請(qǐng)主要還是以獨(dú)立申請(qǐng)為主，占89%，合作申請(qǐng)占11%(此處的合作申請(qǐng)包括公司—公司、公司-研究機(jī)構(gòu)兩種類型的合作申請(qǐng))。合作申請(qǐng)中比較有名的是由美國(guó)普拉特&惠特尼公司(Pratt &Whitney)、英國(guó)羅爾斯?羅伊斯公司(Rolls-Royce plc)、日本航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司（JAEC：Japanese Aero Engines）和德國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司（MTU Aero Engines）合資設(shè)立的國(guó)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司，由美國(guó)通用電氣公司和普拉特&惠特尼公司投資各占50%而設(shè)立的發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)盟有限責(zé)任公司等。這些公司之間的合作不僅可以更好地占據(jù)市場(chǎng)，同時(shí)，也分擔(dān)了生產(chǎn)成本和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 是潤(rùn)滑系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)流向圖，其中縱軸表示技術(shù)原創(chuàng)國(guó)或地區(qū)，橫軸表示技術(shù)輸入國(guó)家或地區(qū)。從技術(shù)流向圖中可以看出，潤(rùn)滑系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)分布非常不均勻，分析進(jìn)入某一地區(qū)的專利公開(kāi)情況，對(duì)于了解潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)在該地區(qū)的技術(shù)發(fā)展有重要意義。國(guó)外大企業(yè)都熟稔“市場(chǎng)未動(dòng)，專利先行”的圈地戰(zhàn)略，面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)，不管是一個(gè)地區(qū)還是一個(gè)公司，要想在國(guó)際舞臺(tái)上形成氣候，必須先進(jìn)行專利布局。因此，通過(guò)對(duì)在美國(guó)、歐洲、日本、中國(guó)、韓國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)和俄羅斯公開(kāi)的在潤(rùn)滑系統(tǒng)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行分析，主要的動(dòng)向如下：

圖4 潤(rùn)滑系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)流向圖

美國(guó)：具有絕對(duì)的領(lǐng)先地位，是主要的技術(shù)輸出國(guó)，在韓國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等國(guó)的技術(shù)輸出較少，日本、中國(guó)和德國(guó)布局較多，這主要得益于美國(guó)具有多個(gè)知名航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司。

日本：相關(guān)申請(qǐng)較少，在法國(guó)和俄羅斯沒(méi)有專利布局，本國(guó)公開(kāi)較多，技術(shù)輸出不明顯。

中國(guó)：幾乎沒(méi)有技術(shù)輸出，僅在日本和韓國(guó)有極少量的布局。

韓國(guó)：申請(qǐng)極少，該領(lǐng)域的研究幾乎為空白。

英國(guó)：總體申請(qǐng)量不多，與其航空大國(guó)地位不相符，在中國(guó)、韓國(guó)和俄羅斯沒(méi)有專利布局。

法國(guó)：申請(qǐng)量第二大的國(guó)家，是主要的技術(shù)輸出國(guó)，但在韓國(guó)和英國(guó)布局較少。

德國(guó)：申請(qǐng)量?jī)H次于法國(guó)，也具有相應(yīng)的技術(shù)輸出，但是，主要技術(shù)輸出國(guó)是美國(guó)。

俄羅斯：主要是布局本國(guó)，在海外的布局極少，僅在美國(guó)進(jìn)行了極少量的專利布局。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要通過(guò)對(duì)相關(guān)專利統(tǒng)計(jì)定量分析與重要專利定性分析相結(jié)合的方式，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑技術(shù)專利狀況進(jìn)行了深入分析研究。總體上看，美、歐、法、德等發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)已在該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)上取得明顯優(yōu)勢(shì)，并在專利布局上積極行動(dòng)，優(yōu)勢(shì)企業(yè)在全球范圍內(nèi)廣泛申請(qǐng)專利，已形成了較系統(tǒng)與完善的專利布局體系，這對(duì)我國(guó)發(fā)展自主技術(shù)構(gòu)成了一定阻礙。反觀我國(guó)在該領(lǐng)域技術(shù)起步晚，發(fā)展慢，創(chuàng)新度不高。

潤(rùn)滑系統(tǒng)全球?qū)＠暾?qǐng)量總體上呈現(xiàn)上漲的趨勢(shì)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)人較為集中，技術(shù)創(chuàng)新主要集中在美、日、法、俄等國(guó)，涉及的公司主要是通用電氣公司、聯(lián)合技術(shù)公司、斯奈克瑪公司和羅羅公司等幾大國(guó)外企業(yè)，以及中國(guó)的沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司。來(lái)自美國(guó)的技術(shù)創(chuàng)新主體的專利申請(qǐng)量占全球總申請(qǐng)量的41%，位居全球首位。俄羅斯、日本和法國(guó)技術(shù)創(chuàng)新主體的專利申請(qǐng)量全球總申請(qǐng)量的12%、12%、11%。

目前，我國(guó)主要從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的申請(qǐng)人以公司獨(dú)立申請(qǐng)為主為主體，公司與公司之間的聯(lián)合、公司與科研院所和高校的聯(lián)合申請(qǐng)較少，這不僅不利于該行業(yè)的健康發(fā)展，不利于我國(guó)合理地利用資源減少重復(fù)申請(qǐng)的浪費(fèi)，對(duì)高校/科研院所自身而言也是對(duì)資源造成的極大浪費(fèi)。如果能建立企業(yè)與企業(yè)之間、企業(yè)與高校/科研院所之間技術(shù)研發(fā)與成果共享對(duì)接渠道，通過(guò)市場(chǎng)化的技術(shù)和專利轉(zhuǎn)讓方式，使得有效專利在市場(chǎng)得到充分利用，減少重復(fù)研發(fā)和申請(qǐng)?jiān)斐傻睦速M(fèi)，提高效率實(shí)現(xiàn)價(jià)值。