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摘  要：航空燃机产业作为我国制造业皇冠上的明珠，历来受业界和学界重视。已有研究侧重于对航空燃机的某一具体技术或某一零部件进行分析，较少探讨航空燃机产业发展现状，且多基于研究者自身对产业的整体把握，客观的数据支撑还不足。该文力图通过专利申请人、发明人、申请时间和IPC类别分析为了解我国航空燃机产业现状搭建直观框架，并根据分析结果提出我国航空燃机产业应以市场为导向进行研发，各相关机构做好知识产权博弈准备，加强人才合作与引进的建议。

关键词：航空燃机  有效專利  统计分析

中图分类号：V23    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（c）-0189-08

Abstract： As the crown jewel of China"s manufacturing industry， the aviation gas turbine industry has always been valued by the industry and academic circles. There have been few studies involving the analysis of the status quo of the aviation gas turbine industry， and it is based on the researchers" overall grasp of the industry. This paper attempts to build an intuitive framework for understanding the current status of China"s aviation gas turbine industry through patent applicants， inventors， application time and IPC category analysis. According to the analysis results， research and development should be market-oriented， all relevant institutions should prepare for intellectual property rights race， and strengthen the cooperation and introduction of talents.

Key Words： Aviation Gas Turbine; Patent in force; Statistic analysis

燃气轮机作为在高温、高压、高转速恶劣环境条件下反复使用的新一代动力装置，集新材料、新技术于一体，在国民经济中占有重要地位，是将来国民经济支柱性产业[1]。燃气轮机广泛应用于发电和重要军事设备动力，也是航空发动机的重要组成部分。作为飞机的“心脏”，航空发动机的技术难度和工艺要求也远高于飞机，比较单位重量创造价值，船舶为1，轿车为9，计算机为300，支线飞机是800，而航空发动机则高达1400[2]，航空燃机作为航空工业皇冠上的明珠实至名归。不仅经济价值高，航空燃机的转化能力也很强，舰船燃气轮机走航空改型发展是最快捷、方便、经济、可靠的途径。也正是由于航空燃机丰厚的经济价值、重要的技术价值，发达国家严格把控航空燃机技术，我国要发展航空燃机产业必须把握其现状，集中精力攻坚克难。

大量研究围绕燃气轮机以及航空发动机展开，从燃气轮机性能参数、燃烧效率、到燃烧室、热风炉、压气机、涡轮叶片、火焰筒等，学者们围绕燃气轮机的方方面面进行了深入研究。这些研究主要从技术发展的角度，着眼于对某一型号某一部件的升级与开发，具有十分重要的研究意义，但也需要整个产业的把握分析。娄马宝（2001）[3]对我国燃气轮机工业进行了多方面的分析，并给出了燃气轮机产品开发、营销等的建议。蒋洪德等人（2014）[4]介绍了重型燃气轮机工业的发展历史、现状及趋势给出了未来燃气轮机的主要技术参数。张会生等人（2006）[5]则从燃气轮机运用到燃料电池进行混合发电这一新能源领域，对其工作原理和研究现状进行了综述。李孝堂（2017）[6]详细介绍了我国具有自主知识产权的燃气轮机型号，针对我国自主研发燃气轮机的问题提供对策。杨强（2019）[7]在总结了中小型双燃料燃气轮机产品的现状和参数后，指出中小型双燃料燃气轮机的发展方向和应用优势。李婧等人（2017）[8]通过专利文献分析了全球燃气的主要研发国家、机构和技术领域，总结出全球燃气轮机的技术竞争态势。吴艳等人（2011）2]从专利技术层面梳理了大型飞机的技术现状。赵云和吴艳（2011）[9]又分析了4家世界主要航空发动机公司专利申请情况。通过对我国研究的梳理不难发现，针对性的技术分析研究多，整体发展状况把握少，经验性论述多，基于专利的统计分析少，尤其是对航空燃机这一细分领域的研究更是少之又少。因此该文认为，基于航空燃机的重要地位以及现有研究的不足，有必要对从专利入手对我国航空燃机产业现状进行分析。

1  航空燃机的国际发展现状

1.1 发达国家高度重视航空燃机产业的发展

过去几十年中，美、欧、日等国投入了大量财力、物力、人力，致力于燃气轮机研究，取得了燃气轮机技术的快速发展。在航空燃机领域先进国家与地区处于技术领先地位，美国通用电气公司（GE）、ABB公司、西门子公司（Siemens）、美国普惠公司（PW）英国罗罗公司（ROLLS-Royece）主导了全球市场。这些公司强强联手，如西门子公司和普惠公司的合作、ABB公司和罗罗公司的合作。同时善于将航空燃机的先进技术移植到重型燃气轮机，或直接采用航空技术设计，或按比例模化放大航空燃机部件，技术水平大幅度提升。

据不完全统计美国、欧盟、日本自20世纪90年代起相继制定了各种有关燃气轮机的计划[10]（见表1），旨在提高燃气轮机的性能、可靠性，降低燃气轮机的成本、排放量。虽然没有制定具体针对于航空燃机的计划，但其内容都将航空燃机的性能提升、技术转化视为重要内容。计划的制定与实施构成脉络，前后相衔，既有先进性的指导意义，又符合当下发展实际。计划的制定建立在对产业整体发展有清晰的把控，充分了解技术热点、重点与弱点。

研究发现美、日、英三国的专利申请量占航空发动机领域全部总量的77.4%，可以认为航空发动机制造的先进技术被三国的航空制造企业所垄断，且仅2006—2010年间世界知识产权组织申请的专利量就有2001—2005年申请量的4倍之多，国际申请越来越受到重视[2]。

1.2 大公司之间频发知识产权博弈

专利一方面是技术保护的屏障，另一方面也作为技术壁垒存在，各大公司在加强自身技术专利保护的同时，也时刻紧盯竞争对手的专利申请与使用，为技术和市场换取增加筹码和谈判资本。2010年罗罗公司起诉联合技术公司先后在与通用电气公司合作的发动机以及其他发送机侵犯了其风扇叶片方面的专利，随即联合技术公司发起反诉，在经过一年的起诉拉锯战后，双方达成了和解协议。2016年，通用电气公司多次向美国专利商标局提出普惠公司和罗罗公司所持的重要专利无效宣告请求，通用电气公司认为普惠公司所用的燃气轮机技术源于20世纪70年代的思想，经美国专利商标局裁定普惠公司的一项航空发动机专利包含公知技术，宣告无效。2017年，普惠公司与罗罗公司竞争波音公司新科技动力供应商时，普惠公司曾以齿轮传动技术专利诉讼来威胁罗罗公司，增加竞争筹码[11]。

近年来，我国航空科技研发水平不断提高，中国启动航空发动机和燃气轮机重大专项后，国外航空燃机制造商正在不断加大对华知识产权布局，提高航空燃机技术门槛，加大技术封锁。我国科研单位和制造厂商要找到技术突破口愈加困难，因此必须对我国的航空燃机产业进行专利分析，做好冲出专利灌丛，避免专利陷阱的准备工作。

2  我国航空燃机产业专利分析

该文在智慧芽专利数据库中进行了关键词检索，检索式为TS=（（燃气轮机OR内燃机）AND（航空器OR航空飞行器OR浮空器OR航空飞机OR宇航员OR宇航飞行器OR空运OR机身OR空中飞行器OR飞行器））并将IPC类别限制为F02C（燃气轮机装置;喷气推进装置的空气进气道;空气助燃的喷气推进装置燃料供给的控制）、F01D（非变容式及其或发动机，如汽轮机）、F23R（高压或告诉燃烧生成物的产生，例如燃气轮机的燃烧室）3个燃气轮机的主要专利类别，得到法律状态为有效的专利共224条。将从申请人、发明人以及时间和技术分类进行我国航空燃机产业专利的分析。

2.1 申请人分析

2.1.1 专利权人排名

对同属一家公司的专利权人进行合并，得到專利权人排名（见图1），以及专利权人申请专利百分比（见图2）。

在华申请的有效专利中通用电气公司一骑绝尘，以187项专利的绝对优势领先于其他申请人。通用电气公司、西门子公司、联合工艺公司和埃克森美孚上游研究公司占据了我国航空燃机领域发明专利的半壁江山，这也在情理之中，与这些企业在航空燃机领域的传统优势密不可分，而排在前8位的专利权人我国只有北京航空航天大学上榜。我国排在前位的专利权人大多为高校和科研院所，说明我国的航空燃机还停留在基础研究阶段，与真正的实施开发还有相当的距离。

2.1.2 专利权人申请趋势

分析专利数排名前15的专利权人申请趋势，将没有专利申请的年份隐去得到图3。

从图3中不难发现航空燃机产业的知名国际企业很早就有专利布局的意识，由于该文将专利限定为有效专利，所以超过20年专利有效期的专利暂未统计，但据了解我国于1985年制定实施《中华人民共和国专利法》联合工艺公司于1986年开始布局燃烧室专利。而联合工艺公司现在仍处于有效期的专利包括20年前在1989年申请的2项专利，来年又申请了2项专利。专利布局时间早，专利有效期长，都体现了其对中国市场的重视。而在我国拥有最多专利的通用电气公司其仍处于有效期的专利也可追溯到1991年，其后几年专利申请量逐年增加。而航空燃机领域一直颇具盛名的罗罗公司多年来鲜有布局中国航空燃机专利，这是我国技术突破的一个可操作的空间。我国最早申请航空燃机专利的机构是清华大学，它于2007年申请了2项专利，打开了我国自主研发的大门，但随后几年专利申请并无跟进，极有可能是技术遇到困难，或没有形成系列研究，从一个侧面可以反映我国航空燃机研发的体系尚不健全。2012年可以算是中国航空燃机研发的腾起之年，先后有中国科学院工程热物理研究所、清华大学、北京航空航天大学进行了专利申请，其后每年都有我国的科研机构和院校进行相关专利申请。

2.1.3 专利权人技术分布

在对专利权人的申请数量、申请趋势有一定了解后，再对各专利权人的主要技术领域分布进行绘制，得到图4。

对专利数排在前12位的专利权人拥有的专利按IPC分类号进行分类统计，通用电气公司在各技术领域均有专利布局，发展均衡，而西门子公司的研发主要集中在F01D5/28、F01D25/00、F01D9/02、F01D5/30，对F02C和F23R两个技术领域涉及较少。联合工艺公司则更为关注F02C7/00和F02C/12。埃克森美孚上游公司更多关注F02C。

鉴于我国国内机构及个人航空燃机行业专利申请数较少，因此单独对选择我国专利权人绘制中国专利权人技术分布图，如图5所示。

对比观察图4和图5，首先是专利数量级的差异，先进企业在我国的专利布局以一个IPC分类号可以达到20项专利，而我国最多有3项专利。其次，是IPC分类号的差异，我国研发的重点也集中在F01D5/28和F01D5/18，这两个IPC小类代表的是航空燃机领域的核心技术，我国要走自主发展的道路既要加大这方面的研究力量，同时必须做好专利预警工作。国际公司的已有专利很可能已经布局了专利陷阱，我国在研发时要小心绕开这些陷阱。同时在F02C7/06上我国也已有一定的研究基础，而目前国际企业这一方面在我国的布局力量还较弱，有望在这一技术领域突出重围。比较图5与图4，我国航空燃机领域在很多方面还处于暂无技术成果的阶段，更遑论将其投入到生产实际，我国在航空燃机领域还有很长的路要走。

2.2 发明人分析

2.2.1 发明人排名

统计所有发明人的专利数，平均每位航空燃机的发明人都至少发明了3项专利（见图6）。专利数最多的发明人为R·A·亨廷顿，他为埃克森美孚上游公司工作，几乎作为专利的第一发明人。沃纳·斯塔姆（西门子公司）于2011年提交了12项专利申请，其中有8项专利与同公司的S·K·德哈努卡和I·A·斯洛巴蒂安斯克伊合作。张弛（北京航空航天大学）和林宇震合作自2012年起陆续申请了9项专利。R·S·班克（通用公司）在2011年申请了12项专利，同为通用公司职工的李经邦在2006、2007年申请了7项专利。K·D·明托（埃克森美孚上游研究公司）在2013、2015年申请了6项专利。松山龙佐（川崎重工业株式会社）于2013、2015年申请了6项专利。

2.2.2 本国发明人申请趋势

不难发现图6中我国航空燃机专利发明人专利数集中在4和3两个数量，需要对我国主要专利发明人的申请趋势进行绘图，得到图7。我国最早参与航空燃机研究的发明人是来自清华大学的姜培学，他在2007年就进行了2项专利的申请。自2011年起北京航空航天大学的张弛、林宇震、林培华逐渐开始有意识地进行专利申请，申请速度维持在年均2项。图7中另一个明显的时间节点就是2012年，自2012年起我国航空燃机领域正式开始步入稳定的研发阶段，不再出现2007年“昙花一现”似的“偶然”研究发现。

2.2.3 发明人技术分布

不仅要了解哪些发明人是主要发明人，还要进一步了解发明人擅长哪些领域，绘制发明人技术分布图（见图8），一般而言，同一技术领域的发明人越多，该领域的进入壁垒越小。图8中颜色分布最密集的IPC大组是F02C6和F02C7，一定程度上可证明我国从这两项技术入手比较容易能突破已有的技术壁垒。而在F02C7大组中专利数最多的是深圳福世达动力科技有限公司的向兵，说明我国已经有了一定的技术基础，其他机构可与向兵合作研发。

进一步对中国发明人的技术分布进行分析，得到中国发明人技术分布图（见图9）。相较于国际主要发明人技术领域分布广泛，我国发明人的技术分布更为集中，主要集中在F02C3、F23R3以及F02C7，且这3个IPC大组都有较多发明人参与，第一，可能是因为这些发明人之间形成了发明人小组;第二，则说明我国在这些技术方面取得了一定的突破，吸引人们参与研究;第三，是我国在航空燃机领域的技术分布不均，仍然受技术先进国家的制约。

比较中国专利权人技术分布（图1～图5）与中国发明人技术分布（图6～图9），有细微差异之处值得注意，中国专利权人在F01D小类表现优异，但却较少有中国发明人参与，说明在一些核心领域，中国所拥有的专利中國发明人没有或较少参与。专利权人的相对分散，而发明人则表现更为集中，我国航空燃机领域发明人可能存在相对稳定的研究团体，他们主攻航空燃机领域某一具体方向。

2.3 时间和IPC类别分析

2.3.1 申请趋势

为了解我国航空燃机产业专利申请趋势，绘制图10。现有有效专利最早可追溯到1988年，短暂发展了几年后自1997年专利申请逐年上升，并于2004年实现了大幅跨越，随后6年专利申请围绕年申请25项上下震荡，并于2011年再次实现小高峰该年申请了55项专利，2014年专利申请骤降到27项，但次年达到航空燃机领域专利申请最高峰，连续两年专利申请在64和65的水平，紧接着回落到31项每年的水平。整体而言，航空燃机专利申请已能维持在年申请量25项以上的水平，专利申请分布可能存在大小年的情况。利用专利申请时间差，虽然我国在航空燃机核心技术突破仍需一定时间，但能布局专利灌木丛，阻碍其他国家在我国专利申请的步伐，或可换取双方技术交易的谈判筹码，为我国技术研发留有时间。对于已经20年期满或因种种原因专利有效期提前结束的专利，这些专利的技术已经进入公有领域，我国在进行技术引进和置换时要小心不能购买“过期”专利。同时基于我国航空燃机产业落后世界先进水平20年，完全可以充分利用其进入共有领域的专利，进行研发改造和优化，这将是一条高性价比的道路。

2.3.2 公开趋势

了解了专利的申请趋势，再对专利的公开趋势进行一定的了解，根据专利公开情况，绘制图11公开趋势图。根据专利制度要求，所有发明创造在获得授权后，都应该及时向公众公开。相较于专利申请趋势的波动不断，专利公开趋势则相对稳定呈现逐年上升的趋势，这可能与专利批准的时滞有关，即发明专利自申请到获批有一定的时间差。我国航空燃机产业必须时刻紧盯竞争对手的专利公开信息，及时发现对方的研发方向，加快自身研发速度，找出对方新颖性的不足，使其专利无效，这些都是我国航空燃机产业发展的可行道路。

2.3.3 IPC分类排名

该文在进行专利检索时，已经将IPC分类号限制在了F02C、F01D、F23R三类，但IPC小组分布情况，需要更为详细的分析，根据检索专利的IPC分类号按专利数由高到低的顺序进行排列，选取出现F02C、F01D、F23R三类以外分类号之前的数据，绘制IPC分类雷达图（见图12）。可以观察出最热门的申请领域是F01D5/28、F02C7/00、F01D5/18等，而F02C9/28则是发明分水岭，在其之前的专利号申请专利较多，之后的专利则比较稳定，在20以下。

2.3.4 IPC分类申请趋势

在了解热门专利申请领域后，基于我国现实条件，有必要对IPC分类申请趋势进行了解，绘制图13。IPC分类趋势与前文分析基本一致，一开始只有少数企业在部分领域申请专利保护，随后各方均意识到专利申请的重要性，加大专利申请力度。该部分更关注的是已经进入公有领域的专利，即2000年前的专利（见图14）。针对我国目前技术基础还不牢固，研发力量相对薄弱，当技术涉及F01D5/28、F02C7/00、F02C9/00、F01D9/02、F02C7/22、F02C9/28、F02C6/18时可以考虑参考借鉴这些专利。

3  我国航空燃机产业现状

3.1 国家高度重视

我国航空燃机产业发展始于20世纪50年代末，早在1956年清华大学就建立了燃气轮机专业，根据前文对我国航空燃机专利申请人的分析，申请数靠前的机构主要为高校和研究院所，这与我国较早注重相关基础研究密不可分。国家高度重视航空燃机产业，将航空发动机和燃气轮机技术发展列为国家重大科技专项，将我国燃气轮机市场发展思路和对策纳入长期发展规划中。航空燃机产业迎来了重要的发展契机，国内的相关研发和制造机构应充分把握时机，早日实现技术的腾飞。

3.2 技术进展缓慢

（1）核心技术引进之路不好走。先进的航空燃机生产牢牢掌握在通用电气公司、罗罗公司、西门子公司等手中，我国虽已与这些拥有先进技术的企业合作多年，生产多台航空燃机，但被其垄断的关键技术，这些公司决不会轻易转让。他们的目的即在于控制、争夺中国市场，企图依靠与他们合作共同培植我国自己的航空燃机产业，难度颇高。

（2）自主研发效果不佳。我国虽已投入不少人力、物力，但研发航空燃机的主力为高校和科研院所，研究成果取得了某些方面的突破，攻克了一些技术难关，但距离实际应用仍存在一定差距。航空燃机的研发与生产尚未形成谱系化，没有满足市场需求，难有进一步的发展。

3.3 专利战略局面未打开

梳理上一部分对我国航空燃机产业专利分析的结果，我国整体产业专利布局有如下几点特征：第一，专利前瞻考虑不足，为图专利尽快生效，很多企业选择了保护力度不强的实用新型专利，而忽略了将专利进行整体布局以形成专利保护网络;第二，专利保护意识不强，专利申请相较于其他国家技术先进企业落后，专利维护相对消极;第三，专利战略布局未形成，专利作为攻守俱佳的工具，我国目前主要利用的还是专利对技术的保护功效，在國外先进技术公司不断利用累积的专利形成专利壁垒，占领我国市场时，有必要从全盘考虑如何进行专利布局，有效抵挡专利进攻。

4  对我国航空燃机产业的发展启示

据《Turbomachinery International》期刊介绍航空燃机技术正越来越多地与重型结构燃气轮机结合。重视航空燃机发展符合客观发展规律，符合社会生产力发展需要，在这一技术高端又被高度垄断的产业，中国航空燃机研发机构和生产机构都要面对不小的阻力。该文从我国航空燃机产业有效专利的统计分析入手，认为我国可从如下几方面入手以发展航空燃机产业。

第一，以市场为导向进行研发。我国排在前位的专利权人大多为北京航空航天大学、清华大学这一类科研院所，它们进行研究的出发点往往与市场实际需求脱节，不能有效转化为生产力。但同时它们长期研究积累下的宝贵经验只要稍加引导，就能使我国的航空燃机研发朝着谱系化的方向发展，研发更为系统与高效，避免重复研究造成浪费。我国航空燃机专利虽已全面开花，但除通用电气公司仍各有侧重，选择先进企业相对关注较少的领域入手，未尝不能以小博大，减轻研究压力。

第二，做好知识产权博弈准备。前有罗罗公司、通用电气公司、普惠公司等航空燃机先进企业间纠葛难分的专利诉讼案件，最后能达成和解无疑也与各公司提前做好了知识产权博弈准备有关。我国要在重重壁垒的航空燃机产业突破重围，既需攻下技术之城，又需提防专利陷阱。应对复杂的专利形势，我国首先要充分认识到专利布局的重要性;其次采取专利灌丛等策略拦截先进技术企业对我国市场控制的步伐;同时要做好长期的技术情报收集工作，确保引进的每项技术都是真正有价值的，充分利用进入共有领域的技术进行改善和优化;最后总结吸纳大公司间知识产权博弈经验，既要善于利用它们互相攻击的成果，“鹬蚌相争渔翁得利”，也要就其博弈过程进行梳理总结经验，为以后的交易与谈判累积经验。

第三，加强人才合作与引进。北京航空航天大学的张弛与林宇震、林培华多年来合作申请了9项专利，积累了技术经验与专利申请经验，围绕他们3人北京航空航天大学可逐步形成航空燃机的研发团队，提高研发效率。这种模式在西门子公司已有成功经验，沃纳·斯塔姆就与S·K·德哈努卡和I·A·斯洛巴蒂安斯克伊合作了8项专利。科学无国界，科学家却有国籍，通用公司的李经邦曾在2006、2007年申请了7项专利，其业务水平值得认可，我国在引进人才时，不仅要着眼于高校与科研院所，企业中也是人才济济，可尝试与李经邦这类华裔研究人员沟通，聘请其为技术顾问，指导我国技术研发。现今，中美关系处于波动阶段，我国在进行人才合作与引进中，除关注美国的先进企业，还要放眼世界各地，不拘于地区，凡是好技术、愿意合作的人才都可以引进。

参考文献

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