数据解析 从2020年新增专利角度看发动机技术和产业高质量发展趋势

  专利是航空发动机制造商保持其技术先进性的法律手段之一，通过检索在2020年公开的专利数据，可以得知全世界内航空发动机领域当前的研发技术重点和产业高质量发展趋势。

  美国通用电气公司（GE）、英国罗罗公司、联合技术公司（UTC）以及法国赛峰、德国MTU是目前最需要我们来关注的全球前五大航空发动机制造商，其中的罗罗、GE、UTC这三大公司除了进行整机设计、制造、维护，还提供零部件、设备、客户训练与技术上的支持以及发动机租赁等业务与服务，实现了最为完整的同域延伸。

  2020年新冠疫情天灾降临，使得全球航空公司空前难过，而航空发动机制造企业也随之陷入困境，未能幸免，各大公司正在采取多种削减成本的措施，包括冻结招聘、解雇职员和暂停非计划研发支出。例如，据日本三菱重工2020年底披露的代工业务数据，遄达发动机燃烧室及附件全年产量下降约40%，以宽体机和公务机发动机为主营业务的罗罗公司受疫情的影响可见一斑。不仅如此，美国政府为挽救其全球地位，不断加码其关税和实体清单政策，贸易脱钩必然伴随技术脱钩，航空发动机产业也是全球产业链行业，这一些因素削弱了美国为主体的UTC和GE公司在中国的发动机供应链业务，也对全球专利公开造成了消极影响。

  在专利统计方面，除MTU公司主营业务更加集中外，其他公司均将与航空发动机无关的专利数量从总数中剔除，如从GE公司总的专利数量中剔除了GE医疗、GE风电等，罗罗剔除了罗罗能源，赛峰集团的专利包括了赛峰飞机发动机公司，同时剔除了赛峰直升机发动机、起落架、飞机系统、短舱、防务等专利，UTC的专利则涵盖了普惠公司，同时剔除了其他与发动机无关的业务。

  2020年五大发动机公司共申请有关航空发动机的专利共8532件，经过同族合并后，共有5465项（专利保护具有地域性，即一项发明创造可以在若干国家申请专利，于是一项发明就有了若干件专利，这些专利之间互称为同族专利，这些专利被公开若干次，由于公布的时间差异，导致这些布局在不同国家的专利并不是同时公布）。相比2019年公开的数据，均出现较大的下滑。

  地域分析分析能够准确的看出发动机公司对不同市场的重视程度，五大发动机公司专利申请地域分布如图1所示，对应数据见表1，从中能够准确的看出，美国是主要布局国家，达到3600余件，可见美国是发动机公司布局主要目的地，当然在五大发动机公司中，有通用电气和联合技术公司这样的两大巨头，在美国专利申请量最多也并不奇怪，除美国外，欧洲专利局（EP）、中国、法国、世界知识产权组织（WO）、加拿大、日本、德国等都是专利布局的重要地区，对于欧洲专利局、法国、德国、英国等来说，因为有相应的发动机公司，所以有较大申请量并不奇怪，但是在中国的专利布局652件，显示出五大发动机公司对于中国发动机市场的重视。

  图2 五大发动机公司2020年专利申请数量示意图，包含去同族（内圈）和未去同族数据（外圈）。

  从中能够准确的看出创新数量最多的为UTC，有2421项创新，在创新的保护布局上也最多，为3662件，其比值为1.51，平均1项创新会在1.51个国家进行专利布局保护。创新数量排在UTC后面依次是GE、罗罗、赛峰和MTU，其创新数量分别是1125项、1038项、702项和167项。从专利布局保护角度看，赛峰在海外进行专利申请布局最为积极（即未去同族数据/去同族数据的比值最高），其次是罗罗、GE、MTU，最后是UTC。五大公司总体同族专利申请比例均明显高于2019年。

  由于专利申请具有审查环节，从申请到公开需要一段时间，所以造成了申请日距公开日存在时间差，正常的情况下，这个时间差为几个月到三年左右，但是由于审查速度或由于诉讼等多方面影响，造成从申请日到公开日（一件申请从申请到授权一般要经过2次甚至更多次的公开）长达数年甚至数十年。就2020年五大发动机公司公开的专利而言，绝大部分是2015年之后申请的专利，占比84.7%，这一数据较2019年有所提高。

  在五大发动机公司的8000余项发明创新中，绝大多数是2015年以后申请的，所以从这些申请中能够准确的看出五大公司的近几年的研发重点，以及这几个公司之间差异和侧重点。

  五大发动机公司专利申请涉及主要技术领域中，非变容式机器或发动机（F01D）一直是五大发动机公司最关注最专注的技术领域，其公开量占总公开量的42%，是发动机公司尤其是GE、UTC和罗罗等公司争抢的高地，反应出在发动机领域的核心地位。除F01D之外，在F02C（燃气轮机装置；喷气推进装置的空气进气道）、F02K（喷气推进装置）、F04D（非变容式泵，如发动机燃料喷射泵）等技术领域也有大量的专利申请，另外，与发动机紧密关联的部件也是发动机公司经营涉及的技术领域，如航空发动机、飞机短舱方面专利（B64C）。不同公司在不同技术领域的侧重点是不同的，如在F23R（含有燃料喷射装置的燃烧室等），GE和UTC专利公开量远超过其他公司，说明在多用途发动机，燃气发动机总体结构领域通用电气公司和联合技术公司在全球占据拥有绝对技术优势和市场份额。

  联合技术公司除B64D（用于与飞机配合或动力装置或推进传动装置）领域以外，各分类号领域专利公开量均位于五大公司之首，作为F-35和F-22战斗机的发动机供应商，也是最大的军用发动机供应商，UTC在民用领域市场占有率相比来说较低，这可能是其受疫情影响较小，专利公开量升至最多的根本原因，相比之下GE和赛峰公司则稍显逊色；但在B64D领域，赛峰公司要比其他几家公司的专利更多，且赛峰公司专利所涉各技术领域范围最广、专利数量差距最小，这与赛峰公司地位吻合，作为全球第四大航空发动机制造商，其在主营业务上与三大巨头的规模差距明显，市场占比低，但经营事物的规模极广，发动机产品覆盖全球各类军用运输机、战斗机、直升机、教练机的动力装置；含涡扇、涡轴、航空部件，板块各自独立且彼此均衡。

  在几大发动机公司都投入大量研发力量的F01D（非变容式机器或发动机）领域，其研发重点是F01D05叶片，叶片或发动机元件部件的加热、隔热、冷却或防止振动装置；以及F01D25不包含在其他各组或与其无关的部件、零件或附件（如发动机的冷却、润滑、叶片振动等装置）；其他分类占比不足50%，包括F01D09定子（非流体导向的外壳，调节、控制或安全方面），F01D11防止或减少工作流体的内部泄漏。

  五大发动机公司的所属地很清楚，但是其在海外的投资合作伙伴关系等一系列复杂的原因，导致其在专利申请布局时，最早的申请可能不是在其原所在国进行的，或者由于专利审查制度、授权权威性等原因，想要基于某个国家的申请作为优先权，然而再进入其他几个国家，从而获得更好的保护，从技术来源国分布能够准确的看出发动机公司在专利布局的一些特点。

  美国是五大发动机公司布局最重要考虑地点；法国是赛峰集团所属国，英国是罗罗所属国，和2019年度数据对比，法国作为优先权国家的专利数量出现一下子就下降，英国的专利数量则有所提升，这主要是由于罗罗公司专利量的提升。这可能意味着欧洲航空发动机产业和市场在向英国地区集中。比利时、中国等国家作为优先权国家的比例则仍然较低。这项分析意味着对我国航空发动机而言，若需要进入国际市场进行国际布局，首选应当是美国、欧洲等重要地域。

  专利异议是指在专利审查过程中，申请人之外的第三人对该件申请有不同意见，案外人会有异议，还在于该申请经过审查授权后会对案外人研发技术、产品造成不好影响，甚至会产生侵权风险等。知识产权制度健全的国家/地区组织都有此程序。

  在2020年公开的专利中，共有3373件专利经过转让，有20件专利申请提出过异议程序，这些专利的申请人主要是赛峰、UTC、GE和罗罗，其异议人也基本上还是这一些企业，赛峰和UTC之间的异议较多，20件专利申请中，有9件专利是赛峰对UTC提出的异议，说明赛峰和UTC在这些技术领域走得很近，涉及冷却腔、燃烧室导流板等组件、齿轮传动发动机支撑组件设计，发动机组件一向是赛峰的基本的产品利润来源，UTC大批量的新型组件专利技术很有可能会对赛峰后续的市场空间产生不利影响，被提出异议最多也不足为奇。而赛峰被UTC异议专利仅2件，均为涡轮发动机总体结构设计，赛峰并不以总体设计和产品见长，市场占有率也极低，可见其意在阻击UTC专利布局的意图明显。西门子能源向通用电气和 MTU 分别有1件异议，涉及发动机维修工艺和涡轮风扇的制造方法，这说明西门子除了立足燃气轮机技术以外可能正在积极寻求在航空发动机领域的技术市场空间，这与全球燃机市场近几年的产能过剩有关。

  其中，专利EP3101258B1（用于燃气涡轮发动机的齿轮传动结构和相应的方法）是普惠公司齿轮传动发动机（GTF）技术的重要核心专利，其保护的是一种行星齿轮系统，该专利所述结构很可能是PW1000G后续改进型的发动机传动设计，赛峰公司对此件专利提出异议也是基于该专利引证了赛峰公司在前的有关技术专利，但其具体改进/应用领域不相同，该专利仍然因其申请人首先在业内推出了成熟GTF产品PW1000型发动机而不会使其后续专利的权利要求受一定的影响。属于相似情形的还有专利EP3045684B1（用于齿轮传动结构燃气涡轮发动机的柔性支撑结构）等。

  2020年五大发动机公司在中国共计公开专利652件，超过法国越居全球第三位，仅次于美国和欧洲，可见五大发动机公司对于中国市场的重视，图3示出在中国专利申请主体分布。

  五大发动机公司在中国申请专利数量差距较大，GE、罗罗和赛峰在华专利公开较多，其中罗罗公司专利量增幅明显。MTU公司则明显偏少，仅有4件，且其中3件为其与国内航空公司合资的珠海保税区摩天宇航空发动机维修有限公司申请，技术领域为航空发动机维修，和其他几大航空发动机公司差距明显。总体分析可见，虽受新冠疫情影响导致2020年专利公开量总体下滑，但五大公司在国内专利量也大大超过我国航空发动机企业的海外布局。

  与全球范围的技术分布相似，五大发动机公司在我国专利布局的技术分布也大多分布在在F01D（非变容式机器或发动机，如汽轮机）、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）等技术领域，占比超过50%，其他占比较高的还有F04D、F02K、F23R等小类。对比全球专利技术领域分布，F01D国内专利占比相对偏低，F02C占比偏高，其他技术分类领域则占比接近，国内专利G01M（机器或结构部件的静或动平衡的测试）分类占比多于全球专利。

  从专利公开态势分析得出结论，除美国外，欧洲专利局（EP）、中国、法国、世界知识产权组织（WO）、加拿大、日本、德国等都是航空发动机专利布局的重要地区，中国作为世界第二大民用航空运输市场的地位进一步凸显。五大发动机公司中专利量最多的为UTC，而在海外进行专利申请布局最为积极的为赛峰公司。

  非变容式机器或发动机（F01D）是本年度五大发动机公司最关注的技术领域，是发动机公司尤其是GE、UTC和罗罗等公司专利布局核心领域。相比2019年，UTC跃居全球申请量第一位，其作为美军目前最重要的军用发动机供应商，在民用领域市场占有率相比来说较低，受疫情影响较小是根本原因。公开专利优先权要求国仍然以美国和欧洲为主，以英国为优先权要求国的专利数量相比2019年有所提升。欧洲航空发动机产业和市场在向英国地区集中。

  专利异议和诉讼方面，联合技术公司大量新型组件专利很有可能会对赛峰公司后续的市场空间产生不利影响，而赛峰公司对UTC的GTF系列发动机总体专利的异议则价值寥寥。西门子能源正积极通过专利手段涉足航空发动机领域。

  由于新冠疫情影响，世界民机产业受到巨大打击，中国是有望最早走出疫情影响的国家，也是2020年世界最主要增长经济体，由于在我国政府在防疫方面持续努力，能预见2021年各行业将相继进入全面复工复产，民航客运业务也在用最快的速度恢复，国内货物运输在疫情期间随电商业务得到大幅度增长，因此我国很可能是全球航空业最先复苏的国家，长期看我国对于航空发动机有着强劲的需求，世界航空发动机巨头在全世界疫情加重，业务持续亏损的情况下，势必会谋求对我国航空发动机市场更多的占领，航空发动机巨头之间爆发包括以专利侵权在内的竞争活动的可能性加大，因此我国航空发动机产业应做到以下几点：

  专利是企业组织竞争情报的重要信息源之一，对航空发动机领域更是如此。部分国外公开专利未在华提交国际申请，有些还已错过国际申请的时限，对于这类专利，如果不考虑技术出口，则有很好的技术借鉴价值。定期做好专利跟踪研究，区分借鉴专利、风险专利，可及时跟踪到五大公司在发动机领域的技术创新发展方向。

  2020年五大发动机公司在中国共计公开专利652件，相对于2019年，已超过法国越居全球第三位。中国市场作为全球第二大规模的航空市场，在疫情影响仍将长期持续的情况下，会慢慢的引起五大航空发动机公司的重视，国内发动机企业应充分调研国外在华专利所属技术领域，保护的技术方案，有明确的目的性进行规避。从赛峰和UTC相互异议专利案件能够准确的看出，一旦我国企业在上述某一技术分支的专利申请滞后或不注重跳出已有专利布局，非常容易造成国外发动机公司有明确的目的性的法律对抗，会面临巨大的经济和法律风险。

  建议我国在五大公司在华布局较少的新型压气机多级结构、转子叶片技术等方面加快研发进度，进行专利布局，通过引进、消化、吸收、再创新，开发出一批围绕原核心专利的应用技术专利、组合专利、外围专利；在压气机技术领域（即涡轮叶片冷却、润滑、振动装置）适时调整技术路线，全面加强与欧洲公司的产业合作，以在欧美产业竞争和外交裂缝中寻找机会。贸易摩擦和新冠疫情在某些特定的程度上破坏了全球供应链，在供应链修复的过程中，也能为我国商用发动机企业填补技术短板赢得一些时间。

  中国各地公安机关已于上个世纪90年代初开始装备警用直升机。1993年，我国第一支警务航空队—武汉市公安局警务航空队成立。截至到2019年底，全国已有24个省、自治区、直辖市、公安机关建立了40支航空警务队，配备警用直升机约67架，警航飞行员100多名。详见

  2019年，农业共计完成飞行小时5.23万小时，飞行架次13.3万架次。包括人工降水、航空喷洒（撒）、气象探测、渔业飞行、使用具有特殊适航证的航空喷洒（撒）等。全年共计102家公司参与农业通航服务，平均飞行时间512.75小时。

  空中游览作业全年共计完成2.16万小时，飞行10.33万架次，搭载乘客22.86万人次。全国共有148家公司参与运营，平均飞行小时145.86小时。生产效率方面，平均每小时空中游览载客量平均值为10.6人，每个起降架次的载客量平均值为2.21人次。

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