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1、證券研究報告 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明 Table_Header行業深度報告國防軍工行業深度報告國防軍工 20232023 年年 1212 月月 3131 日日 Table_Title鍛飛機之心,鑄制造鍛飛機之心,鑄制造強國強國 航空發動機航空發動機系列專題系列專題報告報告之一之一 核心觀點:核心觀點:Table_Summary 為何必須重視航空發動機產業布局?為何必須重視航空發動機產業布局?1 1)高戰略價值:)高戰略價值:核心技術和市場牢牢掌握在美英等國家的寡頭企業手中,并對我國軍用航空發動機實施禁運,我國實現技術突破和自我迭代迫在眉睫;2 2)高經濟性:)高經
2、濟性:航空發動機價值量約占飛機總價值的 20-30%,其單位重量創造的相對價值是船舶的 1400 倍。一款成熟發動機型號產品通常能夠延續 30 至 50 年,經濟性非常高;3 3)高難度)高難度&重積累重積累:航空發動機研制周期長達數十年,比如 F35 戰機用 F135 發動機研制周期達 22 年,需要投入大量資金,持續不斷的實施先進技術預先研究和驗證計劃。美國航空發動機研究和發展經費占 GDP 的比重分別達 0.08%、0.06%。如何看我國航發市場空間?如何看我國航發市場空間?1 1)軍)軍用有人機用有人機:未來 10 年,我國軍機發動機需求總量約為 2.78 萬臺,萬億市場可期,其中新增
3、軍機需求總量約 11781 臺,國產替代發動機需求約 3390 臺,維修與換發帶動的發動機需求約 12606 臺。2 2)軍用無人機:軍用無人機:到 2025 年,我國軍用中大型無人機發動機市場規模約 30 至45 億元。3 3)商用:商用:預計未來 20 年我國共需要 9284 架飛機,中國商飛將新增5162 臺商用發動機需求,市場空間近 3000 億,國內發動機產業有望顯著受益。發動機價值鏈如何評估?發動機價值鏈如何評估?航空發動機價值鏈由研發設計(價值占比 10%)、整機制造(占比 40%)和維修運營(占比 50%)三部分組成,其中制造階段的原材料費用(占比 20%)、運營維護階段中零備
4、件航材費用(占比 25.5%)在航空發動機全生命周期成本中占比較高。鈦合金、高溫合金制品供應商以及控制系統供應商有望持續受益。投資建議投資建議:航空發動機賽道“長坡厚雪”,正步入產業發展“紅利初期”。航空發動機賽道“長坡厚雪”,正步入產業發展“紅利初期”。我國航空發動機產業起步較晚,發展基礎較為薄弱。隨著 2015 年“兩機”重大專項的啟動,我國航空發動機產業正式步入發展紅利期。2021 年以來,隨著備戰需求大幅提升,國內軍用航空發動機規模放量,發動機制造端進入蓬勃發展期。未來,隨著量產型號批量進入進廠翻修期,發動機維修運營業務將迎來井噴,發動機產業鏈有望持續受益。上游材料端,上游材料端,高溫
5、合金用量占發動機總重量的 40%60%以上,疊加國產化率提升預期,建議關注撫順特鋼(600399.SH)、西部超導(688122.SH)等。高端鈦合金用量占發動機總重量的 25-40%,建議關注寶鈦股份(600456)、西部超導(688122)、西部材料(002149)等。發動機隱身材料領域建議關注華秦科技(688281.SH)等。中游制造端,中游制造端,建議關注中游鍛件供應商中航重機(600765.SH)、航宇科技(688239.SH)、派克新材(605123.SH)以及中游鑄件供應商航材股份(688563.SH)、鋼研高納(300034.SZ)、圖南股份(300855.SZ)等;重點關注航
6、空發動機控制系統供應商航發控制(000738.SZ)。下游整機制造與運維端,下游整機制造與運維端,總裝環節進入壁壘極高,國內外皆成寡頭壟斷態勢,后市場規模更加可觀,建議重點關注航發動力(600893.SH)。風險提示風險提示:裝備需求不達預期的風險;企業擴產不及預期的風險;產品價格大幅波動的風險。Table_IndustryName國防軍工國防軍工 Table_InvestRank推薦推薦 (維持維持)分析師分析師 Table_Authors李良李良 :010-80927657:liliang_分析師登記編號:S0130515090001 胡浩淼胡浩淼 :010-80927657:huhaom
7、iao_分析師登記編號:S0130521100001Table_IndustryDataTable_IndustryData相對滬深相對滬深 300300 表現圖表現圖 20232023-1212-2929 Table_Chart資料來源:中國銀河證券研究院 相關研究相關研究 Table_Research【銀河軍工李良】行業深度報告_2024 年度策略_見證轉折處,風云再起時_202312-20%-15%-10%-5%0%5%10%15%國防軍工滬深300 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。2 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeInd
8、ex 行業深度報告行業深度報告 目錄目錄 一、航空發動機:國之重器,皇冠明珠一、航空發動機:國之重器,皇冠明珠 .4 4(一)航空發動機在整機價值量中占比 20%至 30%,是衡量飛機性能的關鍵指標之一.4 1、壓氣機:多級靜子+轉子構成,葉片可達 2000 片.5 2、燃燒室:發動機心臟,結構分為擴壓器、外殼、內壁和旋流器.6 3、渦輪:航空發動機動力部件,渦輪葉片占整機葉片總體價值的 60%左右.7 4、其他結構.7(二)航空發動機分類:渦扇發動機已成為軍民用發動機主流.8(三)評價指標:軍民發動機性能評價指標有一定差別.10 1、軍用發動機評價指標和趨勢:追求推重比、單位推力、渦輪前燃氣
9、溫度和加力狀態耗油率.10 2、民用發動機評價指標和趨勢:安全性、成本可承受性是最優先的考慮因素.12 二、為何需重視航空發動機產業布局?二、為何需重視航空發動機產業布局?.1414(一)航空發動機:集高經濟性、高戰略價值、高難度、高急迫性于一身.14(二)世界競爭格局:寡頭占據全球軍民用航發主要市場.17 1、GE 航空:持續緊跟技術發展,拆分業務專注航空再出發.18 2、英國羅羅 Rolls-Royce:重組效果顯現,復蘇步伐加快.21 3、啟示:持續技術突破,專注專業化分工.22(三)中國航空發動機產業:與世界強國尚有差距,發展方興未艾.23 1、歷史沿革:國家積極布局+政策逐步加碼+自
10、研能力顯著提升.23 2、中國航空發動機產業現狀:軍品產業布局基本形成,民品布局較為薄弱.25 三、需求端:廣闊天地,大有作為三、需求端:廣闊天地,大有作為 .2727(一)軍用航空發動機:需求增長、維修換裝、國產替代三輪驅動.27 1、增量邏輯:戰機數目持續增長疊加國產化滲透率提升.27 2、存量替代邏輯:未來 10 年存量換發帶動的發動機總量約 12606 臺.29(二)無人機發動機:2025 年我國軍用無人機發動機市場規模約 30 至 45 億元.29 1、活塞發動機應用最廣泛,未來主流仍是渦扇發動機.29 2、更強調技術成熟性、適用性以及較高的可靠性,核心是低成本.30 3、軍用無人機
11、發展空間廣闊,2025 年我國軍用無人機發動機市場規模約 30 至 45 億元.30 hYbWoXnYwVdYgY9YyWnPmOoM7NdN8OpNmMnPmQeRnNoPfQpPnQ6MpPvMvPtRuNNZmRsO 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。3 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 (三)商用航空發動機:國產化率較低,藍海市場待掘金.31 1、商用航空發動機價值構成.31 2、商業航發藍海市場待掘金:預計未來 20 年商飛將新增 5162 臺商用發動機需求.32 3、我國航發市占率率較
12、低,中國商飛有望引領我國商用航發破局.33 四、四、航空發動機價值鏈與產業鏈分析航空發動機價值鏈與產業鏈分析 .3535(一)價值鏈分析.36 1、研發設計:占全生命周期 10%,其中型號研制費用占比 50%.36 2、制造成本:占全生命周期成本的 40%,其中原材料價值占比 40-60%.38 3、維護成本:占全生命周期 50%,其中零備件航材價值占比 51%.39(二)產業鏈分析.40 1、上游材料:冷端以鈦為主、熱端以鎳基合金、鈦合金和鋼為主.40 2、中游零部件制造:鍛件重量占發動機結構總重量的 55%65%,精密鑄造技術要求高.48 3、中游分系統:動力控制系統約占發動機整體價值的
13、10%-20%.52 4、下游整機制造&維修運營:整機壁壘最高,維修運營價值占全生命周期 50%.54 五、投資建議:航空發動機賽道“長坡厚雪”,正步入產業發展“紅利初期”五、投資建議:航空發動機賽道“長坡厚雪”,正步入產業發展“紅利初期”.5656 六、風險提示六、風險提示 .5757 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。4 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 一、航空發動機:國之重器,一、航空發動機:國之重器,皇冠明珠皇冠明珠 (一)航空發動機在整機價值量中占比 20%至 30%,是衡量飛機性能的
14、關鍵指標之一 航空發動機(aero-engine),是一種高度復雜和精密的熱力機械,作為飛機的心臟,被譽為“工業之花”。它直接影響飛機的性能、可靠性及經濟性,是一個國家科技、工業和國防實力的重要體現。目前,世界上能夠獨立研制高性能航空發動機的國家只有美國、俄羅斯、英國、法國、中國等少數國家,技術門檻非常高。因航空發動機的高技術門檻特征,其本身的價值量也較高。在飛機在飛機各分系統成本各分系統成本占比中,航空占比中,航空發動機約占整機成本的發動機約占整機成本的 2020%至至 30%30%,僅次于飛機機體結構,是飛機的重要組成部分。圖圖1 1:軍用飛軍用飛機機各分系統各分系統成本占比成本占比 圖圖
15、2 2:民用客機民用客機各分系統各分系統成本占比成本占比 資料來源:前瞻經濟學人,中國銀河證券研究院 資料來源:前瞻經濟學人,中國銀河證券研究院 航空發動機產生推力航空發動機產生推力基本基本分為四個階段。分為四個階段。噴氣式發動機和活塞式發動機都需要經過進氣、加壓、燃燒和排氣四個工作過程??諝馐紫冗M入的是發動機的進氣道,經過壓氣機加壓后進入燃燒室與燃料混合燃燒,燃燒室產生高溫高壓的能量氣體傳送給渦輪,渦輪做功經渦輪軸為發動機運行提供動力,從而推動飛機運行。航空發動機航空發動機結構比較復雜結構比較復雜,主要由進氣裝置、壓氣機、燃燒室、渦輪、排氣裝置五大部分組成,主要由進氣裝置、壓氣機、燃燒室、渦
16、輪、排氣裝置五大部分組成,其中壓氣機、燃燒室、渦輪是其三大核心部件其中壓氣機、燃燒室、渦輪是其三大核心部件,三者也被成為核心機的組成部分,三者也被成為核心機的組成部分。核心機囊括了推進系統中溫度最高、壓力最大、轉速最高的組件,發動機研制過程中 80%以上的技術問題都與核心機密切相關,是航空發動機研制難點較為集中的環節。圖圖3 3:航空發動機工作過程航空發動機工作過程和核心機構成情況簡圖和核心機構成情況簡圖 資料來源:航空發動機核心部件技術研究概況與展望,中國銀河證券研究院 冷端部件熱端部件進氣口壓氣機渦輪燃燒室進氣壓氣燃燒排氣工作四階段核心機構成 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免
17、責聲明。5 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 1 1、壓氣機、壓氣機:多級靜子:多級靜子+轉子構成,葉片可達轉子構成,葉片可達 20002000 片片 壓氣機作為航空發動機的核心部件之一,具有壓力大、轉速高的特點。壓氣機在發動機中的主要作用是利用渦扇輸入的機械功對氣體進行壓縮,將機械能轉化為氣體內能,讓氣流的壓力和溫度升高,從而滿足航空發動機的熱力循環要求。評價壓氣機性能的主要指標包括空氣流量、增壓比、效率、喘振裕度、外廓尺寸。圖圖4 4:航空發動機航空發動機壓氣機結構圖壓氣機結構圖 資料來源:第四代大推力軍用渦輪風
18、扇發動機發展,中國銀河證券研究院 壓氣機由多級組成,每級分為靜子和轉子。靜子在前,轉子在后,交錯排列。按照空氣流的方向,壓氣機可以分為軸流式、離心式和混合式三類。軸流式壓氣機級數(即一圈轉子葉片+一圈靜子葉片)一般較多,占用軸向空間較長,單級增壓比低,但總增壓比較高,是現代民用客機和軍用戰斗機廣泛采用的壓氣機結構。靜子(工作輪):葉片、盤、軸 轉子(導向器):葉片、機匣 圖圖5 5:航空發動機壓氣機葉片示意圖航空發動機壓氣機葉片示意圖 資料來源:電力專家聯盟,中國銀河證券研究院 壓氣機葉片:壓氣機葉片:空氣從進氣道進入發動機后流入壓氣機部分進行減速增壓。壓氣機中的葉片根據不同功能可分為旋轉葉片
19、(動葉)和固定葉片(靜葉)。旋轉葉片旋轉并將空氣向后推,固定葉片減少空氣旋轉的動量,為空氣施加壓力,該過程重復多次實現空氣的減速增壓。壓氣機葉片級數較多,每臺發動機壓氣機葉片數量一般在 2000 片左右。不同發動機型號設計的葉片級數均存在差異。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。6 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 壓氣機輪盤:壓氣機輪盤:壓氣機盤是航空發動機的轉子部件,用于安裝葉片以傳遞功率,承受高溫、高壓、高轉速環境下的復雜載荷。根據用途,壓氣機盤可以分為風扇盤、低壓壓氣機盤和高壓壓氣機盤三種。
20、隨著技術的不斷發展,發動機轉子葉片和輪盤一體的“整體葉盤”被高推重比發動機廣為使用。整體葉盤是將盤片一體化設計的復雜轉動件,可使發動機重量減輕 20-30%、效率提高 5-10%、零件數量減少 50%以上。壓氣機機匣:壓氣機機匣:目前,航空發動機廣泛采用雙轉子軸流壓氣機,包含低壓和高壓兩部分轉子。由于低壓和高壓兩部分壓氣機工作溫度存在差異(低壓 200-300,高壓 300-500),不同壓氣機機匣使用的材料也有所不同。低壓機匣一般采用鈦合金制造,高壓機匣一般采用合金鋼制造。在機匣結構上,壓氣機機匣可分為分半式機匣和整環式機匣。分半式機匣結構簡單易于安裝,但機匣沿周向分布不均勻,容易影響壓氣機
21、效率。整環式機匣剛性分布均勻,但不容易裝配,維修性差。2 2、燃燒室燃燒室:發動機心臟,結構:發動機心臟,結構分為擴壓器、外殼、內壁和旋流器分為擴壓器、外殼、內壁和旋流器 燃燒室是發動機的心臟,主要功能是燃燒化石燃料形成高溫高壓的氣體(化學能轉化為熱能),從燃燒室排出進入渦輪并帶動渦輪轉動(熱能轉化為機械能),進而帶動發動機轉動。燃燒室結構部件可分為擴壓器(進氣裝置)、外殼、內壁和旋流器。燃 燒 室 研 制 過 程 具 有 難 度 大、周 期 長、花 費 高 等 特 點,其 燃 燒 釋 放 的 燃 氣 溫 度 大 約 是1800-2000,不適宜直接進入渦輪導向器。因此,總空氣流量中約 60%
22、未用于燃燒的空氣將被逐漸引入燃燒室,其中大約 1/3 的空氣用于降低燃氣溫度,2/3 的空氣用來冷卻火焰筒的壁面。圖圖6 6:典型主典型主燃燒室示意圖燃燒室示意圖 圖圖7 7:加力燃燒室示意加力燃燒室示意圖圖 資料來源:航空動力,中國銀河證券研究院 資料來源:航空動力,中國銀河證券研究院 燃燒室擴壓器:燃燒室擴壓器:空氣經過壓氣機壓縮后,首先經過擴壓器,利用擴壓器的喇叭形,在空氣流動方向上增大橫截面積,從而降低空氣流速(通常從超音速降低為亞音速),將高速空氣減慢到適合燃燒室的最佳速度。燃燒室外殼:燃燒室外殼:空氣流經擴壓器后會分成兩部分,一部分空氣流入燃燒室主體與燃料充分混合后參與燃燒,另一部
23、分空氣進入外殼與燃燒室內壁的空腔以用于冷卻。燃燒室內壁:燃燒室內壁:燃燒室內壁用于分離燃燒區域和空腔內空氣,其上分布有大小不同的孔洞,使內壁和外殼之間的部分空氣可以流入燃燒區域。由于燃燒室內壁需要接觸高溫燃燒氣體,通常采用高溫合金材料與冷卻技術相結合的方式進行保證內壁正常循環使用。燃燒室旋流器:燃燒室旋流器:用于使空氣產生旋流,一方面產生湍流,促進燃料和空氣的混合,有助于燃料充分燃燒;另一方面在燃燒室中形成低壓低速區域,以維持燃燒室的穩定燃燒。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。7 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度
24、報告行業深度報告 3 3、渦輪渦輪:航空發動機動力部件,:航空發動機動力部件,渦輪葉片占渦輪葉片占整機整機葉片總體價值的葉片總體價值的 60%60%左右左右 燃氣渦輪是航空發動機的動力部件,在高溫燃氣的沖擊下產生旋轉,推動渦輪葉片帶動渦輪盤旋轉,從而經軸帶動壓氣機工作,實現熱力循環。渦輪部件作為發動機中承受的熱負荷、氣動負荷和機械負荷最大的組件,工作條件極其惡劣,面臨高溫、高壓和高速等苛刻要求。圖圖8 8:CFM56CFM56 的的高壓渦輪高壓渦輪 資料來源:航空之家,中國銀河證券研究院 渦輪由不動的靜子(導向器)與轉動的轉子所組成。靜子包括渦輪導向葉片、外環和內環等部件,轉子包括工作葉片、輪
25、盤和軸等部件。一個導向器和一個渦輪轉子組合成一個渦輪級,渦輪由一個或幾個渦輪級組成,稱為單級渦輪或多級渦輪。渦輪葉片:渦輪葉片:渦輪葉片是目前“兩機”所有零部件中制造工序最多、周期最長、合格率最低的零部件之一。在航空發動機的葉片(風扇葉片、渦輪葉片和壓氣機葉片)中,渦輪葉片渦輪葉片占葉片總體價值的占葉片總體價值的 6 60%0%左右左右。渦輪葉片可以分為渦輪導向葉片和渦輪工作葉片兩類。渦輪葉片可以分為渦輪導向葉片和渦輪工作葉片兩類。渦輪導向葉片主要用于調整燃燒室排出的燃氣流向,材料工作溫度最高可以達到 1,100以上。渦輪工作葉片雖然所承受的溫度低于相應渦輪導向葉片 50-100,但在高速轉動
26、時,由于受到氣動力和離心力的作用,葉身部分所受應力達 140MPa,葉根部分達 280-560MPa。渦輪葉片一般采用高溫合金或鈦鋁合金渦輪葉片一般采用高溫合金或鈦鋁合金,通過精密鑄造加工而成。隨著發動機性能的提升,高壓渦輪葉片已逐步發展到定向結晶和單晶材料葉片。渦輪盤渦輪盤:渦輪盤是航空發動機上用于安裝和固定渦輪葉片以傳遞功率的零部件,由輪緣、輔板、均壓孔、中心孔組成,在高溫、高轉速等復雜環境下運作。為滿足強度、壽命及可靠性的需要,渦輪盤材料既要追求高拉伸屈服強度,又要具備良好的蠕變抗力,同時還要充分考慮斷裂韌度和疲勞裂紋的擴展速率,因此渦輪渦輪盤盤一般采用高溫合金一般采用高溫合金材料鍛造成
27、型材料鍛造成型。4 4、其他結構、其他結構 進氣道:進氣道:航空發動機進氣道的主要作用是將自由流空氣吸入發動機中,并且對其進行“減速增壓”操作。噴口:噴口:噴口主要作用是使發動機產生的燃氣繼續膨脹,將燃氣的可用功轉變為動能,并高速排出產生反作用力。此外,噴口喉道面積的調節可以改變燃氣在渦輪和噴管中的膨脹比分配,即改變壓氣機和渦輪的共同工作點,實現對發動機工作狀態的控制。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。8 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 (二)航空發動機分類:渦扇發動機已成為軍民用發動機主流 按
28、照產生推力的作用機理,航空發動機可分為活塞式發動機和噴氣式發動機兩類。按照產生推力的作用機理,航空發動機可分為活塞式發動機和噴氣式發動機兩類?;钊桨l動機通過活塞承載燃氣壓力,在氣缸中進行反復運動,并根據連桿將運動轉變為曲軸的旋轉活動,從而產生動力,與汽車用的活塞式發動機原理基本相同。由于飛行速度和工作原理限制等原因,活塞式發動機正逐步被噴氣式發動機取代。噴氣式發動機依靠燃料燃燒時產生的氣體向后高速噴射,通過反作用力推進飛機向前飛行,可分為火箭式發動機和空氣噴氣式發動機??諝鈬姎馐桨l動機按照是否有壓氣機可分為沖壓式發動機、脈沖式發動機和燃氣渦輪發動機。圖圖9 9:航空發動機分類航空發動機分類
29、資料來源:對我國軍用航空發動機發展的思考,航空發動機飛機的心臟,中國銀河證券研究院 各類發動機由于工作方式不同,都有自己最適合的飛行范圍。各類發動機由于工作方式不同,都有自己最適合的飛行范圍。圖 10 表示各類發動機的比沖隨飛行速度的變化,其中比沖表示推力與單位時間消耗的推進劑之比,反映推進劑利用的有效性。圖中分別給出各類發動機采用碳氫燃料和氫燃料的比沖變化,由于氫的熱值遠高于碳氫燃料,所以其比沖也更高?;鸺l動機比燃氣渦輪發動機在低速段的比沖低幾個數量級,因此必需攜帶大量推進劑,使起飛重量增加。燃氣渦輪發動機具有優異的低速性能,但不適于高速(Ma34)工作。其最大飛行速度約為 2.5Ma,飛
30、行高度 025 km。航空發動機活塞式發動機空氣噴氣式發動機液冷式氣冷式星形V形X形對列式直列式沖壓式發動機脈動式發動機亞聲速、超聲速導彈、空天飛機(發展階段)航空模型飛機、低速靶機渦輪噴氣發動機渦輪風扇發動機渦輪螺旋槳發動機渦輪軸發動機槳扇發動機戰斗機、中高空無人機、靶機、彈道導彈戰斗機、高空長航時無人機、巡航導彈、運輸機、大型客機中小運輸機、通用飛機直升機軍用運輸機噴氣式發動機火箭式發動機固體火箭發動機液體火箭發動機彈道導彈、火箭火箭(燃氣渦輪發動機)氣缸排列方式冷卻方式無壓氣機有壓氣機適用機型/裝備 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。9 Table_ReportTyp
31、eIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 圖圖1010:各類發動機的比沖隨飛行速度(各類發動機的比沖隨飛行速度(MaMa)的變化)的變化 資料來源:航空發動機科學技術的發展與創新,中國銀河證券研究院 燃氣渦輪發動機可再細分為渦輪噴氣(渦噴)發動機、渦輪風扇(渦扇)發動機、渦輪螺旋槳燃氣渦輪發動機可再細分為渦輪噴氣(渦噴)發動機、渦輪風扇(渦扇)發動機、渦輪螺旋槳(渦槳)發動機和渦輪軸(渦槳)發動機和渦輪軸(渦軸)(渦軸)發動機。發動機。渦噴發動機渦噴發動機將燃燒后的高速氣體直接噴出,由于噴出氣體的速度很快,能量未能完全利用,熱效率較低。渦扇發動機渦扇發動
32、機改善了氣體的排出方式,通過內涵道推動風扇轉動,再由風扇轉動的氣體流經外涵道來推動飛機。渦渦軸發動機軸發動機主要用于直升機,其工作原理與渦槳發動機類似,燃氣流經驅動壓氣機的渦輪后再流經一個驅動減速器的自由渦輪,減速器的輸出軸與傳動直升機旋翼的主減速器相連,從而驅動旋翼旋轉。渦槳發動機渦槳發動機將“風扇”置于發動機整體的外部,槳扇和渦輪之間有減速器,相當于一個涵道比非常大的渦扇發動機,常用于中小型運輸機和通用飛機。槳扇發動機槳扇發動機類似于渦扇發動機,但沒有風扇涵道,被稱做無限高涵道比的渦扇發動機。風扇置于發動機短艙之外,槳扇和渦輪之間則無減速器,槳扇的螺旋槳轉速非常高。圖圖1111:四四種常見
33、噴氣式發動機示意圖種常見噴氣式發動機示意圖 資料來源:航空宇航推進理論,中國銀河證券研究院(e)渦輪槳扇發動機 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。10 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 對比來看,渦噴發動機具備大推力、重量輕等特點,但是耗油率較高;渦軸發動機因直升機旋翼的轉速較低,通常需要比渦輪螺旋槳發動機更重、更大的減速系統,甚至占發動機總重量一半以上,且主要應用于旋翼類飛機,場景有限;渦槳發動機雖然耗油率低,但由于受到螺旋槳限制,功率不大;槳扇發動機雖然飛行經濟性較好,耗油率低,但震動和噪音較
34、大,安全性較差。而渦扇發而渦扇發動機具備噴氣速度大、噪聲低、耗油率低且大推力的優勢動機具備噴氣速度大、噪聲低、耗油率低且大推力的優勢,廣泛應用于戰斗機、運輸機、客機、無,廣泛應用于戰斗機、運輸機、客機、無人機,占比在人機,占比在 95%95%以上,是目前最為廣泛的航空發動機。以上,是目前最為廣泛的航空發動機。表表1 1:航空發動機性能航空發動機性能對比對比 性能指標性能指標 推力推力/功率功率 涵道比涵道比 是否是否加加力力 推重比推重比/功重比功重比 最大速度(馬最大速度(馬赫)赫)巡航速度(馬巡航速度(馬赫)赫)耗油比耗油比 應用應用領域領域 優點優點 不足不足 活塞發動機 2000kw/
35、1.43 0.6 0.160.25 0.190.2 軍民 低油耗 低速 渦噴發動機 48854kg/否 2.710.0 0.9 0.9 1.051.36 軍 高速飛行、大推力、重量輕 耗油率高 1225017000kg/是 4.67.3 2.02.8 0.9 0.81.0 軍 渦扇發動機 4006000kg 0.76.2 否 35.6 0.9 0.9 0.30.7 軍民 噪聲低、低油耗、大推力 迎風面大、噴氣速度小,不宜超聲速 750019000kg 0.31.0 是 10.512 1.62.35 0.91.58 0.50.8 軍 423443000kg 6.212.5 否 3.56.3 0.
36、9 0.8 0.50.6 軍民 渦槳發動機 4474kw 1520/56 0.7 0.7 0.210.27 軍民 耗油率低 功率不大 渦軸發動機 7457kw/510 0.20.37 0.20.37 0.30.36 軍民 應用于直升機,耗油率低,多用于非航動力 少用于民航 槳扇發動機 35 25.6 24.5 渦輪進口溫度 K 1973 1803 1850 1900 涵道比 0.20.3 0.57 0.40.45 0.40 0.3 0.27 推重比 10 910 8.5 主要用途 F-22 F-35 F-35 EF2000 陣風 S-47 資料來源:軍用航空發動機特征分析 航空發動機核心機技術
37、及發動機發展型譜研究,中國銀河證券研究院 2 2、民用發動機評價指標和趨勢民用發動機評價指標和趨勢:安全性、安全性、成本成本可承受性是最優先的考慮因素可承受性是最優先的考慮因素 民用航空發動機的研制有很高要求,多項參數將影響民用發動機的性能評價。民用航空發動機的研制有很高要求,多項參數將影響民用發動機的性能評價。對于民用發動機,發動機的安全性/可靠性、可承受性/成本和價格是其最重要、最優先的考慮因素。當前大涵道比渦扇發動機和各種改進型發動機占據民航動力的統治地位。由于軍民飛機對發動機的要求不同,發動機在發展過程中呈現出不同的趨勢,特別是涵道比和總增壓比兩個參數。表表5 5:典型大涵道比渦扇發動
38、機循環參數典型大涵道比渦扇發動機循環參數 取證時間取證時間 典型發動機典型發動機 涵道比涵道比 風扇壓比風扇壓比 總增壓比總增壓比 渦輪前溫度渦輪前溫度/K/K 巡航耗油率巡航耗油率/kg/kg(daNhdaNh)-1 1 1977-1992 RB211、PW4000、CFM56、V2500、PW2037,JT9D 等 46 1.7 2530 15001570 0.580.7 1992-2007 Trent800,PW4084,GE90,Trent900,GP7200 等 69 1.51.6 3845 15701830 0.5650.6 2008-至今 GEnx,Trent1000,PW800
39、0 等 1015 1.31.4 5060 1900 0.50.55 資料來源:航空發動機科學技術的發展與創新,中國銀河證券研究院 提高總增壓比,在部件效率不過分降低的條件下,有利于提高熱效率,所以不斷提高總增壓比是現代民機發展的基本趨勢。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。13 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 提高涵道比、相應降低風扇壓比,有利于降低排氣速度,降低離速損失,因而有利于提高推進效率,也有利于降低噪聲(噪聲水平正比于排氣速度的 8 次方)。所以提高涵道比也是現代民機的發展趨勢。民用發動
40、機的渦輪前燃氣溫度和軍用發動機有相類似的發展趨勢,同時要兼具更長的壽命(為軍用發動機壽命的十倍以上),因此,渦輪前燃氣溫度值一般比同代軍用發動機低100200K。民用飛機對渦扇發動機的要求通常是“最低的全壽命成本”,發動機耗油率成了民用發動機發展的特征性指標??偨Y來看,代際越高的民用發動機,涵道比越高,渦輪前燃氣溫度越高,風扇壓比越低,總增壓比越高,巡航耗油率越低。民機發動機性能的提高與技術進步聯系緊密。民機發動機性能的提高與技術進步聯系緊密。經濟性一直是民用航空發動機追求的目標之一,主要通過降低耗油率與全壽命費用來實現。根據航空發動機科學技術的發展與創新,美國 GE公司與法國 SNECMA
41、公司于 19982003 年實施了 TECH56 研究計劃,開發和驗證了金屬材料空心彎掠風扇葉片、高載荷高壓壓氣機、高載荷高壓渦輪、對轉低壓渦輪、對轉差動軸承、帶冷卻的全功能發動機數字控制器等,實現了“與 1999 年的 CFM56 發動機相比,費用降低 15%25%,耗油率降低 47,維護費用降低 15%20%”的目標。英國羅羅公司則以 Advance2 和 Advance3 項目所發展的雙轉子或三轉子發動機技術在 2020 年前達到成熟目標,實現發動機耗油率比遄達 700 發動機至少降低 20%。未來,民用航空發動機或將在多個方向實現進一步發展未來,民用航空發動機或將在多個方向實現進一步發
42、展,包括齒輪驅動風扇發動機(GTF)、開式轉子發動機(Open Rotor)和間冷回熱發動機(IRA)。此外,太陽能等新能源發動機也是重要的發展方向。齒輪驅動風扇式的渦扇發動機(GTF)?,F役的渦扇發動機是通過低壓渦輪軸直接驅動風扇,而 GTF 是通過減速齒輪箱帶動風扇,其優點是低壓渦輪可采用更高轉速,從而減少渦輪級數(例如由 7 級減至 3 級)。同時,風扇可采用更低的轉速,得到更大的涵道比和更低的葉尖切線速度,從而降低耗油率和噪聲。應用 GTF 技術的 PW1000G 系列發動機實現耗油率比在役發動機降低 11%12%,噪聲比第 3 階段環保要求低 30 dB。圖圖1313:齒輪驅動風扇式
43、的渦扇發動機(齒輪驅動風扇式的渦扇發動機(GTFGTF)資料來源:航空發動機科學技術的發展與創新,中國銀河證券研究院 開式轉子發動機(open rotor)。所謂開式轉子,就是槳扇發動機或無涵道風扇發動機,其主要優點是涵道比可大幅度加大,從而有效降低耗油率。但缺點也較為明顯:增加飛機 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。14 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 重量;影響飛機氣動外形,且使飛機結構做較大改變,抬高短倉以適應直徑更大的漿扇;飛行速度降低;增大座艙噪聲和環境噪聲等。圖圖1414:開式轉子發
44、動機開式轉子發動機 資料來源:航空發動機科學技術的發展與創新,中國銀河證券研究院 間冷回熱發動機(間冷回熱發動機(IRAIRA)。)。間冷回熱是在普通的渦輪發動機高壓壓氣機和低壓壓氣機之間設置一臺中間冷卻器,用于帶走壓氣機之間的熱量,降低高壓壓氣機的進口溫度,使其易于壓縮;而在尾噴管排氣中設置一臺回熱器,回熱器將排氣中的部分熱量送回到燃燒室進口的高壓排氣中,使從壓氣機出來后的空氣提高 200。間冷回熱循環核心機熱效率比常規循環大約可高出 14%16%。二、為何二、為何需需重視航空發動機產業布局?重視航空發動機產業布局?(一)航空發動機:集高經濟性、高戰略價值、高難度、高急迫性于一身 作為現代工
45、業“皇冠上的明珠”,航空發動機附加值較高。作為現代工業“皇冠上的明珠”,航空發動機附加值較高。航空發動機是關系國家國防安全、國民經濟發展的重大裝備。同時它也以先進性和復雜性成為一個國家科技水平、軍事實力和綜合國力的重要標志之一。它的發展可廣泛帶動電子、材料、精密加工、冶金、化工等產業的繁榮,被譽為現代工業“皇冠上的明珠”。同時,航發也是典型的技術、知識密集型高科技產品,附加值較高,根據航空發動機科學技術的發展與創新,其單位重量創造的相對價值是船舶的 1400 倍。航空發動機產業因為技術極其高端,處于寡頭壟斷的環境中,一款成熟產品能夠銷售 30-50 年,面臨的競爭威脅很小,幾乎不必擔心競爭和市
46、場回報問題,壁壘和門檻是經濟回報的有力保證。圖圖1515:各產品單位重量創造的相對價值各產品單位重量創造的相對價值 資料來源:航空發動機科學技術的發展與創新,中國銀河證券研究院 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。15 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 航發產業鏈溢出效應明顯航發產業鏈溢出效應明顯,軍民深度融合實現良性循環,軍民深度融合實現良性循環。世界上主要航空發動機制造商,基本通過“業務互補”為航空發動機及設備研發提供資金支持。GE(通用電氣)的產品線十分廣闊,不僅研制航空發動機,還生產電梯、空
47、調等等,用這些業務來保證發動機的持續研發。產業鏈垂直整合的優勢,除了“低成本”和“快捷的材料供給”外,更重要的是掌握著可以隨時跟進前沿科技創新、組合出優勢產品的技術能力。航空發動機的產業鏈條非常長,將帶動冶金、化工、電子、材料、高溫涂料、電控系統等相關產業,中國航空工業在航空發動機研制的探索中,有望實現深度軍民融合,通過發展更多賺錢的“業務組合”反哺航空工業的新技術投入,而新技術再“溢出”到民用領域,形成良性循環。然而,航空發動機然而,航空發動機研發、生產和制造難度都較高,需要長期的產業和人才積累,具有極高研發、生產和制造難度都較高,需要長期的產業和人才積累,具有極高進入進入壁壘。壁壘。它的研
48、發既需要堅實深厚的理論基礎,又需要大量工程實踐經驗和堅實的工業基礎能力。根據航空知識數據,研制一臺中大型發動機大概需要 15 至 30 億美元,同時需要比飛機機體多 5年以上的研發周期,是一個國家科技水平、工業基礎、綜合國力的集中體現。表表6 6:航空發動機研發制造難度航空發動機研發制造難度 壁壘壁壘 描述描述 數據和例子數據和例子 極高技術要求和可靠性要求 學科涵蓋工程熱力學、氣體動力學、燃燒學、傳熱學和現代控制理論等,技術幾乎覆蓋材料、制造、試驗等所有現代技術門類,特別是高溫材料和熱工藝。民用航空發動機的首翻期(機上平均壽命)已達 2 萬小時,相當于一天 24小時連續飛行 2 年以上而不大
49、修。按照正常每天使用 6 小時計算,一臺發動機應當可連續使用 9 年以上不拆下維修,對發動機的穩定性要求極高。與國家基礎工業水平高度關聯 航空發動機的制造過程涉及眾多技術領域,離不開國家基礎工業的支撐?;A工業的支持程度直接決定了航空發動機的性能及可靠性等關鍵指標,對設備的穩定生產有至關重要的作用。發動機的熱部件需要定向凝固高溫合金、單晶、金屬間化合物、金屬基復合材料和陶瓷基復合材料等先進特殊材料;發動機葉片需要鈦合金、鋁合金、高強鋼等材料,且需要不斷改進以適應苛刻的性能和工作環境要求。遵循獨立和超前的發展規律 根據發動機研制的流程,發動機本身的研制難度高于平臺、研制周期長于平臺,需要提前謀劃
50、、超前發展。航空發動機的研發周期一般比飛機機體長 5 年以上 需要國家資源的強力支持和保障 在航空研發的總投入中,航空發動機占比約為 1/4,研制一臺中大型發動機大概需要 15-30 億美元。對試驗和高性能設施的依賴 航空發動機的研制流程可劃分為“研究-設計-試驗-修改設計-再試驗”,每一個試驗的背后都需要高性能的試驗手段和設施支持。研制一臺新型發動機一般需要 10 萬小時的零部件試驗、4 萬小時的附件試驗和 1 萬小時的整機試驗。資料來源:航空知識,中國銀河證券研究院 航空發動機航空發動機核心技術和市場牢牢掌握在美、英、法、德、日等國家的寡頭企業中。核心技術和市場牢牢掌握在美、英、法、德、日
51、等國家的寡頭企業中。目前,僅有美國、俄羅斯、英國、法國等少數國家能夠獨立研制高水平的軍/民用航空發動機,占據全球航空動力產業鏈的主導地位。制造方面,目前能自行制造第三代戰斗機的國家/地區共有 12 個,能自行制造大推力軍用渦扇發動機的國家有三個(美國、俄羅斯、中國),能自行制造大涵道大推力高性能民用渦扇發動機的國家只有兩個(美國、英國)。世界大型民用航發產業的頂級企業是美國通用電氣(GE)公司和普拉特惠特尼(PW)公司、英國的羅爾斯羅伊斯(RR),以及 GE 同法國賽峰集團(Safran)合資成立的 CFM 國際公司,GE 同 PW 合資成立的 EA 公司,PW、德國 MTU 等 5 家合資成
52、立的 IAE 公司等。這些企業具有獨立研制航發整機的能力,幾乎控制了全球大型民用航發的核心技術研發、總裝集成、銷售及客戶服務等全產業鏈。表表7 7:世界主要航空發動機廠商世界主要航空發動機廠商 類型類型 代表公司代表公司 世界大型民用航空發動機 美國通用電氣(GE)、美國普拉特 惠特尼(P&W)、英國羅爾斯羅伊斯(R-R)、斯奈克瑪國際 CFM1(Safran/GE)、IAE(R-R/P&W)、EA(GE/P&W)軍用和小型航發 法國斯奈克瑪(Snecma)、美國霍尼韋爾(Honeywell)、德國 MTU、意大利 Avio、俄羅斯土星、俄羅斯禮炮 供應商 日本三菱重工、日本川崎重工、IHI
53、公司、韓國三星 資料來源:航空知識,中國銀河證券研究院 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。16 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 此外,此外,世界航空推進技術正呈現出加速發展的態勢,我國發展迫在眉睫。世界航空推進技術正呈現出加速發展的態勢,我國發展迫在眉睫。世界航空強國在重視教育、科技和工業技術發展的同時,對航空動力技術的預先研究和試驗驗證給予極大的重視,開展了一系列大型研究計劃,為各種先進軍、民用發動機提供了堅實的技術基礎。美國于 60 至 80 年代連續密集實施十多項發動機研究計劃,且在 19
54、88 年-2003 年期間,用 15 年左右的時間,在推重比、耗油率、成本等方面取得的技術進步,相當于過去 30-40年所取得的成就。此后,美國政府和軍方制定了多用途、經濟可承受的先進渦輪發動機(VAATE)計劃,在 2017 年左右使發動機經濟可承受性(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耗油率的函數)提高 10 倍。以 英 國 為 主,意 大 利 和 德 國 參 與 共 同 實 施 了 先 進 核 心 軍 用 發 動 機 計 劃 的 第 二 階 段(ACME-II),英國和法國又聯合實施了先進軍用發動機技術(AMET)計劃,德國宇航研究院聯合企業界獨立實施了針對民機的 3
55、E(環境、效率和經濟性)發動機研究計劃。日本早已通過專利生產第三代發動機,并參與世界一流水平的大型民用渦扇發動機的國際合作研制,目前又正在與美、英合作研制飛行速度 5 倍于聲速的 HYPR-90 組合循環發動機,力圖在高超聲速推進技術領域搶占領先地位。印度的軍用發動機在部分依靠與國外合作的條件下采取自主研制的途徑,自行研制的推重比 8 一級 GTX-35VS 雙轉子渦扇發動機已經首飛,在推重比 10 以上渦扇發動機和高超聲速組合動力關鍵技術研究方面取得進展。表表8 8:美國部分航空發動機材料和制造技術發展計劃美國部分航空發動機材料和制造技術發展計劃 計劃計劃 實施年代實施年代 備注備注 航空航
56、天推進計劃 1959-推重比 6-8 發動機預研,材料為重要專項之一。發動機部件改進(ECI)計劃 1977-1981 推重比 8 發動機改進改型,對材料的使用可靠性進行了深入研究。發動機熱端部件技術(HOST)計劃 1980-1987 F100、F110 發動機改進改型,重點研究了渦輪葉片的材料特性和防護涂層。綜合高性能渦輪發動機技術(IHPTET)計劃 1988-2005 新一代推重比 12-15 一級渦扇功重比 11-12 一級渦軸發動機預研。先進高溫發動機材料技術計劃(HITEMP)1989-2005 對先進復合材料的可行性驗證、結構分析模型的證實及試驗方法的研究。包括金屬間化合物、陶
57、瓷、高分子復合材料等。先期概念技術演示驗證計劃(ACTD)1995-2005 F119 渦扇發動機PW207 渦軸發動機研制,側重于材料與制造技術的工程化研究。極高效的發動機技術(UEET)計劃 2000-2005 面向 GENX 渦扇發動機、AE1107 渦軸發動機研制,材料為七個子課題之一。先進航空發動機材料(ADAM)計劃 2003-研究下一代發動機用單晶合金、輕質量高溫軟磁材料、先進金屬基復合材料、革新的粉末材料、先進的粘接技術 下一代制造技術計劃(NGMTI)2004-2008 金屬加工制造和復合材料加工制造是其中兩個重要研究領域。通用經濟可承受先進渦輪發動 機(VAATE)2006
58、-2017 面向新一代推重比 15-20 一級渦扇功重比 12-15 一級渦軸發動機預研,強調軍民共用技術。材料作為四個研究計劃的重點技術支持小組之一。資料來源:一代新材料,一代新型發動機:航空發動機的發展趨勢及其對材料的需求,中國銀河證券研究院 航空航空強強國長期以來一直將航空動力產業作為國家高技術戰略產業進行扶持,將燃氣渦輪發動機國長期以來一直將航空動力產業作為國家高技術戰略產業進行扶持,將燃氣渦輪發動機等動力裝備視為保持國際競爭力的代表性產品。等動力裝備視為保持國際競爭力的代表性產品。英國作為燃氣渦輪發動機技術的發源地,始終堅持航空動力產業的獨立自主發展,甚至立法限制航空發動機企業的股權
59、對外轉讓。美國一直將航空航天動力技術視為國家、國防關鍵技術,持續通過國家級技術計劃保持領先優勢,同時以市場化形式驅動航空動力產業競爭力提升。航空動力產品技術密集度高、應用融合性強、產業帶動面寬,兼具經濟價值和軍事價值,因此發展航發產業勢在必行。當前我國已在航發研制和生產中取得一定成就,但我國在全球產業鏈的參 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。17 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 與度還十分有限。同時,我國面臨“百年之未有大變局”,核心產業鏈環節和生產要素的自主可控在當前時點顯得尤為重要,我國航空
60、發動機方興未艾,未來發展有望進一步加速。(二)世界競爭格局:寡頭占據全球軍民用航發主要市場 軍用:軍用:在世界軍用航發市場中,美國 GE、美國 P&W、英國 R-R 和法國 Snecma S.A.為主要軍用發動機制造商。此外,美國霍尼韋爾(Honeywell)、德國 MTU、意大利 Avio、俄羅斯土星、俄羅斯禮炮、中國航空發動機集團等公司也具備較完整的生產能力。世界上能夠獨立研制軍用航空發動機的國家只有美國、英國、俄羅斯、法國、中國等少數幾個國家。表表9 9:全球軍用航發生產企業全球軍用航發生產企業 資料來源:國外航空發動機簡明手冊,中國銀河證券研究院 民用:民用:根據專注商業航空領域新聞網
61、站Simple Flying,全球民用航空發動機領域中,美國通用電氣 GE、英國羅羅 R-R 和美國普惠 P&W 占據全球 90%以上市場。而根據 Commercial Engines 2021數據,GE、R-R、P&W,以及由 Safran/GE 合資的 CFM 國際、R-R/P&W 合資的 International Aero Engines AG 國際航空發動機(簡稱 IAE)、GE/P&W 合資的 Engine Alliance 發動機聯盟公司(簡稱 EA)共六家公司取得民航發動機超過 99%的市占率,頭部效應顯著。圖圖1616:全球民用發動機市占率分布情況(注:外圈表示已交付訂單,內
62、圈表示未交付訂單)全球民用發動機市占率分布情況(注:外圈表示已交付訂單,內圈表示未交付訂單)資料來源:Commercial Engines,中國銀河證券研究院 國家國家 企業名稱企業名稱 代表代表發動機發動機 裝配飛機裝配飛機 授用時間授用時間 美國 通用航空 GE F110 系列 F-14 系列、F-15 系列、F-16 系列 1990 F414 系列 F/A-18 系列 2001 霍尼韋爾 Honeywell TFE731 系列 霍克 I25-800、C1010、隼 20 1972 F100/F401 系列 F-15 系列、F-16 系列 1974 普惠 P&W F119 F-22 199
63、7 F135 系列 F-35 系列 2010 英國 羅羅 R-R AE3007 全球鷹 2001 俄羅斯 聯合發動機制造公司 UEC AL-31 系列 蘇-27/30/33/34 系列、殲-10 系列 1985 AL-41 系列 蘇-35、T-50 2010 RD-33 系列 米格-29、幻影 3 型二代、幻影 F-1-法國 斯納克瑪 SNECMA M88 降風系列、KTX-2 1996 M53 幻影 2000 系列 1980 Larazc 阿爾法噴氣機、MIG-AT 1975 中國 航發集團 WS-10 殲擊機 2010 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。18 Table
64、_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 1 1、G GE E 航空:持續緊跟技術發展,拆分業務專注航空再出發航空:持續緊跟技術發展,拆分業務專注航空再出發 通用電氣(General Electric Company),簡稱 GE,是美國的跨國綜合企業。公司從電氣行業出發,在兩次世界大戰中擴大商業版圖走向多元化,逐漸成為包括電子工業、能源、運輸工業、航空航天、醫療與金融服務等業務的大型綜合跨國企業。2022 年 7 月,GE 宣布將公司業務整合重組,拆分成三家獨立的上市公司。圖圖1717:G GE E 歷史沿革歷史沿革 資料來源:GE
65、 官網,中國經營報,中國銀河證券研究院 仿制起家,立足創新。仿制起家,立足創新。在 1941 年 4 月,GE 仿照惠特爾的設計研發的 GE1-A 第一次開車,標志著 GE 正式進入航空發動機之列。此后,GE 不斷改進發動機技術,“I-40”(后正式命名 J33)成為 1944 年首飛的美國第一種噴氣戰斗機洛克希德 P-80 的動力來源;1946 年,通用電氣開始研發J47 發動機。J47 在美國空軍中一直使用到 1978 年,產量超過 36500 臺,為北美 F-86 戰斗機、波音 B-47 和北美 B-45 轟炸機提供動力。在明星發動機 J47 后,通用電氣再接再厲,推出諸如歷史上最可靠的
66、噴氣發動機 J79、至今還在使用的 T58 渦軸發動機、小尺寸高推重比的 J85 發動機、GE1 技術驗證機等。通用電氣作為“全頻譜”廠家,覆蓋從小推力(CF34)到中推力(LEAP)再到大推力(GEnx 和 GEX)的航發品種。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。19 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表表1010:通用電氣航空發動機研發更迭情況通用電氣航空發動機研發更迭情況 資料來源:航空知識,中國銀河證券研究院 研發時間 發動機型號 適用飛機型號 簡介 1941 年 GE1-A(后經改進,更名
67、為 J33)第一種美國噴氣戰斗機 P-80 承接英國技術,在惠特爾 W.1X 樣機和 W.2B 圖紙的基礎上研發,標志 GE 進入航發之列,由通用汽車屬下艾利遜生產 1943 年 TG180 渦噴(后更名為J35)諾斯洛普 F-89、共和 F-84、北美 FJ-1、波音 XB-47、YB-49 第一種具有加力推力的量產噴氣發動機,由通用汽車屬下艾利遜生產 1946 年 J47 北美 F-86 戰斗機、波音 B-47、北美 B-45轟炸機、康維爾 B-36、波音 B-50 名牌發動機,產量超過 36500 臺,在美國空軍一直使用至 1978 年 1952 年 QOL-1590 技術驗證機(后更名
68、為 J79)康維爾 B-58、洛克希德 F-104、麥道 F-4和外銷的 F-16/79 采用革命性的可調定子技術,解決發動機喘振甚至停車問題,被譽為歷史上最可靠的噴氣發動機 1956 年 T58 渦軸 貝爾 UH-1F“休伊”、西科斯基 SH-3“海王”、波音 CH-46“海騎士”、卡曼 SH-2“海妖”、特朗普“陸戰隊一號”GE 的第一臺渦軸發動機,采用可調定子的軸流式壓氣機,在重量很小的同時實現超高馬力,被美國軍方大量訂購 1957 年 T64 渦軸 西科斯基 CH-53 系列重型直升機、阿萊尼亞 G222、德哈維蘭 DHC-5 運輸機 1958 年 CJ805(由 J79 改進)康維爾
69、 800 和 900 系列四發噴氣客機 由 J79 改進而來,專為四發客機或者雙發公務機市場推出的小渦扇發動機,在商業上比較失敗 1959 年 J85 諾斯洛普 F-5 戰斗機和 T-38 教練機 小尺寸(直徑 0.46 米、長度 1.1 米)、大推重比(8:1)1962 年 GE1 包含可調定子的壓縮機、環形燃燒室、帶氣膜冷卻的渦輪葉片和先進材料,被稱為通用電氣歷史上最了不起但從未裝上任何一架飛機的發動機 1965 年 TF39 洛克希德 C-5“銀河”運輸機 8:1 的高涵道比相較于同時代的低涵道比渦扇降低油耗達 25%,開創高涵道比渦扇的時代 1967 年 T700 渦軸 西科斯基 UH
70、-60“黑鷹”直升機、波音AH-64“阿帕奇”武直 單轉子發動機,但用軸流-離心混合式壓氣機達到雙轉子的增壓效果,不僅功率大,還保留了輕小緊湊、簡單可靠的特點 1968 年 CF6(以 TF39 為基礎)道格拉斯 DC-10、空客 A300、310、330、波音 747、767、麥道 MD-11 成功打入主流民航發動機市場,與普拉特-惠特尼和羅爾斯-羅伊斯三足鼎立;后發展出 LM2500 系列,是世界上最成功、應用最為廣泛的艦用燃氣輪機 1970 年 F101(后發展為 F110)洛克威爾 B-1 轟炸機 比同推力級的 J79 省油 25%,這是通用電氣的第一臺加力渦扇,以后發展為 F110
71、1971 年 GE4 波音 2707 世界最大的噴氣發動機,尺寸與米格-15 的機體相仿,加力推力達到 220 千牛,但由于經濟性太差和大量技術難關,波音 2707 最終下馬 1973 年 UDF(無涵道渦扇)波音 727 UDF 也稱漿扇發動機,這是把渦扇的風扇尺寸加大,取消外涵道,因此等效為涵道比無窮大的渦扇,最大限度地發揮渦扇的優點 1974 年 CFM56 A320、波音 737NG、F101 的核心發動機與法國斯奈克馬(現賽峰)的風扇結合,推出歷史上最成功的民航噴氣發動機;目前的 LEAP 發動機由 CFM56 發展而來 1975 年/1991年 J101 渦扇(1975 年加大為
72、F404、1991 年發展為 F414)YF-17、F-18 經典型、F-18E/F、F-117、諾斯洛普 F-20、瑞典“鷹獅”、韓國 KF-X、波音 T-X、韓國 T-50、歐洲 Mako 最新的 F414EPE 推力進一步增加 20%,推重比接近 11:1,直逼普拉特-惠特尼F135 的水平。F404/414 成為最成功的中推,可能也是歷史上應用最廣泛的中推 80 年代 CF34 中國的 ARJ-21、B-52 轟炸機 小推力渦扇,造就了民機世界波音-空客和龐巴迪-巴西航空工業的 2+2 局面,曾經風靡一時的渦槳客機被邊緣化 2009 年 LEAP 波音 737MAX、空客 A320NE
73、O、中國商飛C919 與主流發動機 CFM56 系列相比,LEAP-X1C 發動機這一先進的下一代飛機發動機燃油消耗可減少 16%,二氧化碳排放量可減少 16%,氮氧化物排放量不足其60%,且更為安靜 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。20 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 雖然未能成為美國雖然未能成為美國 F22F22-F35F35 發動機供應商,發動機供應商,GEGE 在下一代戰斗機發動機技術競爭中具備先發優在下一代戰斗機發動機技術競爭中具備先發優勢和較強競爭力。勢和較強競爭力。在戰斗機發動機
74、方面,通用電氣未能成為 F-22 和 F-35 的發動機供應商,但依據落選的 YF120 變循環發動機的經驗,積極投入美國空軍研究實驗室主持的 ADVENT(現改為 AETD)三涵道變循環發動機技術預研項目,這是比美國國防部高級研究計劃局(DARPA)更接近實用級的預研。普拉特-惠特尼 F119 代表了第四代戰斗機發動機的水平,但下一代戰斗機需要進一步降低超巡油耗,還要滿足降低噴氣紅外特征、主動配合進氣道控制、提供機載系統的散熱能力等全新要求,不僅需要能在渦噴和渦扇之間無縫過渡的變循環,還需要在傳統渦扇的內外涵道之外增加第三涵道。普拉特-惠特尼由于技術慣性,在一開始希望從 F119/135 這
75、樣雙涵道渦扇漸進發展,繼續深挖潛力,在美國空軍明確要求變循環和三涵道之后,才積極投入變循環三涵道的科研。GE 在下一代戰斗機發動機競爭中具備先發優勢和較強技術儲備。拆分后再出發,專注航空以及航發領域。拆分后再出發,專注航空以及航發領域。為擺脫債務困擾,強化優勢業務經營,GE 公司一分為三。2022 年 7 月,GE 公司宣布了拆分業務后 3 個獨立公司的新名字及業務架構。拆分后的航空業務由“GE Aviation”更名為“GE Aerospace”(GE 航空),更名反映了公司的業務拓展計劃,有意將業務重點擴展至發動機之外的飛機系統等領域。目前,GE 航空在役的民用發動機約為 41000 臺,
76、軍用發動機約為 26000 臺,共有員工約 45000 名。GE 公司 2022 年實現收入 765 億美元,同比增長 3%。而拆分后的 GE 航空 2022 年實現收入為260 億美元,同比增長 22%。其中,貢獻最大的是民用設備維修保障服務收入,為 128 億美元,同比增長 43%;民用發動機和軍用發動機銷售收入分別同比增長了 8%和 7%。GE 航空 2022 年實現利潤 48 億美元,同比增長 66%,恢復至 2019 年同期水平的 70%,利潤率為 18.3%。2022 年,GE 公司共交付民用發動機 1663 臺,軍用發動機 632 臺。圖圖1818:20222022 年年 GEG
77、E 業務結構業務結構 資料來源:航空動力,中國銀河證券研究院 縱觀 GE 發展史,在不同的歷史時期,GE 在軍、民航發競爭中都曾暫時處于下風。但 GE 持續緊跟技術發展,保持較高研發投入(2020-2022 年 R&D 費用分別為 38.2/36.9/42.4 億美元,航空為最大研發開支細項),仍能在技術革新、產業變更的窗口期抓住市場機遇并重新占據市場份額,因此至今仍在全球處于較強競爭地位。72%17%11%民用發動機系統及其他軍用發動機70%30%維修服務收入原始設備銷售收入 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。21 Table_ReportTypeIndexTable_R
78、eportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 圖圖1919:20202020-20222022 年年 GEGE 公司研發費用細項占比公司研發費用細項占比 資料來源:GE 2022 年度報告,中國銀河證券研究院 2 2、英國羅羅英國羅羅 RollsRolls-RoyceRoyce:重組效果顯現,復蘇步伐加快:重組效果顯現,復蘇步伐加快 羅羅股份有限公司(Rolls-Royce Holdings plc)成立于 2011 年 2 月,前身是成立于 1906 年的Rolls-Royce。羅羅公司是世界第二大飛行器發動機生產商,主要業務為生產航空業和其他行業動力系統,在船舶推進和能源領域也有
79、重要業務。羅羅早在一戰期間著手開始航空發動機的研發,并在二戰后期開始渦扇發動機的技術研發工作,擔任世界首臺投入使用的民用渦扇發動機 RB.80“康威”的制造商。20 世紀 60 年代,羅羅公司先后兼并了布里斯托爾公司、布萊克本公司和納皮爾公司,成為英國最大的航空發動機公司。圖圖2020:羅羅公司歷史沿革羅羅公司歷史沿革 資料來源:羅羅公司官網,中國航空報,中國銀河證券研究院 羅羅形成了較為完善的軍用和民用發動機體系,有超過 50 款不同類型的飛機發動機應用在民用和國防領域。受新冠疫情對全球航空市場的沖擊,以及遄達 1000 發動機頻頻出現問題,在過去的 3 年中,羅羅公司一直在內憂外患里苦苦掙
80、扎,股價自 2018 年以來的高點下跌超過 76%。為了降低運營成本,改善財務狀況,羅羅公司逐步采取 20 億英鎊的資產處置計劃,專注新能源和可持續發展項目以增加收入,增加研發投入以增強競爭力等措施進行自救。隨著以上措施的實施以及市場的復蘇,羅羅公司的財務狀況有所好轉。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。22 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 2022 年羅羅公司實現收入 127 億英鎊,同比增長 16%;經營利潤 6.5 億英鎊,同比增長 57%,經營利潤率為 5.1%;自由現金流凈流入為 5 億
81、英鎊,同比大幅改善。目前,羅羅公司的核心業務部門包括民用航空、電力系統和國防市場。作為最主要的收入來源和利潤支撐,羅羅公司民用航空業務 2022 年實現收入 57 億英鎊,同比增長 25%;經營利潤為 1.4 億英鎊,經營利潤率為 2.5%,成功實現扭虧為盈。圖圖2121:20222022 年羅羅業務結構年羅羅業務結構 資料來源:航空動力,中國銀河證券研究院 2022 年,羅羅公司共交付民用發動機 355 臺,其中寬體機發動機 190 臺,公務機發動機 165臺;大型發動機長期服務合同(LTSA)飛行時間為 1000 萬小時,同比增長 35%,恢復至 2019 年同期水平的 65%。羅羅公司預
82、計飛行時間于 2023 年下半年恢復至 2019 年同期水平的 80%90%。表表1111:羅羅發動機交付量羅羅發動機交付量 資料來源:羅羅年度報告,中國銀河證券研究院 3 3、啟示啟示:持續技術突破,專注專業化分工:持續技術突破,專注專業化分工 總結英美航空發動機龍頭企業的發展歷史,對中國航空發動機的發展有重要啟示:1 1)“拿來主義拿來主義”起步的快速突破。起步的快速突破。雖然美國目前是航空發動機技術最先進的國家,但在二戰爆發前,美國在航空發動機方面的布局與研發相當有限,彼時走在世界前列的國家是德國和英國。戰時,美國從英國處獲得了惠特爾離心式噴氣發動機相關技術,據此,美國通用電氣 GE 仿
83、制生產GE1-A 發動機。此后,美國又從英國處獲得軸流式 Goblin 發動機,在此基礎上開發出 XP-80“流星”噴氣式飛機,從而快速積淀航空發動機技術基礎。2 2)技術突破形成“護城河”。技術突破形成“護城河”。航空發動機作為技術密集型產業,保持技術領先是維持核心競爭力的關鍵,當前航發寡頭在研發投入不遺余力。一直緊跟技術發展也使得 GE 航空雖然曾失去競爭優勢,但能在技術革新、產業變更的窗口期抓住市場機遇并重新占據市場份額,至今仍在全球處于較強競爭地位。65%35%維修服務收入原始設備銷售收入70%21%5%4%寬體飛機發動機V2500公務機支線飛機發動機 2 2020020 年年 2 2
84、021021 年年 2 2022022 年年 遄達 XWB-84/臺 109 120 96 遄達 XWB-97/臺 34 29 23 遄達 7000/臺 22 31 63 BR700/臺 112 70 77“珍珠”系列/臺 72 44 88 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。23 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表表1212:通用電氣、羅羅、普惠通用電氣、羅羅、普惠 20202020-20232023 年研發費用率年研發費用率 資料來源:各公司年度報告,中國銀河證券研究院 3 3)加強資本運作,
85、加強資本運作,合并同類項,合并同類項,專注專注專業化分工專業化分工。GE、雷神和羅羅都曾深陷經營不善危機,但通過并購重組、業務剝離等資本運作手段,專注優勢業務、提質增效,都已取得較好效果。對于我國,我們認為應該持續打破原有軍工體系的界限,推動軍工產業結構由自成體系壟斷封閉發展向基于專業化的分工競爭轉變。在大系統、關鍵系統、關鍵基礎等產業鏈層次不斷合并同類項,形成具有國際競爭力的骨干供應商,將分散投資、分散生產轉向集中投資、集中生產,形成規?;?、集約化的科研生產格局。(三)中國航空發動機產業:與世界強國尚有差距,發展方興未艾 1 1、歷史沿革:歷史沿革:國家積極布局國家積極布局+政策逐步加碼政策
86、逐步加碼+自研能力顯著提升自研能力顯著提升 航空發動機是我國航空裝備戰略重點,航空發動機是我國航空裝備戰略重點,已經具備渦槳、渦噴、渦扇、渦軸等各類發動機的多產已經具備渦槳、渦噴、渦扇、渦軸等各類發動機的多產品體系品體系。我國航空發動機的研制始于上世紀六十年代,經歷了 60-80 年代中期的仿制結合自主研發(代表型號:渦噴-6 和渦扇-9)、80 年代-90 年代末期的自主研發(代表型號:“昆侖”發動機1、“太行”發動機2)和 2000 年至今的多系列發動機自研生產三個階段,已經具備渦槳、渦噴、渦扇、渦軸等各類發動機的多產品體系,向世界先進水平邁進。飛發分離加速航空發動機國產化進程。飛發分離加
87、速航空發動機國產化進程。2015 年“兩會”期間,政府工作會議首次將“航空發動機、燃氣輪機”列入中國國家戰略新興產業中,并啟動國家航空發動機、燃氣輪機重大科技專項(即“兩機”重大專項),專項資金預期 1000 億元,疊加社會配套資金預期達到 3000 億人民幣。2016 年 5 月中央批準成立中國航空發動機集團,同年 8 月航發集團正式掛牌成立。航發集團的成立打破了以往“一廠一所一型號”的舊航空工業模式,發動機的研發從此不再依附于整體飛機制造,“飛發分離”正式實現?!帮w發分離”指將航空發動機作為獨立的產品進行研發和生產,不再受制于飛機,也不會出現飛機下馬,發動機也下馬的情況?!帮w發分離”有助于
88、整個航空企業聚焦航空發動機最核心的研發、制造及生產任務,加速航空發動機國產化進程。表表1313:中國制造中國制造 2 2025025航空發動機專項重點產品航空發動機專項重點產品 資料來源:中國制造 2025,中國銀河證券研究院 1 我國自行研制的第一臺具有全部知識產權的中等推力級加力渦輪噴氣發動機 2 由中國航空研究院 606 所研制的國產第三代大型軍用航空渦輪風扇發動機,也是中國第一臺大推力渦輪風扇發動機 2 2020020 年年 2 2021021 年年 2 2022022 年年 通用電氣 3.4%3.4%3.7%羅羅公司 10.5%6.9%6.6%普惠(雷神技術)6.0%5.5%5.3%
89、計算方式:Research and development costs/Revenue(or Net sales),僅計算 Self-funded R&D 費用 重點產品 主要產品 應用領域 大涵道比大型渦扇發動機 CJ-1000A 渦扇發動機 國產干線客機 C919 寬體客機渦扇發動機 中俄聯合研制的寬體客機 中/小型渦扇/渦噴發動機 7000-11000kgf 級齒輪傳動渦扇發動機 噴氣支線飛機 5000kgf 級渦扇發動機 噴氣支線飛機或公務機 1000kgf 級小型渦扇發動機 7-8 座輕型公務機 中/大功率渦軸發動機 1000kW 級渦軸發動機 新型 5 噸級直升機 8000kW 級
90、大功率渦軸發動機 保障未來重型直升機需求 大功率渦槳發動機 5000kW 級渦槳發動機 未來渦槳支線客機及中小型運輸機 航空活塞發動機 200kW 航空活塞發動機 輕型通用飛機和無人機 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。24 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 當前,我國對于航空發動機的研制生產重視依舊,對相關產業支持具備政策延續性。當前,我國對于航空發動機的研制生產重視依舊,對相關產業支持具備政策延續性?!笆晃濉敝赋霭l展先進發動機,“十二五”期間大型客機發動機完成初步設計階段研制工作,“十三五”
91、我國商用航發規劃了長江 500(ARJ21)、長江 1000(C919,2018 年完成整機點火)和長江 2000(CR929,2020 年完成整機點火)三個產品系列,在我國商發領域實現重要突破。2015 年兩會中,兩機專項首次寫入政府工作報告,同年國務院提出中國制造 2025,著重強調制造業高端裝備創新工程,明確提出組織實施大型飛機、航空發動機及燃氣輪機、民用航天等一批重大工程?!笆奈濉笔俏覈鴩篮蛙婈牞F代化建設的關鍵時期,政策逐步加碼布局航空發動機,傾斜力度明顯。表表1414:航空發動機、燃氣輪機重點發展政策航空發動機、燃氣輪機重點發展政策 資料來源:各部門公告,中國銀河證券研究院 從行
92、業供應方面,從行業供應方面,軍民深度融合有望對民營企業釋放更多市場機遇。軍民深度融合有望對民營企業釋放更多市場機遇。隨著航空發動機技術難度的增大、復雜程度的增加,航空發動機發展的產業鏈進一步細化,主機廠更需要重視發揮核心技術優勢,并在運營層面加強對全產業鏈的掌控。根據航空發動機軍民融合發展研究提議,在確保掌控整機研發生產和核心分系統等核心能力的前提下,主機廠可以只生產其最終產品所有零部件中附加值最高的 30%,其余 70%的都轉包出去,盡可能控制制造與采購總成本,使其全產業鏈控制能力大大增強?;A原材料、標準化零組件等非核心分系統和重要零部件等重要能力將逐步向社會開放。當前我國航發產業蓄勢待發
93、,產業建設已實現從 0 到 1,相關領域民營企業面臨廣闊的新增市場空間,有望充分受益于行業的快速增長。圖圖2222:國家部委軍民融合政策體系國家部委軍民融合政策體系構建構建 資料來源:航空發動機軍民融合發展研究,中國銀河證券研究院 發布部門發布部門 發布時間發布時間 政策法規政策法規 相關內容相關內容 國務院 2016 年 5 月 中國制造 2025 實施大型飛機、航空發動機及燃氣輪機、民用航天等重大工程 國務院 2016 年 7 月 “十三五”國家科技創新規劃 開展基礎技術和交叉學科研究,力爭在航發及燃氣輪機方向率先突破 國務院 2016 年 11 月 “十三五”國家戰略性新興產業發展規劃
94、依托航空發動機及燃氣輪機專項,突破大涵道比大型渦扇發動機技術 科技部 2017 年 4 月 “十三五”國家技術創新工程規劃 國家科技創新中心圍繞重點領域布局,包括航空發動機及燃氣輪機等 發改委 能源局 2017 年 5 月 依托能源工程推進燃氣輪機創新發展的若干意見 加快突破壓氣機輪盤和葉片、燃燒室部件等高溫合金材料 黨內法規 2017 年 5 月 國家創新驅動發展戰略綱要 堅持有所為有所不為,盡快啟動航空發動機及燃氣輪機重大項目 工信部 2017 年 10 月 高端智能再制造行動計劃(2018-2020 年)開展航空發動機與燃氣輪機壓氣機轉子葉片等關鍵技術產業化應用 科技部 2017 年 1
95、1 月 國家技術創新中心建設工作指引 面向重大需求發展,包括航空發動機及燃氣輪機、大型飛機、核電等 民航局 2018 年 11 月 印發新時代民航強國建設行動綱要 聚焦航空發動機等產品適航審定能力建設,滿足我國民航業發展要求 國務院 2019 年 3 月 2019 年政府工作報告 合理擴大有效投資、緊扣國家發展戰略、加大通用航空投資力度 發改委 2019 年 10 月 產業結構調整指導目錄(2019 年本)鼓勵類第十八項航空航天項下“1、干線、支線、通用飛機及零部件開發制造;2、航空發動機開發制造”發改委 2020 年 5 月 關于 2019 年國民經濟和社會發展計劃執行情況和 2020 年國
96、民經濟和社會發展計劃草案的報告 支持商業航天發展,延伸航天產業鏈條,擴展通信、導航、遙感等衛星應用 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。25 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 2 2、中國航空發動機中國航空發動機產業產業現狀:軍品產業布局基本形成,民品布局較為薄弱現狀:軍品產業布局基本形成,民品布局較為薄弱 I.I.軍用軍用航發現狀航發現狀:我國已合計生產航空發動機逾我國已合計生產航空發動機逾 7 7 萬臺,萬臺,初步初步具備航空發動機的研制保障能力具備航空發動機的研制保障能力 我國航空動力行業目前
97、已取得長足進步,基本建立了配套齊全的工業體系,為國防安全和經濟我國航空動力行業目前已取得長足進步,基本建立了配套齊全的工業體系,為國防安全和經濟建設提供了重要支撐。建設提供了重要支撐。前期,航空發動機因長期處于測繪仿制過程,技術研發水平相對落后,WS多個前序型號幾經擱淺。進入新世紀,雖然我國研制周期在拉長,但自主研發能力正在不斷提高。近年來,得益于國家支持和市場發展,航空動力研發體系能力獲得快速提升。圖圖2323:我國航空發動機圖譜我國航空發動機圖譜 資料來源:第四代大推力軍用渦輪風扇發動機發展,中國銀河證券研究院 我國已合計生產航空發動機逾我國已合計生產航空發動機逾 7 7 萬臺,萬臺,各類
98、型發動機已初步配備完善各類型發動機已初步配備完善。根據航空動力強國發展戰略研究數據,截至目前我國航空動力行業共生產航空發動機超過 7 萬臺,基本滿足了各類裝備制造與使用的需求。當前,我國已經建立了較為完整的航空發動機產業體系,具備了高性能軍用航空發動機的研制保障能力。表表1515:我國主要航空發動機型號研制生產情況我國主要航空發動機型號研制生產情況 資料來源:Wind,各公司公告,中國銀河證券研究院 主機廠主機廠 發動機類型發動機類型 型號型號 仿制對象仿制對象 裝備飛機裝備飛機 推力推力/功率功率 推重比推重比 定型年份定型年份 沈陽黎明 渦噴 WP-6 PA-9B 殲-6、強-5 3187
99、kg 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 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-20 14000-16000kg 5 研制中 貴州黎陽
100、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 2009 年 株洲南方 渦軸 WZ-8 ArrieL1C、1C1 直-9 系列、直-11 系列 560kw 1985 年 WZ-9 自研 武直-10 1200kw 2009 年 WZ-10 自研 直-20 2000kw 研制中 WZ-11 自研 直-8F 研制中 WZ-16 中法合作 直-15 系列 1200-1500kw 研制中 WJ-6 AH-20M 運-8 系列 3124kw 1976 年 WJ-9 自研 運-12 5000kw 1995 年 成都航發 渦扇
101、WS-18 D-30KP-2 運-20 13200kg 5.01 研制中 蘭翔機械 渦軸 WZ-6 TM-C 直-8 系列 1130kw 1988 年 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。26 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 軍用航發供應體系特點:軍用航發供應體系特點:地域性明顯。地域性明顯。軍品銷售主要為主機廠商提供配套,因此根據國內軍品生產布局,行業圍繞各主機廠所在地存在一定的區域性。行業進入壁壘較高。行業進入壁壘較高。行業內企業從事航發領域的生產經營活動,必須具備武器裝備科研生產單位保密資格
102、認證、武器裝備科研生產許可證、裝備承制單位資格認證等相關資質,其次須是主機制造商、發動機制造商的合格供應商。由于軍工產品的準入特點,使得進入軍工企業供應商體系的企業較少,因此軍工領域的行業競爭程度較低。軍工產品對安全性、穩定性和一致性要求較高,軍工產品對安全性、穩定性和一致性要求較高,配套產品客戶關系穩定配套產品客戶關系穩定。軍工產品在設計定型時設置備份供應商的同時會盡量將供應商選擇范圍控制在一定數量內,多數情況下只會指定 2-5 家供應商,以保持產品的安全性、穩定性和一致性。采購具有一定階段性。采購具有一定階段性。軍用航空制造具有離散型生產、多品種、小批量的特點,因此導致主機廠及發動機整機廠
103、配套產品的采購具有階段性特點。隨著新一代航空發動機逐步定型、服役、量產、列裝,相關企業收入規模不斷增長。II.II.民用民用航發現狀航發現狀:積極規劃積極規劃 C CJ J-10001000、C CJ J-20002000、C CJ J-500500 產品系列布局產品系列布局 出于歷史原因,我國對于航空發動機的研發長期以軍用領域為主,民用領域較為薄弱。隨著民機戰略性凸顯,我國也在積極布局民用/商用發動機市場。在基礎研究和技術研發方面,在基礎研究和技術研發方面,我國突破了航空發動機多項核心技術,基本構建了具有自主知識產權的技術體系,通過持續推進成果應用來促進航空發動機重點產品的科研生產及質量提升
104、。在產品研制方面,在產品研制方面,先進民用渦軸發動機、大型客機發動機研制取得重大進展,大功率渦槳發動機、寬體客機發動機的關鍵技術得到驗證,為傳統產品升級確立技術基礎;中小型渦噴/渦扇發動機、活塞發動機研制也取得積極進展。高校、科研院所、民營企業廣泛參與航空發動機的研制配套,為我國航空動力產品譜系提供了必要補充。我國大涵道比渦扇發動機共規劃有三個產品系列:1)160 座窄體客機發動機 CJ-1000,配裝C919 大型客機;2)280 座寬體科技發動機 CJ-2000,配裝 CR929 寬體客機;3)110-130 座新支線發動機 CJ-500,配裝 ARJ21 支線客機改進型。CJCJ-500
105、500:CJ-500 發動機是一款推力 7 噸級別的大涵道比渦扇發動機,裝配于國產支線客機 ARJ-21。CJ-500 的核心機基于 CJ-1000 核心機縮小改進而來,渦扇發動機推力較小,研制難度稍低。C CJ J-10001000:CJ-1000A 發動機是 CJ-1000 發動機的第一個量產型號,是我國第一款商用發動機產品,也是國產 C919 大飛機的唯一國產配套動力。首臺 CJ-1000A 于 2017 年 12 月25 日完成整機總裝,2018 年 5 月 17 日成功首次點火,2020 年 6 月完成鳥擊測試。中國航發目標在 2025 年之前實現 CJ-1000A 的交付使用,作為
106、 LEAP 發動機的國產備用機。CJCJ-20002000:CJ-2000 是繼 CJ-1000 后我國自主研制的第二款民用大涵道比渦扇發動機,設計推力達 35 噸,與波音 787、空客 A350 使用的遄達 1000、遄達 XWB、GEnx 發動機同屬一個推力級別。根據中國商發的公告,2020 年 3 月國產 CJ-2000 發動機核心機 C2XC-101點火成功。2020 年 7 月 CJ-2000AX 驗證機完成整機裝配。2020 年 8 月中國航發上海商用航空發動機公司已經展開 CJ-2000AX 驗證機低壓部件遙測系統硬件配置的招標工作,意味著 CJ-2000AX 發動機已經進入驗證
107、機試車階段。按照目前進度推算,預計 CJ-2000 將在 2025 年前后研制成功。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。27 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 圖圖24:CJCJ-10001000 發動機結構示意圖發動機結構示意圖 圖圖25:CJCJ-20002000 發動機示意圖發動機示意圖 資料來源:科技解析站,中國銀河證券研究院 資料來源:航空知識,中國銀河證券研究院 三三、需求端:廣闊天地,大有作為需求端:廣闊天地,大有作為 (一)軍用航空發動機:需求增長、維修換裝、國產替代三輪驅動 隨著我
108、國軍用飛機現代化建設提速以及維修和換裝市場的快速擴張,發動機的增量(新的需求+國產替代)和存量(維修+換發)市場需求空間廣闊。1 1、增量邏輯:戰機數目持續增長疊加國產化滲透率提升增量邏輯:戰機數目持續增長疊加國產化滲透率提升 I.I.新增需求拉動新增需求拉動:未來未來 1010 年新增軍機需要年新增軍機需要 1178111781 臺發動機臺發動機,萬億市場可期,萬億市場可期 據World Air Force 2023,我國 2022 年軍用飛機數量達 3283 架,不足美國軍機的四分之一。在飛機細分種類中,我國戰斗機的數量僅為美國戰斗機數量的 47.9%,而其他種類機型如戰斗直升機、加油機、
109、教練機等與美國差異更為明顯,數量甚至低于美國數目的 20%。強國必強兵,作為全球重要經濟體之一,我國有望加快軍事力量裝備步伐。圖圖2626:中美中美 20222022 年軍機數目對比年軍機數目對比 資料來源:World Air Force 2023,中國銀河證券研究院 根據World Air Force的統計數據,我國軍機“十二五”期間增加 344 架,“十三五”期間增加 318 架,年復合增速分別為 2.5%和 2.1%。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。28 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告
110、圖圖2727:我國近年軍機(固定翼我國近年軍機(固定翼+旋翼)數量及其增速旋翼)數量及其增速 資料來源:World Air Force,中國銀河證券研究院 根據以上分析,我們做以下假設和預測:為實現 2027 年建軍百年奮斗目標和 2035 年國防與軍隊現代化的偉大愿景,我國國防實力與經濟實力有望同步提升,“十四五”和“十五五”期間軍機列裝將提速,假設2023-2025 年復合增長率將達 10%,“十五五”期間復合增速為 8%,“十六五”期間復合增速約為 6%,預計未來 10 年我國將新增軍用飛機數量達 3469 架,相當于再造一個中國空軍。由于新增軍機中雙臺發動機和多臺發動機機型占絕對比例,
111、同時考慮新發動機的備用、維修因素,假設整體飛發比例為 1 比 3,則未來 10 年新增軍機需要 11781 臺發動機。II.II.國產替代需求拉動國產替代需求拉動:未來未來 1010 年年需國產替代發動機數量需國產替代發動機數量約約 33903390 臺臺 美、俄占據全球軍用發動機重要地位,我國軍用發動機仍有國產化空間。美、俄占據全球軍用發動機重要地位,我國軍用發動機仍有國產化空間。美俄軍用航空發動機除了滿足其自身國防建設需要外,還大量出口。以全球現役裝備數量前十的戰斗機型號為例,其中8 個戰斗機型號配備美國或俄羅斯的發動機,而我國目前軍用發動機尚未出口,且仍為國產為主、進口為輔的模式。近年來
112、,美歐軍機發動機禁運已成常態,我們預計國內二代機發動機國產化率接近 100%,另據隆達股份公告,我國三代、四代戰機航空發動機國產化率約我國三代、四代戰機航空發動機國產化率約 70%70%。隨著太行發動機。隨著太行發動機的批量生產以及更多型號的研制,預計的批量生產以及更多型號的研制,預計 20402040 年軍用飛機航空發動機的國產化率將提高到年軍用飛機航空發動機的國產化率將提高到 9 95 5%以上。以上。表表1616:現役裝備數量前十的戰斗機型號所配發動機現役裝備數量前十的戰斗機型號所配發動機 資料來源:World Air Force 2023,中國銀河證券研究院 戰斗機型號戰斗機型號 現役
113、數量(架)現役數量(架)發動機型號發動機型號 發動機生產國發動機生產國 發動機制造商發動機制造商 F-16 2184 F100-PW F110-GE 美國 普惠、GE SU-27/30/34/35 1187 AL-31F 俄羅斯 土星 F-15 961 F100-PW 美國 GE F-18 828 YJ101-GE 美國 GE Mig-29 822 RD-33 俄羅斯 克里莫夫 F-35 545 F135 美國 普惠 Eurofighter 522 EJ-200 英國 羅羅 Su-25 480 R-195 俄羅斯 土星 J-7 444 渦噴 13 中國 黎明 F-5 403 J85-GE 美國
114、 GE 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。29 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 根據以上分析,我們做出以下假設和預測:據World Air Force 2023,我國 2022 年軍用飛機數量達 3283 架,其中二代機約 1300 架,三四代機約 1983 架,考慮到殲 10 為單發動機,且數量可觀。因此我們假設我國存量三四代軍機的飛發比例為 1:1.9,則三、四代機總的存量發動機約 3767 臺,其中非國產化發動機占比 30%,約 1130臺。假設 2040 年軍用飛機航空發動機的國產化率將
115、提高到軍用飛機航空發動機的國產化率將提高到 9 95 5%以上,結合備用以上,結合備用、維修、維修因素,則未因素,則未來來 1010 年年需國產替代發動機數量需國產替代發動機數量約約 33903390 臺臺。2 2、存量替代邏輯:存量替代邏輯:未來未來 1010 年存量換發帶動的發動機總量約年存量換發帶動的發動機總量約 1260612606 臺臺 發動機存在消耗屬性,未來隨著實戰化訓練要求加大,單機飛行時間增長,發動機維修次數和換發需求也將大幅增長。據大涵道比渦扇發動機總體性能與循環參數設計統計,航空發動機使用階段的綜合保障費用約占全壽命周期成本的 50%,高于航空發動機本身的價值量。因此,維
116、護與換發將從存量端助推需求放量。根據以上分析,我們做出以下假設和預測:根據 World Air Force 2023,我國 2022 年軍用飛機數量達 3283 架,考慮到有相當規模的殲 7、殲 8、殲 10 和教練機等單發軍機,假設整體飛發比例 1:1.6,國產化率高于 80%,則存量發動機數量為 5253 臺,其中國產發動機約 4202 臺。另假設國產發動機壽命為 5 年,壽命期內不考慮飛機退役等因素,則未來 10 年存量換發帶動的發動機總量約 12606 臺。綜上,綜上,我們預計我國未來我們預計我國未來 1010 年軍機發動機需求合計約為年軍機發動機需求合計約為 2.782.78 萬臺,
117、其中新增軍機需要萬臺,其中新增軍機需要 1178111781臺發動機,臺發動機,需國產替代發動機數量需國產替代發動機數量約約 33903390 臺,維修與換發帶動的臺,維修與換發帶動的發動機發動機總量約總量約 1260612606 臺臺。(二)無人機發動機:2025 年我國軍用無人機發動機市場規模約 30 至 45 億元 與有人機比,無人機發動機推力要求不高,結構簡單。與有人機比,無人機發動機推力要求不高,結構簡單。無人機由于省去了有人軍用航空器所必需的一套工作環境和生命安全保護設備,所以重量輕、尺寸小,因而其發動機的推力要求不高,相應的結構比較簡單。如 F-137-AD-100/AE3007
118、H 無加力燃燒室,高壓渦輪為 2 級,低壓渦輪為 3級;TPE331-10GD 發動機控制系統為機械液壓式,尾噴管為不銹鋼固定面積噴管。因此,無人機的發動機多為貨架產品。1 1、活塞發動機應用最廣泛活塞發動機應用最廣泛,未來主流仍是,未來主流仍是渦扇發動機渦扇發動機 無人機動力系統主要有渦扇發動機、渦噴發動機、活塞發動機、渦軸發動機及電動機五大類,根據特性應用于不同領域。其中,活塞發動機是最早的航空發動機,由于推力適中、低油耗、低成本、技術成熟,同時在性能方面又能滿足絕大部分無人機需求,已成為使用最廣泛的無人機動力裝置。據航天彩虹公告,當前無人機市場(除高速無人機和微型無人機外),采用活塞發動
119、機作為動力裝置的無人機數量占比超過 60%。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。30 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表表1717:五種五種常見常見軍用無人機發動機概況軍用無人機發動機概況 型號型號 羅泰克斯羅泰克斯 914F914F TPE331TPE331-10GD10GD AR741AR741 F F-137137-ADAD-100/AE3007H100/AE3007H Model250Model250-C20WC20W 類型 活塞 渦槳 活塞 渦扇 渦軸 生產商 龐巴迪-Rotax 霍尼韋
120、爾 英國無人機發動機公司 羅羅公司 羅羅公司 額定功率(kW)73.5 671.1 28.3 -最大功率(kW)84.5 756.9 28.3 -313 推重比或功重比-4.26 4.44/5.04 4.24 總增壓比 9.0 10.8 -21 7.1 翻修間隔(h)1200 7000 250 無固定翻修間隔 3000 凈質量(kg)64.0 175 10.7 719.4/745.7 73.9 價格(萬美元)-約 43.5-175/190 22.5 應用型號 MQ-1B、以色列航宇工業公司“蒼鷺”、埃爾比特系統公司“赫 爾墨斯”1500 MQ-9 RQ-7A/B、埃爾比特系統公司“赫爾墨斯”4
121、50、“狙擊手”RQ-4 MQ-8B 資料來源:軍用無人機發動機維修保障特點及發展趨勢、中國銀河證券研究院 隨著軍用無人機任務范圍的擴展,渦扇發動機逐步隨著軍用無人機任務范圍的擴展,渦扇發動機逐步成為成為大型無人機動力裝置。大型無人機動力裝置。隨著軍用無人機任務范圍的擴展,用戶要求其具備更大的起飛重量以攜帶更多有效載荷,飛行速度更快、巡航時間更長,能夠在距離地面站較遠的范圍和中高空活動,同時還要具備比較良好的隱身性能。在這樣的背景下,各國新研制列裝的軍用無人機,尤其是大型無人機普遍采用渦扇發動機作為動力裝置普遍采用渦扇發動機作為動力裝置。如美國在 MQ-9 無人機基礎上研制的 MQ-9C 無人
122、機采用 1 臺普惠公司的 PW-545B 渦扇發動機。目前,我國無人機動力主要以活塞、渦槳和渦輪發動機為主,活塞發動機技術成熟、應用廣泛,渦槳發動機也正成為國內察打一體無人機的主力發動機之一。作為未來主流,無人機動力所采用的渦扇發動機與國外差距明顯,不能完全滿足無人機對飛行速度、航時等指標的要求。根據航天彩虹2021 年公告,公司已與國內發動機研發廠商合作,牽引國產發動機新產品測試和試用,新機型或裝配國產渦扇發動機。2 2、更強調技術成熟性、適用性以及較高的可靠性,更強調技術成熟性、適用性以及較高的可靠性,核心是核心是低成本低成本 實戰使用中,軍用無人機一般不會與敵方航空器直接發生空戰。同時,
123、由于軍用無人機系統在使用中的損失率較高。根據軍用無人機發動機維修保障特點及發展趨勢,從 1997 年到 2012 年,美軍裝備的 MQ-1B/MQ-9 無人機由于機械故障或通信故障等因素共損毀 85 架,按飛行小時計算的損失率為每十萬飛行小時 6.71 架,是同期 F-16 戰機的 2 倍以上。這就要求軍用無人機系統具備較低的全壽命周期成本,并且更加強調技術的成熟性、可靠性和維護性,應用新技術、新材料較少。3 3、軍用無人機發展空間廣闊,、軍用無人機發展空間廣闊,20252025 年年我國軍用我國軍用無人機發動機市場規模約無人機發動機市場規模約 3030 至至 4545 億元億元 與美國相比較
124、,我與美國相比較,我國軍用國軍用無人機存量較少,且存在更新換代的結構性需求。無人機存量較少,且存在更新換代的結構性需求。據國際戰略研究院發表的the MILITARY BALANCE 2022,2021 年美軍合計裝備 1143 架中大型無人機。根據航天彩虹公告,中國中大型軍用無人機裝備數量較美國仍有 5-8 倍差距,未來發展空間廣闊。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。31 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表表1818:20212021 年美軍裝備無人機數量年美軍裝備無人機數量 軍種軍種 無人機
125、類型無人機類型 型號型號 數目數目 軍種軍種 無人機類型無人機類型 型號型號 數目數目 陸軍 重型查打一體 MQ-1C Gray Eagle 180 海軍航空隊 重型查打一體 MQ-9A Reaper 2 中型偵察機 RQ-7B Shadow 236 中型偵察機 RQ-21A Blackjack 100 空軍 重型查打一體 MQ-9A Reaper 234 海軍 重型 MQ-4C Triton 5 重型偵察 RQ-4B Global Hawk 30 MQ-8B Fire Scout 20 RQ-170 Sentinel;10 MQ-8C Fire Scout 34 RQ-180 7 RQ-4A
126、 Global Hawk 4 特種作戰司令部 重型查打一體 MQ-1C Gray Eagle 24 中型 RQ-2B Pioneer 35 中型偵察機 XPV-1 Tern 15 輕型 RQ-21A Blackjack 15 XPV-2 Mako 14 海軍陸戰隊 中型偵察機 BQM-147 Exdrone 100 重型運輸 CQ-10 Snowgoose 28 防空導彈 FIM-92 Stinger 重型查打一體 MQ-9 Reaper 50 合計 1143 資料來源:THE MILITARY BALANCE 2022,中國銀河證券研究院 美國 2023 財年國防授權法案中詳細披露了美軍計劃
127、用于采購、研究開發與測試評估、使用與維護各型無人機與反無人機系統的預算費用。2023 年,美軍與無人機相關項目的總預算金額約 39億美元,占國防預算的比例約 0.45%。我們采用美國國防預算中無人機項目金額的比例來推算中國軍用無人機內需的規模。因我國無因我國無人機裝備基數較低,假設我國軍用無人機每年采購人機裝備基數較低,假設我國軍用無人機每年采購額額占軍費比例為占軍費比例為 0.6%0.6%,較同年美國略高,我國,較同年美國略高,我國20232023 年軍費年軍費 1553715537 億元,則在無人機相關項目的市場規模約億元,則在無人機相關項目的市場規模約 9090 億元。另外,我們援引航天
128、彩虹數億元。另外,我們援引航天彩虹數據,據,預計到預計到 20252025 年軍用無人機市場規模將達到年軍用無人機市場規模將達到 100100 至至 150150 億元。億元。假設發動機占無人機價值量的比例略高于軍用有人機(25%),約為 30%,則我國 2025 年軍用無人機發動機市場規模約 30 至 45 億元,宗申動力、航瑞動力(未上市)等主機企業有望受益。(三)商用航空發動機:國產化率較低,藍海市場待掘金 1 1、商用航空發動機價值構成、商用航空發動機價值構成 根據大型民用飛機渦扇發動機采購成本研究所述,民用飛機的推進系統包括發動機、發動機短艙等,發動機成本約占推進系統成本的 75%。
129、因此,發動機采購價格在很大程度上影響民用飛機采購成本。商用發動機的使用規律決定了其隨著使用時間的延長,性能會發生衰退,在經過維修后,性能又會得以恢復?;诖?,發動機的市場價值可以分拆為四個部分,分別是新發動機溢價、構型價值、維修價值和核心價值,而后兩者占據絕大部分。圖圖2828:航空發動機價值構成分解航空發動機價值構成分解 資料來源:商用航空發動機的價值構成分析,中國銀河證券研究院 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。32 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 圖圖2929:全生命周期全生命周期商業商業
130、航空發動機價值航空發動機價值變化變化 資料來源:商用航空發動機的價值構成分析,中國銀河證券研究院 2 2、商業商業航發航發藍海市場待掘金藍海市場待掘金:預計未來預計未來 2020 年年商飛商飛將新增將新增 5 516162 2 臺商用發動機需求臺商用發動機需求 根據中國商飛市場預測年報(2022-2041 年),未來 20 年,預計將有 9,284 架飛機交付中國市場。其中,單通道噴氣客機 6,288 架,占交付總量的 67.7%,單通道噴氣客機機隊中 79.3%為中型單通道客機;雙通道噴氣客機 2,038 架,占總交付量的 22.0%;其余為噴氣支線客機,二十年間將交付 958 架,占總交付
131、量的 10.3%。預計到 2041 年,中國航空市場將擁有 10,007 架客機,其中單通道噴氣客機 6,896 架,雙通道噴氣客機 2,151 架,噴氣支線客機 960 架。中國航空市場將成為全球最大單一航空市場,引領未來全球航空市場增長。假設中國商飛在國內支線和單通道客機的市占率為 30%,雙通道客機的市占率為 20%,預計未來 20 年商飛需要至少交付 2581 架飛機,則由商飛帶來的商用發動機需求約為 5162 臺。另假設未來 20 年所需國產商用發動機的平均價值量與 C919 發動機價值量相仿,按照 C919 目錄價(0.99 億美元/架)的 75%以及發動機 22%的整機價值量占比
132、,則國產商用發動機均價約為 820 萬美元/臺,未來 20 年國內商用發動機潛在市場規模達 423 億美元,折合約 3000 億元。圖圖30:中國中國歷史(歷史(20212021)和預測和預測(20412041)的各類型客機機隊規的各類型客機機隊規模(架)模(架)圖圖31:2022202220412041 年中國各類型客機交付量預年中國各類型客機交付量預測(架)測(架)資料來源:中國商飛市場預測年報(2022-2041 年),中國銀河證券研究院 資料來源:中國商飛市場預測年報,中國銀河證券研究院 9430405619606896215101000200030004000500060007000
133、8000渦扇支線客機單通道噴氣客機雙通道噴氣客機20212041958,10%6288,68%2038,22%渦扇支線客機單通道噴氣客機雙通道噴氣客機 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。33 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 3 3、我國航發、我國航發市占率市占率率較低,率較低,中國商飛有望引領中國商飛有望引領我國我國商用商用航發航發破局破局 I.I.我國航發市占率我國航發市占率較低,較低,自主可控要求迫在眉睫自主可控要求迫在眉睫 由于中國航空工業的基礎相對薄弱,目前國內的民航客機發動機主要依靠進
134、口,如美國由于中國航空工業的基礎相對薄弱,目前國內的民航客機發動機主要依靠進口,如美國 GEGE航空、普惠、羅羅、賽峰等,國產發動機的航空、普惠、羅羅、賽峰等,國產發動機的市市占率占率不到不到 1%1%,進口替代進口替代空間巨大??臻g巨大。根據民用航空發動機市場發展道路展望,2020 年,中國國內在役商用渦扇發動機數量達到 8200 臺以上。其中,CFM 國際公司占據了 60%的市場份額。在中國窄體機發動機市場,CFM56 發動機份額占比 71%,V2500 占比 18%,LEAP-1A、PW1100G 分別占比 6%和 5%。圖圖32:全球發動機市場份額全球發動機市場份額 圖圖33:中國窄體
135、機發動機市場各型號分布中國窄體機發動機市場各型號分布 資料來源:民用航空發動機市場發展道路展望,中國銀河證券研究院 資料來源:民用航空發動機市場發展道路展望,中國銀河證券研究院 CFM56/LEAPCFM56/LEAP 系列發動機系列發動機在國內市占率超過在國內市占率超過 70%70%,航空發動機航空發動機國產化國產化提升提升空間巨大空間巨大。目前,商用飛機市場呈現波音和空客雙寡頭格局,市場競爭并不充分。根據賽峰官網數據,超過 70%在大中華區服役和訂購的窄體飛機正在或即將使用 CFM56/LEAP 系列發動機。當前 C919 國產化率約為60%,40%的外部配套率也基本符合國際慣例,但是外部
136、局勢和地緣政治日趨復雜,國內大飛機,尤其是國產發動機的發展需要更多的自主技術和產品來支撐,以便在未來國外配套可能受限的情況下,更加游刃有余。因此,我們認為面對既得利益大國或企業的阻力,國產大飛機夾縫中求生存,自主可控要求迫在眉睫。圖圖3434:C919C919 國內外國內外主要供應商情況主要供應商情況 資料來源:東方網,商飛,中國銀河證券研究院 43%26%10%10%9%2%全球發動機市場份額CFM國際公司GE公司國際航空發動機公司羅羅公司普惠公司其它71%6%18%5%中國窄體機發動機市場各型號分布CFM56LEAP-1AV2500PW1100G 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公
137、司免責聲明。34 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 II.II.國產大飛機國產大飛機商用化進度商用化進度:C919C919 單筆最大訂單落地,國產大飛機大規模商業采購將全面開啟單筆最大訂單落地,國產大飛機大規模商業采購將全面開啟 2022 年 12 月 9 日,首架商飛 C919 正式交付給中國東方航空,而在交付儀式上,中國民航局正式向 C919 頒發適航許可證。C919 是中國首架自主研發并獲得適航許可證的飛機,通過了所有適航審定,符合適航要求投入商業航班運作。2023 年 9 月,中國東航再次與中國商飛簽署購機協
138、議,在 2021 年簽訂首批 5 架 C919 的基礎上,再增訂 100 架,這是 C919 大型客機迄今為止收獲的最大單筆訂單。繼接 C919 投入商業化運營以來,中國東航已成為 C919 客機的全球最大用戶,標志著國產大飛機大規模、大機隊的商業采購、交付和運營全面開啟。III.III.國產大飛機航發國產大飛機航發市場需求市場需求:C C919919 用用航空發動機年市場航空發動機年市場需求約需求約 176176 億元億元 9 9 月月 1010 日,中國商飛董事長稱日,中國商飛董事長稱 C919C919 訂單已達訂單已達 10611061 架。架。據統計,2020 年及以前,商飛已取得意向
139、和確認訂單合計 851 架,近年隨著意向訂單逐步轉換為確認合同,C919 市場前景向好。在訂單充足的背景下,我們認為中國商飛的交付能力有望快速增長。根據 2023 年 1 月 12 日澎湃新聞報道,中國商飛副總經理預計中國商飛副總經理預計 C919C919 在在 5 5 年內年產能規劃將達到年內年產能規劃將達到 150150 架,架,若假設成交價為若假設成交價為目錄價目錄價的的 75%75%,屆時年產值有望達到屆時年產值有望達到 800800 億元,億元,空間廣闊空間廣闊。從航空產業總量上來看,四家航空主機廠 2022 年航空產品營收總額為 1050 億元,按照此數據進行靜態比較,C919 銷
140、量達到每年 150 架時,將為我國航空產業帶來約 76%的增量。根據前瞻產業研究院的測算,民航飛機成本構成主要由機體、發動機、機電系統、航電系統和其它等部分構成,各部分價值占比約為 36%、22%、13%、17%和 12%,我們假設我們假設 C C919919 的的發動機占發動機占C919C919 價值量的價值量的 22%22%,則國產大飛機帶來的,則國產大飛機帶來的商用航空發動機年市場商用航空發動機年市場需求約需求約 176176 億元億元,達到航發動力(600893.SH)2022 年航空產品營收的 51%,對國內航發產業鏈具有明顯帶動作用。圖圖3636:客機各系統價值組成客機各系統價值組
141、成 資料來源:前瞻產業研究院,中國銀河證券研究院 17%13%22%36%12%航電系統機電系統發動機機體其他圖圖3535:C919C919 商商用化進程用化進程 資料來源:公司公告,中國銀河證券研究院 2016年11月,東航與商飛簽訂C919客機首家用戶框架協議2022年5月,東航簽署全球首批C919購機合同2022年12月,首架商飛C919正式交付給中國東方航空2023年5月,C919首飛,正式進入民航市場,開啟市場化運營。2023年7月,東航接收第二架C919大型客機2023年9月,文萊騏驥航空訂購30架飛機,包括C919和ARJ212023年9月,中國東航增訂100架C919大型客機2
142、023年12月,中國國航擬訂購6架C919 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。35 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 目前,中國航發集團持有中國商發 49.37%股權。CJ-1000 是中國商發專為 C919 研制的國產發動機,假設未來該發動機在 C919 的總需求中占比 50%,則 C919 的商業運營為國產發動機帶來的年價值增量約為 88 億元,行業提振作用明顯。表表1919:未來未來 C919C919 各系統價值量與現有公司業績對比(單位:億元)各系統價值量與現有公司業績對比(單位:億元)分
143、系統 公司 2022 年 未來每年大飛機 系統價值量 分系統價值量/2022年航空產品營收 營收 航空產品占比 航空產品營收 機體 中航沈飛 416 99.17%413 288 27%中航西飛 377 99.07%373 洪都航空 73 99.37%72 中直股份 195 98.45%192 發動機 航發動力 371 93.28%346 176 51%機電系統 原中航機電(2021 年數據)150 74.46%112 104 93%航電系統 中航電子(現“中航機載”)112 87.99%98 136 138%資料來源:Wind,中國銀河證券研究院 四四、航航空空發發動機動機價值鏈與價值鏈與產業
144、鏈產業鏈分析分析 航空發動機產業鏈包含設計研發、加工制造(原材料、零部件、整機制造)、運營維修三個環節。我國目前已基本建立了完整的航空發動機研制和生產體系。圖圖3737:航空發動機產業鏈情況航空發動機產業鏈情況 資料來源:中國銀河證券研究院 原材料中游設計研發(占全生命周期10%)高溫合金其他鈦合金變形高溫合金撫順特鋼、中信特鋼航材院、鋼研高納西部超導、江蘇隆達鑄造高溫合金航材股份、鋼研高鈉中科院金屬所圖南股份、江蘇隆達粉末高溫合金航材院、鋼研高鈉萬澤股份、西部超導西部超導、寶鈦股份西部材料、湖南金天隱身材料華秦科技、光啟技術佳馳科技、航材院復合材料中航高科、光威復材中簡科技、火炬電子控制系統
145、614所航發控制海特高新總裝大中型航發西航公司(430)沈陽黎明(410)成發公司(420)中小型航發貴州黎陽(460)南方公司(331)哈爾濱東安(120)民用航發航發商發直升機航發南方公司(331)常州蘭翔(370)機加鍛造中航重機三角防務派克新材航宇科技航亞科技鑄造航發動力航材院中科院金屬所安吉鑄造鋼研高納圖南股份應流股份萬澤股份無錫永瀚煉石航空機加工愛樂達利君股份西菱動力神劍股份通達股份廣聯航空3D打印鉑力特光韻達沈陽發動機研究所(606)貴州航空發動機研究所(649)中國航空動力研究所(608)中國燃氣渦輪研究院(624)制造(占全生命周期40%)維護維修(占全生命周期50%)軍用維
146、修航發動力解放軍5719廠第三方維修航新科技海特高新武漢航達航空OEM合資企業珠海MTUSSAMCTEACO民航企業投資AMECOGAMECO東方航空工程技術公司整體葉盤盤件航發動力、航材院鋼研高納、航亞科技三角防務、航亞科技鋼研高納、萬澤股份環件派克新材、航宇科技中航重機、三角防務渦輪葉片航材院、煉石航空鋼研高納、萬澤股份應流股份、無錫永翰壓氣機葉片航發科技航亞科技應流股份無人機航發南方公司(331)宗申動力航瑞動力 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。36 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 (一
147、)價值鏈分析 按照成本占比拆分,研發設計占比約 10%,包括設計、試驗和制造;整機制造占比約 40%,其中整機制造可根據生產流程拆分為上游原材料、中游零部件和控制系統、下游整機制造上游原材料、中游零部件和控制系統、下游整機制造;維修運營占比約 50%,包括材料購置、零備件修理、周轉件更換等。表表2020:航空發動機成本構成分解情況航空發動機成本構成分解情況 全壽命周期階段 各階段成本構成 目標成本占比(%)全壽命周期成本占比(%)研發階段(10%)應用基礎 4 0.4 先進部件 26 2.6 技術驗證機 10 1 工程發展 10 1 型號驗證機 50 5 制造階段(40%)原材料費用 50 2
148、0 勞動力費用 25 10 其他 25 10 維護階段(50%)發動機管理 3 1.5 外場更換轉件 9 4.5 備用發動機 5 2.5 航線維修 10 5 發動機維修 22 11 零備件航材 51 25.5 資料來源:大涵道比渦扇發動機總體性能與循環參數設計、前瞻產業研究院,中國銀河證券研究院 1 1、研發設計研發設計:占全生命周期:占全生命周期 10%10%,其中型號研制費用占比,其中型號研制費用占比 50%50%航空發動機項目技術難度大、周期長、費用高、風險大航空發動機項目技術難度大、周期長、費用高、風險大。以 F135 為例,F135 發動機是 F-35“閃電 II”的動力裝置,該型發
149、動機研制中以 F119 發動機的核心機為基礎,發展同時滿足空軍、海軍和海軍陸戰隊三型飛機需求的發動機。1994 年,F135 發動機項目啟動,2016 年 12 月,該型發動機研發結束,準備進入全面生產階段,全研制周期長達 22 年。圖圖3838:F135 F135 發動機研制歷程發動機研制歷程 資料來源:美國軍用航空發動機研制與采辦程序演化規律及啟示,中國銀河證券研究院 發達發達國家長期以來高度重視航空發動機技術的研究和發展,投入大量資金,通過連續不斷的實國家長期以來高度重視航空發動機技術的研究和發展,投入大量資金,通過連續不斷的實施先進技術預先研究和驗證計劃,為其施先進技術預先研究和驗證計
150、劃,為其持續持續領先地位奠定基礎。領先地位奠定基礎。從投資規模來看,美國一直非常重視在航空發動機技術研究和發展方面的經費投入。美國航空發動機研究和發展經費在國內生產總值中的比例分別為 0.08%、0.06%。美國軍方美國軍方每年在航空發動機研究和發展方面的投入大約為 15 億美 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。37 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 元。政府投資中,政府投資中,國防部面向軍用航空發動機,其經費約占國防部全部航空經費的 20%以上。NASA面向民用航空發動機,其經費約占 NASA
151、全部航空經費的 1/3。民用公司投資中,民用公司投資中,通用電氣公司、普惠公司、羅羅公司和斯奈克瑪公司每年在航空發動機研究和發展方面的投入在 10 億美元左右。航空領域研究和發展經費一般分為基礎研究、應用研究和航空領域研究和發展經費一般分為基礎研究、應用研究和型號型號發展三大類,不同國家會根據實發展三大類,不同國家會根據實際情況進行調整或者細分。際情況進行調整或者細分。美國對研究和發展經費的分類和管理較為系統和成熟,將研究和發展經費細分為 7 類:其中,6.1 類6.3 類不針對特定型號,屬于技術基礎工作(相當于我國的預研);6.4 類、6.5 類、6.7 類針對特定型號,屬于型號發展工作;6
152、.6 類則貫穿采辦的全壽命周期。美國不針對特定型號的發動機預研經費占全部發動機研究和發展費用的 30%35%。據美國多年的航空發動機各類經費統計,其非特定型號每年經費的比例大致為 23%28%,且常年比例較為穩定。針對型號發展費用比例隨型號出臺而有較大波動。表表2121:美國航空發動機研究和發展經費的分類及成本占比美國航空發動機研究和發展經費的分類及成本占比情況情況 研究和發展經費細分 目標 研制周期成本占比(%)6.1 基礎研究(Basic Research)不針對特定型號 3%4%6.2 應用研究(Applied Research)不針對特定型號 10%12%6.3 先期技術開發(Adva
153、nced Technology Development)不針對特定型號 10%12%6.4 先期部件開發和樣機(Advanced Component Development and Prototype)型號發展 10%12%6.5 系統研制與驗證(System Development And Demonstration)型號發展 30%6.6 科研管理保障(Management Support)貫穿采辦的全壽命周期 17%6.7 作戰系統開發(Operational System Development)型號發展 30%資料來源:航空發動機的研究和發展投資規律探討,中國銀河證券研究院 觀之我國
154、,觀之我國,根據 1990 年編制的中國航空工業技術政策對航發研發階段的方案分配。50%的研發費用應為型號研制費用,預研費用 26,技術基礎 4,預先發展 10,后續工程發展 10??梢钥闯?,預研階段(技術基礎、預先發展、預研)的費用占比為 40%,而多數費用投入在型號階段(型號研制、后續工程發展)中,占研發階段的 60%。圖圖3939:航空發動機研發階段成本拆分航空發動機研發階段成本拆分 資料來源:跨世紀航空發動機預研技術的發展(劉大響),中國銀河證券研究院 50%10%4%26%10%后續工程發展技術基礎預研費用預先發展型號研制 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。38
155、Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 2 2、制造成本制造成本:占全生命周期:占全生命周期成本的成本的 40%40%,其中原材料,其中原材料價值價值占比占比 4040-60%60%航空發動機制造成本(不含控制系統)主要由兩部分組成:原材料成本、勞動力成本,分別占比在 40%-60%,25%-35%。航空發動機使用的原材料主要是高溫合金和鈦合金制品,兩者價值占比分別在 35%、30%左右。高溫合金涉及的主要材料是鎳、鈷金屬,鈦合金主要是鈦。發動機應用的其他材料還包括鋁合金、鋼等。圖圖4040:航空發動機制造成本拆分航空發動
156、機制造成本拆分 資料來源:前瞻產業研究院,中國銀河證券研究院 從零部件角度來看,對原材料加工的下一步即為零部件環節。航空發動機制造階段,零部件成本主要集中在盤軸件、葉片、框架/油箱/油池三大類。根據不同發動機類型,零部件占比有所變化。對于運輸機的大型渦扇發動機,外涵道大,無加力燃燒室,除了上述三大類零部件外,機匣及其外部配件的價值占比也較高,控制系統占比較低,葉片的價值占比近 30%;對于直升機的渦軸發動機,除三大類零部件外,控制系統、減速機構的價值占比較高,在小型渦軸發動機中的占比甚至高達 24%。對于戰斗機的加力式渦扇發動機,其外涵道較小,除三大類零部件外,加力噴管和控制系統占比較高,分別
157、約為 19%和 10%。表表2222:航空發動機航空發動機零部件價值量占比(零部件價值量占比(%)零部件類別零部件類別 大型渦扇(運輸機)大型渦扇(運輸機)小型渦軸(直升機)小型渦軸(直升機)加力式渦扇(戰斗機)加力式渦扇(戰斗機)盤軸件(壓氣機、渦輪)16 18 16 葉片(壓氣機、渦輪)29 17 14 框架、郵箱、油池 19 16 16 機匣及其外部配件 14 7 10 燃燒室 2 3 1 加力噴管 0 1 19 控制系統、附件傳動裝置 7 24 10 成型配件 3 4 4 其他組件、隔板、罩類季件 10 10 10 合計 100 100 100 資料來源:前瞻產業研究院,中國銀河證券研
158、究院 原材料成本50%其他25%勞動力成本25%原材料成本其他勞動力成本高溫合金35%鋁合金,鋼及其他35%鈦合金30%高溫合金鋁合金,鋼及其他鈦合金 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。39 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表表2323:典型典型航空發動機航空發動機零部件零部件價值量占比(價值量占比(%)發動機部件及系統發動機部件及系統 J J7979-1717 F F100100 F F101101 T TF F(運輸機)(運輸機)G GE E 發動機發動機 T T700700(直升機)(直升
159、機)風扇 無 6.3 7.9 19.4 14.6 無 壓氣機 29.0 18.7 9.8 10.9 4.7(低壓)11.8(高壓)3.8 燃燒室 2.8 3.1 4.3 3.3 4.4 8.1 高壓渦輪 16.2 10.4 14.3 11.8 14.0 12.5 低壓渦輪 無 5.1 7.5 23.2 16.7 9.8 加力燃燒室和噴管 13.4 26.0 22.7 無 無 無 機匣和外部結構 6.5 7.8 7.3 15.9 15.0 9.4 控制系統和附件 16.5 11.5 14.3 3.8 11.4 22.5 軸承和傳動 5.9 3.1 2.6 5.2 3.5 8.3 其他和裝配 9.
160、7 8.0 9.3 16.5 2.8 25.6(含減速裝置)合計 100 100 100 100 100 100 資料來源:前瞻產業研究院,中國銀河證券研究院 3 3、維護成本維護成本:占全生命周期占全生命周期 5 50%0%,其中,其中零備件航材零備件航材價值價值占占比比 5 51%1%從全壽命周期角度,航空發動機維護階段費用高于整機采購成本,約占全生命周期價值量的50%,其中零備件航材價值占比 51%、發動機大修和零部件修理占比 22%、航線維修占比 10%、外場更換周轉件占比 9%和其他占比 8%。需要重點強調的是,發動機的維修(大修)成本就是車間成本,即與維修項目直接對應的成本,而不考
161、慮折扣、增值稅、索賠、封頂價格等商務因素。根據發動機維修廠商提供的大修流程,發動機的車間成本可以分成人工時費用、材料采購費用以及部附件修理費用三大類。其中,工時費用通常在大修的總成本中僅占 3%左右;材料費用在總成本中占比約為 75%,是發動機大修的最主要的組成部分;修理費用包含了內部修理和委外修理兩部分,約占總成本的 20%-25%。圖圖4141:發動機大修費用構成示意圖以及成本示意圖發動機大修費用構成示意圖以及成本示意圖 資料來源:X 航空公司飛機發動機大修成本管理優化研究,中國銀河證券研究院 工時21%修理3%壽命件31%流道件32%周轉航材13%材料76%工時修理壽命件流道件周轉航材
162、請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。40 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 (二)產業鏈分析 1 1、上游材料上游材料:冷端以鈦為主、熱端以鎳基合金、鈦合金和鋼為主:冷端以鈦為主、熱端以鎳基合金、鈦合金和鋼為主 航空發動機設計和制造技術的先進性在很大程度上取決于所使用材料的水平。航空發動機設計和制造技術的先進性在很大程度上取決于所使用材料的水平。航空發動機的迭代路徑首先是“動力先行”,即航空發動機以飛行器的發展需求為牽引,需提前 5-8 年發展;其次是“材料先行”,即研發一個新材料,制造成零件并裝到
163、航空發動機上大約需要 30 年,研發周期長,技術難度大,因此,航空發動機的先進性在一定程度上取決于所使用材料的水平。隨著對新型航空隨著對新型航空發動機推重比要求發動機推重比要求的的不斷提高,航空發動機材料進入冷端以鈦為主、熱端以鎳、鈦、鋼為主不斷提高,航空發動機材料進入冷端以鈦為主、熱端以鎳、鈦、鋼為主的時代。的時代。圖圖4242:航空發動機材料結構的發展情況航空發動機材料結構的發展情況 資料來源:公司公告,中國銀河證券研究院 先進發動機除具有較高的性能指標外,還要全面滿足可靠性、安全性、經濟性、適航性、環保性等要求,對材料和工藝提出了新的發展需求。因航空發動機各個部位承受溫度、壓力等工作環境
164、和工作任務皆不相同,因此不同結構可能用到多種復合材料和合金。如鈦合金通常用作航空發動機的壓氣機葉片、機匣、發動機艙和隔熱板等;鋁合金通常用于發動機艙、艙體結構、承載壁板和燃料儲箱等;熱端部件多用高溫合金。表表2424:航空發動機主要使用材料及對應部件航空發動機主要使用材料及對應部件 材料類別材料類別 主要應用位置主要應用位置 合金 鋁合金 發動機艙、艙體結構、承載壁板、梁、儀器安裝框架、燃料儲箱等 鈦合金 航空發動機的壓氣機葉片、機匣、發動機艙和隔熱板等 超高強度鋼 航天發動機殼體、發動機噴管、軸承和傳動齒輪 高溫合金 適合用作發動機熱端部件 鎂合金 航天發動機機匣、齒輪箱等 復合材料 碳碳復
165、合材料 目前已有部分應用,例如美國的 F119 發動機上的加力燃燒室的尾噴管,F100 發動機的噴嘴及燃燒室噴管,F120 驗證機燃燒室的部分零件已采用 C/C 基復合材料制造。陶瓷基復合材料 短期目標為尾噴管、火焰穩定器、渦輪罩環等;中期目標是應用在低壓渦輪葉片、燃燒室、內錐體等;遠期目標鎖定在高壓渦輪葉片、高壓壓氣機和導向葉片等應用 樹脂基復合材料 航空發動機冷端部件(風扇機匣、壓氣機葉片、進氣機匣等)和發動機短艙、反推力裝置等部件上得到廣泛應用 金屬基復合材料 適合用作發動機的中溫段部件 資料來源:一代新材料,一代新型發動機:航空發動機的發展趨勢及其對材料的需求,中國銀河證券研究院 請務
166、必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。41 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 圖圖4343:航空發動機主要部件及對應材料航空發動機主要部件及對應材料 資料來源:航空產業網,中國銀河證券研究院 I.I.高溫合金高溫合金:在新型航空發動機中,高溫合金用量占發動機總重量的在新型航空發動機中,高溫合金用量占發動機總重量的 40%60%40%60%以上以上 高溫合金指能夠在 600以上及一定應力條件下長期工作的一類金屬材料,具有優異的高溫強度、良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能,是軍民用航空發動機熱端部件不可替代的關鍵材料
167、。據航空發動機材料結構的發展情況,在新型的航空發動機中,高溫合金用量占發動機總重量的在新型的航空發動機中,高溫合金用量占發動機總重量的 40%60%40%60%以上,以上,其關鍵熱端承力部件(紅色部分)全部為高溫合金。其關鍵熱端承力部件(紅色部分)全部為高溫合金。具體應用部件包括燃燒室、導向器、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端部件,此外還用于機匣、環件、加力燃燒室和尾噴口等部件。圖圖4444:航空航空發動機發動機中高溫合金應用部位(紅色部分)中高溫合金應用部位(紅色部分)資料來源:新材料在線,中國銀河證券研究院 高溫合金根據工藝不同,可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末高溫合金高溫合金根據工藝不同,
168、可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末高溫合金 3 3 種不同類型。種不同類型。其中其中,變形高溫合金變形高溫合金占比超過 70%,鑄造高溫合金占比為 20%,粉末高溫合金不到 10%。變形高溫合金變形高溫合金具有良好的力學性能,仍然是航空發動機熱端部件制造的主要材料之一,應用范圍最廣,主要用于制造航空發動機高壓壓氣機后面級葉片、盤、機匣、燃燒室機匣等零部件。在我國,渦輪盤中變形高溫合金 GH4169 合金用量最大、應用范圍最廣。鑄造高溫合金鑄造高溫合金具有較好的抗氧化和抗熱腐蝕性能,主要用于制造高低壓渦輪工作葉片和導向葉片等零部件。航空發動機葉片經歷著等軸晶、第二代定向柱晶、第三代單晶的工藝
169、升級過程,渦輪葉片的承溫能力得到了大幅提升。我國的鑄造高溫合金緊隨世界鑄造高溫合金的發展步伐,成體系地發展了從普通鑄造高溫合金到單晶高溫合金的眾多高溫合金牌號。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。42 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表表2525:我國主要的我國主要的鑄造鑄造高溫合金牌號及相應的研制單位高溫合金牌號及相應的研制單位 類型類型 合金牌號合金牌號 主要研制單位主要研制單位 等軸晶合金 K401、K403、K405、K406、K406C、K419、K825、K477、K4022 K418
170、、K418B、K423、K423A、K424、K480、K213、K4169 K417、K417G、K438、K438G、K441、K491、K417L K409、K640 北京航空材料研究院 冶金部鋼鐵研究總院 中國科學院金屬研究所 上海鋼鐵研究所 定向柱晶合金 DZ4、DZ5、DZ22、DZ22B、DZ125 DZ17G、DZ40M、DZ38G、DZ125L 北京航空材料研究院 中國科學院金屬研究所 單晶合金 DD3、DD4、DD6 DD402 DD8 北京航空材料研究院 冶金部鋼鐵研究總院 中國科學院金屬研究所 資料來源:航空發動機高溫材料的研究現狀及展望,中國銀河證券研究院 粉末高溫合
171、金粉末高溫合金是用粉末冶金工藝制備的高溫合金,組織均勻、細小,提高合金的屈服和抗疲勞強度,主要用于制造航空發動機渦輪盤、壓氣機盤、鼓筒軸、封嚴盤、封嚴環、導風輪及渦輪盤高壓擋板等高溫承力轉動部件。粉末冶金工藝解決了高合金化高溫合金鑄造偏析、熱工藝性能差的缺點,使高合金化高溫合金能夠應用于工業生產,從而達到進一步提高航空發動機性能的目的。目前用于工業生產的粉末冶金高溫合金牌號有 FGH95、FGH96、FGH97 等。圖圖4545:高溫合金高溫合金在航空發動機上的應用在航空發動機上的應用 資料來源:圖南股份招股書,中國銀河證券研究院 目前,我國從事高溫合金研發及制備的企業及研究所等單位共有十余家
172、,已經形成了相對完整目前,我國從事高溫合金研發及制備的企業及研究所等單位共有十余家,已經形成了相對完整的高溫合金生產體系。的高溫合金生產體系。高溫合金產業鏈由上游原材料及設備供應商、中游高溫合金材料及制品生產商、下游應用終端組成。中游高溫合金材料及制品生產商作為核心環節,主要包含三類參與者。第一類是兼具高溫合金材料研發能力與生產能力的科研單位,包括鋼研高納、北京航材院、中科院金屬所等;第二類是以撫順特鋼、寶鋼特鋼、長城特鋼為代表的特鋼廠;第三類是以西部超導、圖南股份、隆達股份、應流股份等為代表的新興冶金企業或金屬加工企業,多數為民營背景。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。4
173、3 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表表2626:高溫合金產業鏈高溫合金產業鏈 上游上游 供應商供應商 原材料供應商原材料供應商 設備供應商設備供應商 基體原材料 添加金屬 真空感應熔煉爐、保護氣氛電渣爐、真空自耗爐、電子束熔爐等 金川集團、上海炬上海炬嘉合金材料有限公司、中信錦州金屬股份有限公司、丹陽航太再生資源有限公司等 ALD(德)、CONSARC(美)、RETECH(美)、INTECO(奧)、錦州航星真空設備有限公司、沈陽真空技術研究所、沈陽東大中烏冶金技術工程有限公司、寶雞稀有金屬裝備設計研制所等 中游中
174、游 制造商制造商 研發單位研發單位 變形高溫合金變形高溫合金 鑄造高溫合金鑄造高溫合金 粉末高溫合金粉末高溫合金 鋼研所 621 所 中科院金屬所 北京科技大學 沈鑄所 合金 熔煉 精密 鍛造 精密 機加工 母合金 熔煉 精密 鑄造 精密 機加工 母合金 熔煉 制粉 精密 機加工 撫順特鋼 621 所 鋼研高納 西部超導江蘇隆達 中航重機 二重萬航 三角防務 圖南股份 無錫透平 主機廠:沈陽黎明 貴州黎明 西航公司 南方株洲 航材股份 鋼研高鈉 中科院金屬所 圖南股份 江蘇隆達 主機廠:沈陽黎明 貴州黎明 西航公司 南方株洲 貴航公司 其他:621 所 鋼研高鈉 主機廠:沈陽黎明 貴州黎明 西
175、航公司 南方株洲 其他:應流股份 航材院 沈陽鑄造研究所 鋼研高鈉 萬澤股份 航材院 鋼鐵研究總院 西安歐中材料科技 航材院 鋼研高鈉 萬澤股份 下游下游 應用應用 中國航空發動機研究院、株洲動力機械研究所、沈陽發動機設計研究所、貴陽發動機設計研究所、中國燃氣渦輪研究所、沈陽黎明發動機制造公司、中國航發成都發動機有限公司、西安航空發動機集團有限公司、貴州黎陽航空發動機有限責任公司、中國航發南方工業有限公司 資料來源:wind、各公司公告與招股書,中國銀河證券研究院 航空航天領域是高溫合金最航空航天領域是高溫合金最大應用場景。大應用場景。目前,高溫合金主要應用于發動機領域,包括航空發動機、航天火
176、箭發動機和各種工業用燃氣渦輪發動機。根據 Roskill 統計數據,在高溫合金的下游應用中,按價值來分,航空航天領域應用占比 55%,其次是電力領域,應用占比為 20%。隨著新型高溫合金材料的不斷發展,其下游應用場景和市場需求也在迅速擴張。圖圖4646:全球高溫合金材料應用領域全球高溫合金材料應用領域(按價值分)(按價值分)資料來源:Roskill,中國銀河證券研究院 根據我們此前發布的深度報告最是春好處,布局正當時,我們對高溫合金主要應用領域的未來需求進行梳理統計,預計未來每年我國高溫合金需求約 5.82 萬噸,市場空間廣闊。55%20%10%7%3%3%2%航空航天電力機械工業汽車石油化工
177、其他 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。44 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表表2727:我國我國高溫合金高溫合金在各領域主要需求預測(按重量統計)在各領域主要需求預測(按重量統計)軍用航空發動機 假設發動機平均的高溫合金需求均為 4.25 噸/臺 未來 10 年需求 11.8 萬噸 11805 商用航空發動機 假設未來 20 年我國共接收 9000 架飛機來算,其中 20%國產 假設每臺發動機高溫部件 1.5 噸,成材率 30%未來 20 年需求 2.54 萬噸 1271 航天發動機 假設未
178、來 10 年間維持每年至少 80 次航天發射 假設單枚火箭的高溫合金部件質量占比 25%未來 10 年需求達 7600 噸 760 工業發電用燃機 假設單臺燃氣輪機可發電 30 兆瓦;假設每年新增裝機 400 臺“十四五”期間需求達 12 萬噸。24000 管道增壓用燃機 假設天然氣管線每 100-200 公里設有一個壓氣站,每個壓氣站平均裝備 2 臺燃氣輪機“十四五”期間需求達 4.2 萬噸 8400 軍用艦船用燃機 假設平均每艘艦艇需 3 臺燃氣輪機 假設艦船的燃氣輪機應用比例為 50%-1260 核電建設 假設一座 100 萬千瓦的核電機組消耗 500 噸高溫合金 2022-2025 年
179、高溫合金需求為 12096 噸;“十五五”期間高溫合金需求量約為 20105 噸.3024 汽車 假設未來汽車總產量維持 3%增速,且新能源車滲透率不斷提升 2022-2025 年,商用汽車高溫合金需求量為 3.06萬噸,呈逐年遞減態勢。7655 合計 58175 資料來源:銀河軍工_最是春好處,布局正當時,中國銀河證券研究院 國內相關上市公司正積極進行擴產計劃。國內相關上市公司正積極進行擴產計劃。其中撫順特鋼將在 2022-2023 年度使用自有資金投資建設相關技術改造項目提升現有產能瓶頸,計劃投資總額 10.76 億元;隆達股份募投項目擬于2022 年開始建設,2025 年建設完成,預計
180、2026 年新增產能 6,000 噸,2027 年和 2028 年分別增加 2,000 噸,公司將在 2028 年形成 18,000 噸高溫合金產能(鑄造高溫母合金 5,000 噸,變形高溫合金 13,000 噸);中航上大擬募集資金建設年產 8,000 噸超純凈高性能高溫合金。我們預計行業產能有望快速提升,供給能力將明顯改善??偨Y來看,總結來看,高溫合金產業具有較高技術壁壘,前期投入大、認證周期長,新進入者很難在短期高溫合金產業具有較高技術壁壘,前期投入大、認證周期長,新進入者很難在短期取得優勢。取得優勢。同時,軍用高溫合金應用端轉換成本高,尤其是航空航天領域,一旦供應商確定,通常不會輕易更
181、換,先發優勢較為明顯。因此,我們認為未來高溫合金行業強者恒強,生產要素和產業機會將流向頭部企業,具備技術優勢的龍頭公司有望獲得更多的行業發展紅利。建議關注撫順特鋼(600399.SH)、西部超導(688122.SH)、鋼研高納(300034.SZ)、圖南股份(300855.SZ)。II.II.鈦合金鈦合金:先進航空發動機中,高溫鈦合金用量占發動機總:先進航空發動機中,高溫鈦合金用量占發動機總重重量的量的 2525-40%40%鈦合金指的是多種用鈦與其他金屬制成的合金金屬。鈦合金指的是多種用鈦與其他金屬制成的合金金屬。早期制約鈦合金運用的主要因素在于冶煉成本及加工成本長期居高不下,隨著冶煉及鍛造
182、技術的進步,鈦合金使用范圍逐漸擴大。選用鈦合金作為飛機結構件的優勢如下:結構減重。結構減重。鈦在具備高強度的同時密度僅有 4.54g/cm3,比強度高于其他多數金屬結構材料。鈦合金比同等強度的鋼的密度低 40%,代替鋼和鎳基合金甚至高強度鋼時,能夠大量減重。突破體積限制。突破體積限制。當結構載荷比較高、采用鋁合金又受到結構空間限制時,強度較高的鈦合金成為較理想的材料。波音飛機上采用大鈦合金鍛件以降低結構體積,比如起落架、框、梁。耐高溫。耐高溫。較高的工作溫度也是鈦合金的一大優勢。傳統鋁合金僅能適用于 130150,在高溫區域,采用鈦合金更適宜,可以提高結構效率。耐腐蝕。耐腐蝕。鈦在常溫下會迅速
183、形成致密氧化膜,具有優良的耐腐蝕性,使其在腐蝕嚴重區域得以大量應用。實際上鈦合金在民用飛機運營環境中,幾乎不會發生腐蝕現象。領域 主要假設 未來十年需求量 年均需求(噸)請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。45 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 根據基體組織的不同,鈦合金可以分為三類,分別為 合金、(+)合金和 合金。型和近 型鈦合金具有良好的蠕變、持久性能和焊接性,適合在高溫環境下使用。近 型和 型鈦合金盡管在室溫至 300具有高拉伸強度,但在更高溫度下其蠕變抗力和持久性能急劇下降。+型鈦合金不僅
184、具有良好的熱加工性能,且在中溫環境下具備良好的綜合性能。按照發動機零件的使用環境和對材料的性能要求,型、近型、近 型和型和+型鈦合金更能滿足發動機的工作要求,型鈦合金更能滿足發動機的工作要求,廣泛用于發動機冷端部件。廣泛用于發動機冷端部件。鈦產業的直接上游為礦產開采和冶煉,產品主要為鈦精礦和鈦鐵礦,中游鈦材產品分為板材(市場結構占比 56.3%)、棒材(21.9%)、管材(11.9%)、鍛件(5.3%)等,主要用于化工(市場結構占比 50%)、航空航天(23%)、醫藥(4%)等。圖圖47:2 2022022 年我國鈦材產品結構年我國鈦材產品結構 圖圖48:20222022 年我國年我國下游用量
185、占比情況下游用量占比情況 資料來源:中國有色金屬工業協會鈦鋯鉿分會,中國銀河證券研究院 資料來源:中國有色金屬工業協會鈦鋯鉿分會,中國銀河證券研究院 中低端鈦產品中低端鈦產品已已實現自給自足實現自給自足,高端鈦材仍依賴進口高端鈦材仍依賴進口。需求結構上,我國中低端鈦產品已實現自給自足,盈余產能向國外釋放。根據中國海關總署數據,2022 年我國各類鈦材進口 7479 噸(5.52億美元),與 2021 年基本持平;出口 26,313 噸(7.59 億美元),同比增長 22%。目前我國鈦材產能已成為世界第一,但與美日俄在鈦加工技術上仍有較大差距,10-15%的鈦材需求依賴進口。在供給結構上,我國鈦
186、加工材產業集中度較高在供給結構上,我國鈦加工材產業集中度較高。市場份額主要由寶鈦股份(600456.SH)、西部超導(688122.SH)和西部材料(002149.SZ)占據。根據中商產業研究院數據,2021 年前三家企業市場份額達 47.0%,前十家企業市場占比達 78.7%,其中寶鈦股份為我國最大的鈦及鈦加工材生產企業,占據我國 20%以上市場份額。圖圖4949:鈦加工行業市場競爭格局鈦加工行業市場競爭格局 資料來源:中商產業研究院,中國銀河證券研究院 在國外先進航空發動機中,高溫鈦合金用量已占發動機總質量的在國外先進航空發動機中,高溫鈦合金用量已占發動機總質量的 2 25 5-40%40
187、%,如第三代發動機F100 的鈦合金用量為 25%、第四代發動機 F119 的鈦合金用量為 40%。國內航空發動機鈦合金用量較國外先進水平尚有差距,例如我國設計制造的 WP13 發動機用鈦量為 13%、WP-14 提升至 15%,56.29%21.85%11.92%5.30%1.99%1.32%0.66%0.66%板材鈦棒管材鍛件箔帶材絲線材鑄件其他50%23%4%4%3%3%2%1%1%9%化工航空航天醫藥電力船舶海洋工程體育休閑冶金制鹽其他22%15%10%53%寶鈦股份西部超導西部材料其他 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。46 Table_ReportTypeInd
188、exTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 國產第三代大推力渦扇發動機 WS-10 發動機鈦合金用量約為 25%。2021 年中科院金屬研究所研制的鈦鋁合金的發動機葉片首次應用于 CJ1000,助力國產大飛機打破進口依賴。隨著國內高端鈦合金產業逐步成熟以及新機型(包括發動機)對鈦合金需求的提升,行業相關上市公司將深度受益,建議關注寶鈦股份(600456)、西部超導(688122)、西部材料(002149)等。III.III.隱身材料隱身材料:降低進降低進/排氣系統的紅外和雷達特征排氣系統的紅外和雷達特征實現實現發動機發動機“隱身隱身”發動機實現隱身,即降低進發動機
189、實現隱身,即降低進/排氣系統的紅外和雷達特征,是戰斗機實現隱身的重要前提。排氣系統的紅外和雷達特征,是戰斗機實現隱身的重要前提。渦扇發動機是作戰飛機的主要動力,其進/排氣系統是重要的雷達散射源和紅外輻射源。發動機雷達隱身技術就是通過對腔體結構的設計、材料的選擇等措施來減小進/排氣系統在雷達入射波方向上的反射波強度,從而降低飛機被敵方雷達發現的概率。雷達散射源:雷達散射源:渦扇發動機進氣系統腔體、排氣系統腔體、各種縫隙和邊緣是主要的雷達波散射源,其雷達特征與腔體、縫隙和邊緣的形狀、大小及材料的電磁特性有關。紅外輻射源。紅外輻射源。發動機的進氣系統腔體、排氣系統腔體和尾噴流是重要的紅外輻射源。發動
190、機紅外隱身技術就是通過各種措施盡量降低進/排氣系統在威脅方向上的紅外輻射特征,從而降低敵方紅外探測系統發現的概率。常用的進/排氣系統雷達隱身技術主要有遮擋雷達散射源、邊緣修形、雷達波吸收材料和結構吸收雷達波能量等。常用的進/排氣系統紅外隱身技術主要有遮擋紅外輻射源、高溫壁面的冷卻和尾噴流的快速降溫、合理的表面材料選擇、合理設計降低紅外特征。一般而言,雷達隱身和紅外隱身技術都將導致進/排氣流道的總壓損失增加,從而導致發動機推力的下降和耗油率的升高。表表2828:常用的常用的發動機發動機進進/排氣系統排氣系統隱身技術隱身技術 隱身隱身 特征特征 雷達隱身技術 遮擋雷達散射源,使其避免或減少被雷達波
191、直接照射的機會;進氣口、噴口和縫隙等各種邊緣修形,使雷達波的主要反射方向偏離威脅方接收機;在被雷達波直接照射和反射波照射的表面上采用雷達波吸收材料和結構吸收雷達波能量,減少雷達波的反射。紅外隱身技術 遮擋紅外輻射源,避免或減少其被紅外探測器直接觀測的機會;高溫壁面的冷卻和尾噴流的快速降溫;合理的表面材料選擇;通過發動機熱力循環參數的合理設計降低紅外特征。激光隱身材料 降低目標表面的反射系數,減小激光探測器的回波功率,降低激光探測器的性能 多頻譜隱身材料 在多頻段、多手段探測技術發展背景下出現的新型隱身材料,具有多重隱身功能或寬頻段隱身功能,常見的有雷達/紅外兼容隱身、可見光/紅外兼容隱身材料
192、資料來源:飛發一體化設計中的發動機隱身問題,中國銀河證券研究院 國外隱身技術起步較早,已形成系統化解決方案。國外隱身技術起步較早,已形成系統化解決方案。世界軍事強國的武器裝備隱身化呈現出從部分隱身到全隱身、從單一功能隱身到多功能隱身、從少數武器裝備隱身到實現多數主戰兵器裝備隱身的循序漸進的發展趨勢,且隱身技術正向“多頻譜、全方位、全天候、智能化”的方向發展。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。47 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表表2929:國外隱身材料發展情況國外隱身材料發展情況 國家國家 隱
193、身材料發展概況隱身材料發展概況 美國 主要的隱身方式采用隱身涂層材料及結構隱身復合材料 典型代表:F-117A 隱身攻擊戰斗機、F-22 戰斗機、F-35 戰斗機、B-2 隱身戰略轟炸機 以 F-22 戰斗機為例,其重點部位(如進氣道和機翼前后緣)采用了將隱身涂層涂覆于吸波結構材料表面的方法,高頻雷達信號被表面吸波涂層吸收,低頻雷達信號則被吸波結構材料吸收 俄羅斯 采用等離子體隱身技術,通過在飛機或導彈某些部位加等離子體發生器,在飛行器表面形成等離子云。等離子云團對電磁波在其中的傳播影響很大,可以反射、折射或吸收在其中傳播的電磁波能量,從而達到隱身目的 3M25“流星”高超音速戰略巡航導彈采用
194、等離子發生裝置隱身 法國 馬特拉防御公司研制成功耐 1000高溫陶瓷基隱身材料,可以用作亞音速導彈某些部位的面層,如噴管或進氣道 SiC/SiC 陶瓷基復合隱身材料已經成功應用 M88-2 發動機噴管外調節片和 F100 型發動機調節片 日本 日本三菱重工研制的空艦導彈 ASM-1 和地艦導彈 SSM-1 的彈翼等部位均采用了結構型吸波材料 資料來源:華秦科技招股說明書,中國銀河證券研究院 目前主流隱身材料依然以隱身涂層和結構隱身復合材料為主,但新的隱身機理和技術手段(如仿生技術隱身、等離子體隱身、微波傳播指示隱身、有源隱身技術等)、新型隱身材料的研制(如手性材料、納米隱形材料、導電高聚物材料
195、、光子晶體、智能型隱形材料等)也在不斷發展。國內隱身材料市場尚處于早期階段,發展空間巨大,建議關注相關上市公司,包括華秦科技(688281.SH)、光啟技術(002625.SZ)、佳馳科技(A22176.SH)、新勁剛(300629.SZ)等。IV.IV.復合材料復合材料:未來航空發動機研制中,新材料對性能提高的貢獻率為:未來航空發動機研制中,新材料對性能提高的貢獻率為 50%50%-70%70%開發開發和應用輕質、高強、耐高溫的材料是提升航空發動機減重效率、推重比、燃油經濟性的重和應用輕質、高強、耐高溫的材料是提升航空發動機減重效率、推重比、燃油經濟性的重要手段,也是航空發動機未來的發展趨勢
196、。要手段,也是航空發動機未來的發展趨勢。一代材料、一代航空發動機,材料是決定航空發動機性能、耐久性、維修性和成本的重要因素。復合材料的發展為發動機性能的持續提升帶來可能。航空航空發動機廣泛使用的復合材料主要包括樹脂基復合材料、陶瓷基復合材料和金屬基復合材料。發動機廣泛使用的復合材料主要包括樹脂基復合材料、陶瓷基復合材料和金屬基復合材料。樹脂基復合材料:樹脂基復合材料:以樹脂材料為基體的纖維增強材料,通常使用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維或者芳綸等纖維增強體。目前廣泛應用的樹脂主要包括環氧樹脂、雙馬樹脂和聚酰亞胺樹脂,增強纖維主要包括碳纖維、玻璃纖維。樹脂基復合材料的服役溫度一般不超過 350,因
197、其良好的抗疲勞性、抗腐蝕性、減震性等優勢,廣泛用于航空發動機的航空發動機的進氣道、風扇整流罩等關鍵冷端部件進氣道、風扇整流罩等關鍵冷端部件。圖圖5050:樹脂基復合材料在國外先進航空發動機冷端上的主要應用部位樹脂基復合材料在國外先進航空發動機冷端上的主要應用部位 資料來源:航空制造網,中國銀河證券研究院 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。48 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 陶瓷基復合材料:陶瓷基復合材料:以陶瓷為基體與各種纖維復合的一類復合材料,因其具備低密度、耐高溫、抗氧化等特性,成為航空發
198、動機用高溫材料的重要部分。目前高溫合金的耐溫極限維持在 1100附近,而陶瓷基復合材料的耐溫能力可提升至 1200-1350。此外,陶瓷基復合材料構件質量通常為鎳基高溫合金構件質量的 1/4-1/3,可通過減輕質量提升燃油經濟性。此外,陶瓷基復合材料的明顯缺陷是脆性,應力狀態時會產生裂紋甚至斷裂。因此,具有優良韌性的纖維增強陶瓷基復合材料是提升陶瓷韌性和可靠性的有效方法。圖圖5151:材料所能承受的溫度極限示意圖材料所能承受的溫度極限示意圖(拉伸載荷(拉伸載荷 1 137MPa37MPa、持久壽命、持久壽命 1 1000h000h 條件)條件)資料來源:航空動力,中國銀河證券研究院 目前各大航
199、空發動機制造商正積極推進連續纖維增強陶瓷基復合材料在航空發動機上的應用。如法國斯奈克瑪公司生產的連續纖維增強陶瓷基復合材料的調節片、封嚴片等部件已經裝機使用。英國羅羅公司則計劃在未來航空發動機渦輪盤、渦輪葉片、高壓壓氣英國羅羅公司則計劃在未來航空發動機渦輪盤、渦輪葉片、高壓壓氣機葉片、機匣、燃燒室、尾噴管等部件均采用陶瓷基復合材料機葉片、機匣、燃燒室、尾噴管等部件均采用陶瓷基復合材料。金屬基復合材料:以金屬及其合金為基體,與一種或幾種金屬或非金屬增強相人工結合成的復合材料,其增強材料大多為無機非金屬,比如陶瓷、碳、石墨及硼等。金屬基復合材料在的橫向及剪切強度較高,與樹脂基復合材料相比,其韌性及
200、疲勞等綜合力學性能較好,廣泛用于航空發動機的渦輪風扇葉片、渦輪及壓氣機密封元件等承力組件廣泛用于航空發動機的渦輪風扇葉片、渦輪及壓氣機密封元件等承力組件。高溫涂層材料:高溫涂層材料主要作用是保護航空發動機熱端部件不受高溫燃氣的氧化侵蝕,延長發動機的使用壽命。目前已使用的高溫涂層材料主要有鋁化物、MCrAIY 涂層以及熱障涂層等。根據航空發動機結構及其關鍵材料技術分析,未來航空發動機研制中,新材料對性能提高未來航空發動機研制中,新材料對性能提高的貢獻率為的貢獻率為 50%50%-70%70%,材料和制造技術對減重的貢獻率為,材料和制造技術對減重的貢獻率為 70%70%-80%80%。航空發動機的
201、發展和迭代離不開新材料尤其是復合材料的不斷優化與創新,建議關注國內從事航空發動機復合材料生產與研究的上市公司包括中航高科(600862.SH)、光威復材(300699.SZ)、中簡科技(300777.SZ)等。2 2、中游中游零部件零部件制造制造:鍛件重量占發動機結構鍛件重量占發動機結構總總重量的重量的 55%65%55%65%,精密鑄造技術精密鑄造技術要求要求高高 航空發動機零部件行業產業鏈主要由上游的原材料供應商、中游的零部件供應商、單元體供應商、下游的發動機整機制造商構成。整機制造商主要分布于美國、法國、英國等,單元體制造商主要分布于日本、歐洲國家。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有
202、限公司免責聲明。49 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表表3030:航發中游制造參與企業航發中游制造參與企業 代表廠商代表廠商 特點特點 單元體/組件制造商 MTU、ITP、Avio、VolvoAero、MHI、IHI、SAB、TEI 等 在航空發動機單元體的設計和制造方面具有自身獨特優勢,具備自主研發設計能力 整機制造商采取風險收益共享機制(RRSP)聯合單元體制造商進行綁定,共享發動機開發、制造、交付使用期間的風險和收益 集中于歐美、日本等工業發達國家 成品零部件制造商 GKN、RLC、HANWHA、AIDC、
203、LISI、ADindustries、航發科技、航亞科技、新研股份等 主要為整機廠商、單元體制造商提供發動機的零部件,遵循嚴格的供應商認證制度 多分布于新興市場 鑄鍛件及毛坯件供應商 PCC、中航重機、三角防務、鋼研高納、圖南股份等 主要為單元體制造商、成品零部件制造商提供鍛鑄毛件及毛坯件 遵循嚴格的供應商認證制度 資料來源:公司公告,中國銀河證券研究院 按發動機不同部位來分按發動機不同部位來分。航空發動機是由三萬多個零部件構成的精密的、復雜的系統。它主要分為五大部件,按照氣流流動方向,即進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管,其中發動機核心機包含中間三大部件。表表3131:發動機核心機主要部件及
204、其生產工藝發動機核心機主要部件及其生產工藝 核心機核心機 部件部件 生產工藝生產工藝 壓氣機 靜子(工作輪)葉片 精密鍛造 葉盤 盤類鍛件(高溫鈦合金)整體葉盤 精密鑄造 軸 鍛造 轉子(導向器)葉片 精密鍛造(變形高溫合金)機匣 環鍛(高溫鈦合金)渦輪 工作葉片 精密鑄造(鑄造母合金)導向器(導向葉片)精密鑄造(鑄造母合金)渦輪盤 鑄鍛工藝/粉末冶金(變形高溫合金、粉末高溫合金)燃燒室 部分型號使用盤類鍛件(變形高溫合金、不銹鋼和結構鋼)資料來源:公司公告,中國銀河證券研究院 按照不同成形工藝按照不同成形工藝分分。發動機零部件的制造工藝過程從毛坯成形開始,零件毛坯按照不同的成形工藝,分為鍛件
205、、鑄件、焊接結構件、沖壓件等,經過熱處理、精加工、模塊化制造等工藝過程,成為符合特定要求的零部件或模塊化總成。圖圖5252:零部件產業鏈零部件產業鏈 資料來源:中為咨詢網,中國銀河證券研究院 I.I.鍛造鍛造:先進航空發動機中高溫合金和鈦合金鍛件重量占發動機總結構重量的:先進航空發動機中高溫合金和鈦合金鍛件重量占發動機總結構重量的 55%65%55%65%鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力,使其產生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法,是鍛壓(鍛造與沖壓)的兩大組成部分之一。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產生的鑄態疏松等缺陷,優化微觀組織結構,同時由于保存了完整的
206、金屬流線,鍛件的機械性能一般優于同樣材料的鑄件。根據成形機理,鍛造可分為自由鍛、模鍛、輾環。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。50 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表表3232:鍛造分類鍛造分類 工藝名稱工藝名稱 工藝描述工藝描述 特點特點 自由鍛 指用簡單的通用性工具,使坯料產生變形而獲得所需的幾何形狀及內部質量的鍛件的加工方法。工具和設備簡單,通用性好,成本低。鍛件形狀簡單,操作靈活。模鍛 模鍛又分為開式模鍛和閉式模鍛。金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內受壓變形而獲得鍛件。由于有模膛引導金屬的
207、流動,鍛件的形狀可以比較復雜。鍛造流線按鍛件輪廓分布,從而提高了零件的力學性能和使用壽命。操作簡單,易于實現機械化,生產率高 輾環 輾環是指通過專用設備輾環機生產不同直徑的環形零件;通過軋制將帶孔的坯料,厚度輾薄,直徑擴大成環形零件。與傳統的模鍛比較,其優點為:1、由于是回轉成形,接觸面積小,故軋制壓力減少,設備噸位小。2、可以做大型環類零件。3、材料利用率高。沒有模鍛飛邊與拔模斜度,尺寸精度高。4、內在質量好。碾環變形為徑向壓縮,周向延伸,金屬纖維沿環件周圍連續分布,有利于環形零件的承載與耐磨性能。資料來源:公司公告,中國銀河證券研究院 先進航空發動機中高溫合金和鈦合金鍛件重量占發動機總結構
208、重量的先進航空發動機中高溫合金和鈦合金鍛件重量占發動機總結構重量的 55%65%55%65%。隨著高新技術武器裝備向小型化、精確化、輕量化、高可靠、低成本方向發展,對結構件及其成形工藝的要求越來越高,促使塑性成形技術向精密、整體、復雜、高性能、高可靠、低成本方向發展。美國航空工業中的精密模鍛件占零件品種的 80以上,俄羅斯占到 70%75%,日本占到 63.9%。盤類鍛件:渦輪風扇式發動機的盤件主要包括風扇、壓氣機、渦輪及部分型號中的燃燒室。環形鍛件:主要為機匣和其他環鍛件。按價值計算,航空發動機環形鍛件約占航空發動機價值的 6%。圖圖53:航空發動機盤類航空發動機盤類鍛件鍛件 圖圖54:航空
209、發動機環類鍛件航空發動機環類鍛件 資料來源:三角防務招股書,中國銀河證券研究院 資料來源:航宇科技招股書,中國銀河證券研究院 從國際市場來看,從國際市場來看,由于航空鍛件與普通鍛件在應用領域和技術工藝水平等方面存在差異,因此航空難變形金屬材料環形鍛件生產企業與普通環形鍛件企業基本不會產生直接競爭。從航空鍛造領域的競爭格局來看,美國和日本等發達國家走在世界前列,依托高端的生產設備及先進的加工工藝,能夠生產出大尺寸、高精度、高性能的高品質環形鍛件,占據著航空航天、燃氣輪機、能源裝備等主要高端應用市場。從國內市場競爭格局來看,從國內市場競爭格局來看,國內普通鍛造企業較多,沒有接觸航空難變形材料,技術
210、水平一般,市場競爭較為激烈。而在航空鍛件領域,由于航空發動機對鍛件質量要求極高,在技術、工藝、設備、資金、人員、認證資質方面均有很高的進入壁壘,只有少數企業能進入該行業,市場競爭程度相對較低。軍工鍛件產品制造行業企業主要包括國有大型軍工企業或其下屬科研院軍工鍛件產品制造行業企業主要包括國有大型軍工企業或其下屬科研院所和民營軍品生產企所和民營軍品生產企業業。國有大型軍工企業憑借其技術實力、資金實力、規模優勢,成為軍工產品的主要生產商,競爭優勢顯著,而少數具有軍品生產資質的民營企業更多集中在產品配套域。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。51 Table_ReportTypeIn
211、dexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表表3333:國內鍛造國內鍛造主要主要相關相關公司公司 公司名稱公司名稱 簡要介紹簡要介紹 中航重機 安大鍛造 產品以航空環形鍛件為主,同時從事一定規模的航空模鍛件業務,產品主要應用于航空發動機、燃氣輪機、大型機械產品。宏遠鍛造 產品以航空模鍛件為主,同時從事一定規模的航空環形鍛件業務,產品主要應用于飛機機身、航空發動機。德陽萬航模鍛 是中國二重集團公司的全資子公司,裝備有 800MN 模鍛液壓機,以研制生產航空鍛件為主導產品。公司具備各類大型模鍛件、大型模具的制造能力以及模鍛件的粗加工和成臺套機械產品的生產能力。派克
212、新材 主營產品分軍品、民品兩大系列,涵蓋輾制環軋鍛件、自由鍛件、精密模鍛件等各類金屬鍛件,可應用于航空、航天、船舶、電力、石化以及其他各類機械等多個行業領域。航宇科技 產品以航空發動機鍛件為主,也為輔助動力裝置、飛機短艙、飛機起落架等飛機部件提供航空鍛件。航亞科技 公司具備研發、生產及銷售壓氣機葉片、整體葉盤、渦輪盤、盤環件等關鍵零部件,屬于航空發動機關鍵零部件供應商。公司目前是國內具備以精鍛技術實現壓氣機葉片大規模量產并供貨于國際領先發動機廠商的內資企業。資料來源:公司公告,中國銀河證券研究院 II.II.鑄造鑄造:精密鑄造精密鑄造工藝工藝技術難度高,技術難度高,國內企業數量有限國內企業數量
213、有限 精密鑄造又稱熔模精密鑄造、失蠟鑄造,通常指通過蠟料復制零件,然后在蠟料表面涂覆耐火材料形成型殼,再熔化脫除蠟料,最后向型殼中注入金屬液形成鑄件的工藝過程。圖圖5555:精密鑄造主要工藝過程精密鑄造主要工藝過程 資料來源:航空發動機異形構件精密鑄造技術,中國銀河證券研究院 航空發動機結構件精密鑄造工藝具有相當高的技術難度。航空發動機結構件精密鑄造工藝具有相當高的技術難度。一方面精密鑄造工藝過程涉及的工序繁多,生產周期長,且各工序均存在不同程度上影響精鑄件冶金質量和尺寸形狀的技術因素;另一方面為保障航空發動機的服役安全,精鑄件的質量檢驗項目多,并且各項目的技術條件十分嚴苛,任何化學成分、力學
214、性能、晶粒度、顯微組織、表面質量、內部冶金質量或尺寸外形等因素的不合格都將導致鑄件報廢。高溫合金精密鑄件是應用于航空發動機、燃氣輪機熱端部分的關鍵部件,包括機匣類大型復雜薄壁結構件、渦輪轉動及導向葉片、整體葉盤、導向器、擴壓器等。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。52 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 圖圖5656:部分航發鑄造件部分航發鑄造件 資料來源:輕量化精密鑄造成型技術在航空航天關鍵部件中的應用,中國銀河證券研究院 世界范圍內,世界范圍內,航空發動機和燃氣輪機高溫合金葉片等熱端部件,僅有美
215、國、英國等少數發達國家部分廠商處于明顯領先優勢,不能滿足航空發動機和燃氣輪機整機制造企業的需求。國內現從事高溫合金材料及高溫合金精密鑄件生產的企業數量有限國內現從事高溫合金材料及高溫合金精密鑄件生產的企業數量有限,主要是基于國家在計劃經濟時期規劃的高溫合金生產基地和研發基地,以及一些原航空工業配套高溫合金鑄件的專業鑄造單位。以鋼研總院、中科院金屬所、北京航材院為代表的研究、生產基地,如航材股份、鋼研高納、中科三耐、安吉鑄造等,以及圖南股份、應流股份、萬澤股份和煉石航空等民營配套企業。3 3、中游中游分分系統系統:動力控制系統約占發動機整體價值的動力控制系統約占發動機整體價值的 10%10%-2
216、0%20%航空發動機的控制系統根據發動機狀態和發動機外界環境變化控制發動機的各調節參數,保證航空發動機的控制系統根據發動機狀態和發動機外界環境變化控制發動機的各調節參數,保證發動機工作穩定,并提高發動機性能。發動機工作穩定,并提高發動機性能。目前,航空發動機控制系統主要可實現的控制包括:輸出參數(推力或功率)控制、燃油流量控制、壓氣機可調靜子葉片控制、可調放氣活門控制、渦輪間隙主動控制、高壓壓氣機、渦輪冷卻空氣流量控制、發動機滑油和燃油溫度管理、發動機安全保護、啟動和點火控制、反推控制等。動力控制系統是航空發動機的主要組件,在整個產業鏈條中屬于必不可少的部分,約占發動機整體價值的 10%-20
217、%。根據被控用途來看,發動機機控制系統可以分為:主燃油控制系統、加力燃油控制系統、起動控制系統、導葉控制系統、噴口控制系統等子系統。圖圖5757:控制系統框圖控制系統框圖 資料來源:軍用發動機控制系統技術分析及改進研究,中國銀河證券研究院 根據控制系統不同的實現方式,航空發動機的控制系統可以分為:機械液壓式控制(或機械氣動式控制)、監控型電子控制、全權限電子控制(FADEC)。目前,現代航空發動機基本采用 FADEC系統。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。53 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 機
218、械液壓式控制:機械液壓式控制:在最早期的航空發動機控制中,主調節器只有“燃油”控制變量,通過手動操縱油門開關控制發動機轉速。此后,液壓機械裝置發展為功能更為完備的液壓機械式調節器,引入“發動機轉速”、“進口溫度”和“壓氣機壓力”等參數,利用杠桿、三維凸輪等復雜的計算結構實現發動機控制。監控型電子控制:監控型電子控制:隨著電子技術的發展,液壓機械控制系統上增加了模擬電子調節器,航空發動機控制系統的主要功能仍然由液壓機械式控制器完成(如轉速控制、啟動、加速、減速控制等),發動機電子控制的主要作用是監控和限制,確保精確的推力控制,同時避免超出發動機工作限制范圍。全權限電子控制(全權限電子控制(F F
219、ADECADEC)系統:)系統:全權限電子控制系統包括發動機電子控制器(EEC)、液壓機械裝置(HMU)、傳感器、作動器、活門等,能夠提供比先前兩種控制系統更多的控制參數。其中,EEC 是控制的核心,所有的控制運算均在 EEC 內進行,此后通過電液伺服機構輸出控制液壓機械裝置及各個活門、作動器等。此前的液壓機械組件從最初的控制計算逐漸演變為單純的執行功能。圖圖5858:航空發動機控制技術發展歷程航空發動機控制技術發展歷程 資料來源:航空發動機控制系統發展概述,中國銀河證券研究院 數字電子控制是航空發動機控制技術發展的必然趨勢。世界航空技術強國通過幾十年的發展,已經取得了長足進步,開發出了技術先
220、進、安全可靠的產品,并朝著分布式控制、飛發綜合控制等方向發展。相比之下,我國在發動機控制領域,尤其是數字電子控制方面有較大差距。目前,我國高性能軍用航空發動機的型號研制工作已結合國內型號研制和預研工作,開發符合中國國情的航空發動機數控系統,從而縮短與先進國家的技術差距。目前,我國航發控制系統主要由上市公司航發控制(000738.SZ)和中國航發控制系統研究所(614 所)供給,其中,上市公司航發控制主要負責機械液壓部分的研發,614 所主要負責電子部分的系統集成(電子硬件和軟件),同時也是國內 FADEC 系統研制的主力軍。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。54 Table
221、_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 4 4、下游整機制造下游整機制造&維修維修運營運營:整機壁壘最高,維修運營:整機壁壘最高,維修運營價值價值占全生命周期占全生命周期 50%50%I.I.整機制造整機制造:產業鏈壁壘最高,國內外皆成寡頭壟斷態勢產業鏈壁壘最高,國內外皆成寡頭壟斷態勢 航空發動機整機制造是整條產業鏈中壁壘最高、難度最高的環節航空發動機整機制造是整條產業鏈中壁壘最高、難度最高的環節,覆蓋從所有零件、成附件到各級組件、單元體、主單元體直至整機的全部裝配和分解過程,同時也涉及裝配分解過程中的轉子零部件平衡、檢測、清洗等流
222、程。航空發動機主機廠將核心能力定位于設計、工程和系統集成,并研發、制造少數關鍵分系統和零部件,其余大量的分系統和部件均轉包或分包給其他專業化公司。作為供應鏈系統的鏈長,主機廠通過對資源進行協同組織和管理來實現產品交付。目前,我國航空發動機整機集成交付領域包括八大主機廠,均為中國航發集團下屬企業,分別為上市公司航發動力旗下的西航公司、沈陽黎明、貴州黎陽、南方公司,上市公司航發科技旗下的成發公司,以及航發商發、哈爾濱東安和南京輕動。在航發動力下屬的四大主機廠中,西航公司、沈陽黎明定位為中大型渦輪、渦噴發動機研制生產維?;?,貴州黎陽定位為中小推力航空發動機研制生產維?;?,南方工業定位為渦槳、渦軸
223、發動機研制生產維?;?。表表3434:我國航發整機生產商我國航發整機生產商 公司公司 產品產品 產品型號產品型號 搭載飛機平臺搭載飛機平臺 西航公司(430)軍用大中航空發動機 WS-9/10/20、WP-8 Y-20、H-6 沈陽黎明(410)軍用大中推力航空發動機 WS-10/15;WP-5/6/7/13/14 J-10/11/15/16/20 貴州黎陽(460)軍用中小推力航空發動機 WS-13;WP-7/13 FC-1、FC-31 南方公司(331)軍用中小型渦軸和渦槳發動機 WS-11;WZ-8/9/10/11/16;WJ-5/6/9.10 K-8、L11、Z-7/9/11/20;W
224、Z-11 Y-7/8/12 成發公司(420)軍用航空發動機、燃氣輪機 WS-18 Y-20、H-6K 航發商發 民用商發 CJ-500/1000/2000 ARJ21、C919、CR929 哈爾濱東安(120)軍用輕型航空發動機 WZ-16 Z-10/15 常州蘭翔(370)軍用直升機發動機 WZ-6 Z-8 資料來源:公司公告,中國銀河證券研究院 II.II.維修維修運營運營:后市場規模占全生命周期:后市場規模占全生命周期的的 50%50%,價值亟待發現,價值亟待發現 1 1)維修內容和頻次維修內容和頻次 航空發動機維護階段的成本約占全生命周期價值量的 50%,而發動機維修價值量占 22%
225、,成為除零備件航材(51%)之外,在維護階段價值量最大的環節。根據維修深度的不同,發動機的維修工作通常劃分航線維護(航線)、定期檢修(定檢)和進廠翻修(大修)三個級別。航線維護指在航線上所進行的維修工作,通常包括在完成飛行前、在飛行中轉時、飛行完成后對發動機所進行的維護,此類工作通常是在航站上實施的。定期檢修指航空公司按照生產廠家的維修大綱要求,對航空發動機進行定期的檢查和維修。通過發動機的各個系統進行維護及測試,可以排除潛在的故障、提高發動機的可靠性。對于大型的航空公司,定期檢修不需要送到發動機大修廠進行維修。進廠翻修(大修)是在航空發動機在翼時間已經接近廠家規定的最終壽命或返修時限,或者發
226、動機的性能已經大幅度下降時,進行全面的分解、檢查和修理工作。航空公司和維修廠家會根據生產廠家的指導性文件以及發動機狀態,制定一份詳細的維修方案(即送修工作范圍),將發動機恢復至性能狀態的設計值。請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。55 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 圖圖5959:航空發動機大修流程航空發動機大修流程 資料來源:X 航空公司飛機發動機大修成本管理優化研究,中國銀河證券研究院 以一臺典型的窄體飛機發動機為例,在其經濟性壽命內,通常會經歷三次性能恢復級別的翻修,第一次發生在開始服役后的
227、 20,000 發動機飛行小時左右,第二次發生在第一次性能恢復后的 16,000發動機飛行小時左右,第三次發生在第二次性能恢復后的 15,000 發動機飛行小時左右。發動機首次翻修時間比成熟期翻修時間間隔長 25%左右。圖圖6060:典型窄體飛機發動機的返廠維修時間間隔典型窄體飛機發動機的返廠維修時間間隔 資料來源:商用航空發動機的價值構成分析,中國銀河證券研究院 2 2)行業參與者行業參與者 航空維修領域,不同維修對象的業務之間不形成直接競爭航空維修領域項目多,不同項目在維修技術、維修設備、維修周期等方面差異較大,航線維護、發動機維修、機體維修、機載設備維修等對不同維修對象的服務之間并不形成
228、競爭。軍用航發維修方面,軍用航發維修方面,目前大部分企業的航空發動機維修業務在企業內部屬于批產的附屬部分,未能形成獨立的維修能力。特別是航空發動機零部件的深度修理還處于起步階段,需要大力發展。中國人民解放軍第五七一九工廠(隸屬于空軍裝備部)是國家大型、軍隊一級企業,空、海軍新型航空發動機修理基地。航發動力是國內大型航空發動機制造基地企業,國內唯一的生產制造渦噴、渦扇、渦軸、渦槳、活塞全種類軍用航空發動機的企業。旗下黎明、南方等主機廠也從事發動機修理業務,同時公司間接 100%控股的貴動公司、聯營企業晉航公司主營發動機修理業務。截止 2023H1,航發動力航發維修募投項目已竣工并投入生產,23H
229、1 兩項募投項目合計形成產值 4.3 億元。表表3535:航發動力航發維修相關募投項目進展航發動力航發維修相關募投項目進展 項目項目 投資金額(億元)投資金額(億元)投資進度投資進度 (截止(截止 23H123H1)項目達到預定項目達到預定 可使用狀態日期可使用狀態日期 23H123H1 實現的效益實現的效益 備注備注 航空發動機修理能力建設項目(本部)6(其中募集資金 2 億)100%2022 年 12 月 形成產值 1.9 億元 2023/8/18 竣工,針對渦扇發動機部件維修需求進行建設,維修能力為年維修航空發動機部件 1450 套。渦軸航空發動機修理能力建設項目(南方公司)1.2 10
230、0%2018 年 12 月 形成產值 2.4 億元 新建廠房、新增部分關鍵工藝設備和設施,年修理渦軸發動機 90 臺。資料來源:航發動力,中國銀河證券研究院 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。56 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 民用航發維修方面,民用航發維修方面,我國境內發動機維修、機體維修企業主要包括珠海保稅區摩天宇航空發動機維修有限公司(珠海 MTU)、四川斯奈克瑪航空發動機維修有限公司(SSAMC)、廈門太古飛機維修工程有限公司(TEACO)等 OEM 廠家合資企業,以及北京飛機維修工程
231、有限公司(AMECO)、廣州飛機維修工程有限公司(GAMECO)、中國東方航空工程技術公司等民航企業投資的維修企業。表表3636:國內主要國內主要航空發動機維修航空發動機維修企業企業 類型類型 公司名稱公司名稱 簡要情況簡要情況 軍用維修 航發動力 公司是國內大型航空發動機制造基地企業,國內唯一的生產制造渦噴、渦扇、渦軸、渦槳、活塞全種類軍用航空發動機的企業。解放軍 5719 廠 國內首家將金屬 3D 打印技術工程化應用于航空發動機渦輪葉片等關鍵零部件再制造的單位,也是全球第三家家民航客艙座椅電源制造商,還是 GE、普惠等公司的供應商。第三方維修 海特高新 公司主要從事航空機載設備的檢測、維護
232、、修理及支線飛機、直升機及公務機中小型發動機的維修,航空技術及軟件開發,航空機載設備及航空測試設備的研制和銷售業務。武漢航達航空科技發展 有限公司 目前已成為多款國產飛機的系統供應商,另開發了不少通航產品的大修能力,如:發動機、螺旋槳、發電機、作動器等關鍵部件,其中發動機、螺旋槳已得到原廠的認可和授權。OEM 廠家合資企業 摩天宇航空發動機維修 有限公司(珠海 MTU)公司是 MTU 航空發動機股份公司與南方航空 50/50 合資企業,致力于 CFM56、LEAP、V2500 和 PW1100等窄體飛機發動機的維修。四川國際航空發動機維修有限公司(SSAMC)公司致力于 CFM56 系列發動機
233、和 LEAP 系列發動機維護、修理和大修(MRO)廈門太古飛機維修工程 有限公司(TEACO)公司是亞太地區領先的飛機維修、修理及大修服務供應商,主要經營飛機發動機及其部件、飛機零部件的生產、制造或裝配的籌備、進出口、批發、零售和租賃,以及倉儲經營服務。民航企業投資的維修企業 北京飛機維修工程 有限公司(AMECO)公司由中國國航和德國漢莎航空公司合資成立,主營業務包括對西制飛機機體、結構,飛機發動機及飛機附件的維修和大修,同時還提供全面的技術服務和技術培訓。廣州飛機維修工程 有限公司(GAMECO)公司由南方航空與和記黃埔飛機維修投資(香港)等合資成立。主要從事航線維護、飛機大修及改裝、附件
234、的維修與翻修、及工程技術支援、技術培訓等其他服務。中國東方航空工程 技術公司 公司是東方航空各維修單位整合后成立的東方航空二級單位。主要負責東方航空的航線維護、機體維修、部附件維修等業務。資料來源:Wind,各公司公告,中國銀河證券研究院 五、投資建議五、投資建議:航空發動機賽道“長坡厚雪”,正步入產業發展“紅利初期”:航空發動機賽道“長坡厚雪”,正步入產業發展“紅利初期”為何必須重視航空發動機產業布局?為何必須重視航空發動機產業布局?高戰略價值和高急迫性:高戰略價值和高急迫性:核心技術和市場牢牢掌握在美英等國家的寡頭企業中,并對我國軍用航空發動機實施禁運,我國實現技術突破和自我迭代迫在眉睫。
235、高經濟性:高經濟性:航空發動機約占飛機成本的 20-30%,其單位重量創造的相對價值是船舶的1400 倍。一款成熟產品通常能夠銷售 30-50 年,是經濟回報的有力保證。高難度高難度&重積累重積累:航空發動機研制周期長達數十年,比如 F35 戰機用 F135 發動機從項目啟動到全面生產,研制周期長達 22 年,需要投入大量資金,持續不斷的實施先進技術預先研究和驗證計劃,才能在大國競爭中占據優勢。美國航空發動機研究和發展經費在國內生產總值中的比例分別達 0.08%、0.06%。如何看待我國航發市場空間?如何看待我國航發市場空間?軍用軍用有人機有人機發動機需求:發動機需求:未來 10 年,我國軍機
236、用發動機需求約為 2.78 萬臺,萬億市場可期,其中新增軍機需求 11781 臺,國產替代發動機數量約 3390 臺,維修與換發帶動的發動機總量約 12606 臺。軍用無人機發動機軍用無人機發動機需求需求:2025 年,我國中大型軍用無人機航發市場規模約 30 至 45 億元。國內民用國內民用航空航空市場市場發動機發動機需求:需求:未來 20 年我國共需要 9284 架飛機,根據我們測算,中國商飛將新增 5162 臺商用發動機需求,市場空間近 3000 億。航空航空發動機價值鏈如何評估?發動機價值鏈如何評估?請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。57 Table_ReportT
237、ypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 價值鏈分析價值鏈分析:航空發動機價值鏈由研發設計(10%)、整機制造(40%)和維修運營(50%)三部分組成,其中制造階段的原材料費用(20%)、運營維護階段中零備件航材費用(25.5%)在航發全生命周期成本中占比較高。鈦合金、高溫合金制品供應商以及控制系統供應商有望大幅受益。投資建議投資建議:航空發動機賽道“長坡厚雪”,正步入產業發展“紅利初期”航空發動機賽道“長坡厚雪”,正步入產業發展“紅利初期”我國航空發動機產業起步較晚,中間歷經波折,發展基礎較為薄弱。隨著我國綜合國力的增長,尤其是 2015 年“兩機
238、”重大專項的啟動,我國航空發動機產業開始步入發展紅利期。2021 年以來,隨著備戰需求大幅提升,國內軍用航空發動機規模放量,發動機制造端進入蓬勃發展期。未來,隨著量產型號批量進入進廠翻修期,發動機維修運營業務將迎來井噴,發動機產業鏈有望持續受益。上游上游材料端,材料端,高溫合金用量占發動機總重量的 40%60%以上,疊加國產化率提升,建議關注撫順特鋼(600399.SH)、西部超導(688122.SH)等。高溫鈦合金用量占發動機總重量的 25-40%,建議關注寶鈦股份(600456)、西部超導(688122)、西部材料(002149)等。發動機隱身材料領域建議關注華秦科技(688281.SH)
239、等。中游制造端,中游制造端,建議關注中游鍛件制造上市公司中航重機(600765.SH)、航宇科技(688239.SH)、派克新材(605123.SH)以及中游鑄件制造上市公司航材股份(688563.SH)、鋼研高納(300034.SZ)、圖南股份(300855.SZ)等;重點關注動力控制系統供應商航發控制(000738.SZ)。下游整機制造與運維端,下游整機制造與運維端,總裝環節進入壁壘極高,國內外皆成寡頭壟斷態勢,后市場規模更加客觀,建議重點關注航發動力(600893.SH)。六、六、風險提示風險提示 裝備需求不達預期的風險;企業擴產不及預期的風險;產品價格大幅波動的風險。請務必閱讀正文最后
240、的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。58 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 圖圖表表目錄目錄 圖 1:軍用飛機各分系統成本占比.4 圖 2:民用客機各分系統成本占比.4 圖 3:航空發動機工作過程和核心機構成情況簡圖.4 圖 4:航空發動機壓氣機結構圖.5 圖 5:航空發動機壓氣機葉片示意圖.5 圖 6:典型主燃燒室示意圖.6 圖 7:加力燃燒室示意.6 圖 8:CFM56 的高壓渦輪.7 圖 9:航空發動機分類.8 圖 10:各類發動機的比沖隨飛行速度(Ma)的變化.9 圖 11:四種常見噴氣式發動機示意圖.9 圖
241、 12:涵道比對戰斗機重量的影響.11 圖 13:齒輪驅動風扇式的渦扇發動機(GTF).13 圖 14:開式轉子發動機.14 圖 15:各產品單位重量創造的相對價值.14 圖 16:全球民用發動機市占率分布情況(注:外圈表示已交付訂單,內圈表示未交付訂單).17 圖 17:GE 歷史沿革.18 圖 18:2022 年 GE 業務結構.20 圖 19:2020-2022 年 GE 公司研發費用細項占比.21 圖 20:羅羅公司歷史沿革.21 圖 21:2022 年羅羅業務結構.22 圖 22:國家部委軍民融合政策體系構建.24 圖 23:我國航空發動機圖譜.25 圖 24:CJ-1000 發動機
242、結構示意圖.27 圖 25:CJ-2000 發動機示意圖.27 圖 26:中美 2022 年軍機數目對比.27 圖 27:我國近年軍機(固定翼+旋翼)數量及其增速.28 圖 28:航空發動機價值構成分解.31 圖 29:全生命周期商業航空發動機價值變化.32 圖 30:中國歷史(2021)和預測(2041)的各類型客機機隊規模(架).32 圖 31:20222041 年中國各類型客機交付量預測(架).32 圖 32:全球發動機市場份額.33 圖 33:中國窄體機發動機市場各型號分布.33 圖 34:C919 國內外主要供應商情況.33 圖 35:C919 商用化進程.34 圖 36:客機各系統
243、價值組成.34 圖 37:F135 發動機研制歷程.36 圖 38:航空發動機研發階段成本拆分.37 圖 39:航空發動機制造成本拆分.38 圖 40:發動機大修費用構成示意圖以及成本示意圖.39 圖 41:航空發動機材料結構的發展情況.40 圖 42:航空發動機主要部件及對應材料.41 圖 43:航空發動機中高溫合金應用部位(紅色部分).41 圖 44:高溫合金在航空發動機上的應用.42 圖 45:全球高溫合金材料應用領域(按價值分).43 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。59 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深
244、度報告行業深度報告 圖 46:2022 年我國鈦材產品結構.45 圖 47:2022 年我國下游用量占比情況.45 圖 48:鈦加工行業市場競爭格局.45 圖 49:樹脂基復合材料在國外先進航空發動機冷端上的主要應用部位.47 圖 50:材料所能承受的溫度極限示意圖(拉伸載荷 137MPa、持久壽命 1000h 條件).48 圖 51:零部件產業鏈.49 圖 52:航空發動機盤類鍛件.50 圖 53:航空發動機環類鍛件.50 圖 54:精密鑄造主要工藝過程.51 圖 55:部分航發鑄造件.52 圖 56:控制系統框圖.52 圖 57:航空發動機控制技術發展歷程.53 圖 58:航空發動機大修流
245、程.55 圖 59:典型窄體飛機發動機的返廠維修時間間隔.55 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。60 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex 行業深度報告行業深度報告 表格目錄表格目錄 表 1:航空發動機性能對比.10 表 2:航空發動機主要性能評價指標.10 表 3:軍用航空發動機總體性能發展趨勢.12 表 4:國外第四代先進發動機主要性能參數.12 表 5:典型大涵道比渦扇發動機循環參數.12 表 6:航空發動機研發制造難度.15 表 7:世界主要航空發動機廠商.15 表 8:美國部分航空發動機材料和制造技術發展計劃.16
246、 表 9:全球軍用航發生產企業.17 表 10:通用電氣航空發動機研發更迭情況.19 表 11:羅羅發動機交付量.22 表 12:通用電氣、羅羅、普惠 2020-2023 年研發費用率.23 表 13:中國制造 2025航空發動機專項重點產品.23 表 14:航空發動機、燃氣輪機重點發展政策.24 表 15:我國主要航空發動機型號研制生產情況.25 表 16:現役裝備數量前十的戰斗機型號所配發動機.28 表 17:五種常見軍用無人機發動機概況.30 表 18:2021 年美軍裝備無人機數量.31 表 19:未來 C919 各系統價值量與現有公司業績對比(單位:億元).35 表 20:航空發動機
247、成本構成分解情況.36 表 21:美國航空發動機研究和發展經費的分類及成本占比情況.37 表 22:航空發動機零部件價值量占比(%).38 表 23:典型航空發動機零部件價值量占比(%).39 表 24:航空發動機主要使用材料及對應部件.40 表 25:我國主要的鑄造高溫合金牌號及相應的研制單位.42 表 26:高溫合金產業鏈.43 表 27:我國高溫合金在各領域主要需求預測(按重量統計).44 表 28:常用的發動機進/排氣系統隱身技術.46 表 29:國外隱身材料發展情況.47 表 30:航發中游制造參與企業.49 表 31:發動機核心機主要部件及其生產工藝.49 表 32:鍛造分類.50
248、 表 33:國內鍛造主要相關公司.51 表 34:我國航發整機生產商.54 表 35:航發動力航發維修相關募投項目進展.55 表 36:國內主要航空發動機維修企業.56 請務必閱讀正文最后的中國銀河證券股份有限公司免責聲明。61 Table_ReportTypeIndexTable_ReportTypeIndex行業深度報告行業深度報告 分析師承諾及簡介分析師承諾及簡介 Table_AuthorsRxplain 本人承諾以勤勉的執業態度,獨立、客觀地出具本報告,本報告清晰準確地反映本人的研究觀點。本人薪酬的任何部分過去不曾與、現在不與、未來也將不會與本報告的具體推薦或觀點直接或間接相關。李良:
249、李良:制造組組長&軍工行業首席分析師。證券從業 9 年,清華大學工商管理碩士,曾供職于中航證券,2015 年加入銀河證券。曾獲 2021EMIS&CEIC 卓越影響力分析師,2019 年新浪財經金麒麟軍工行業新銳分析師第二名,2019 年金融界慧眼國防軍工行業第一名,2015 年新財富軍工團隊第四名等榮譽。胡浩淼:胡浩淼:軍工行業分析師。證券從業 4 年,曾供職于長城證券和東興證券,2021 年加入銀河證券。評級標準評級標準 Table_RatingStandard行業評級體系行業評級體系 未來 6-12 個月,行業指數相對于基準指數(滬深 300 指數)推薦:預計超越基準指數平均回報 20%
250、及以上。謹慎推薦:預計超越基準指數平均回報。中性:預計與基準指數平均回報相當?;乇埽侯A計低于基準指數。公司評級體系公司評級體系 未來 6-12 個月,公司股價相對于基準指數(滬深 300 指數)推薦:預計超越基準指數平均回報 20%及以上。謹慎推薦:預計超越基準指數平均回報。中性:預計與基準指數平均回報相當?;乇埽侯A計低于基準指數。免責聲明免責聲明 Table_Avow 本報告由中國銀河證券股份有限公司(以下簡稱銀河證券)向其客戶提供。銀河證券無需因接收人收到本報告而視其為客戶。若您并非銀河證券客戶中的專業投資者,為保證服務質量、控制投資風險、應首先聯系銀河證券機構銷售部門或客戶經理,完成投資
251、者適當性匹配,并充分了解該項服務的性質、特點、使用的注意事項以及若不當使用可能帶來的風險或損失。本報告所載的全部內容只提供給客戶做參考之用,并不構成對客戶的投資咨詢建議,并非作為買賣、認購證券或其它金融工具的邀請或保證??蛻舨粦獑渭円揽勘緢蟾娑〈晕要毩⑴袛?。銀河證券認為本報告資料來源是可靠的,所載內容及觀點客觀公正,但不擔保其準確性或完整性。本報告所載內容反映的是銀河證券在最初發表本報告日期當日的判斷,銀河證券可發出其它與本報告所載內容不一致或有不同結論的報告,但銀河證券沒有義務和責任去及時更新本報告涉及的內容并通知客戶。銀河證券不對因客戶使用本報告而導致的損失負任何責任。本報告可能附帶其
252、它網站的地址或超級鏈接,對于可能涉及的銀河證券網站以外的地址或超級鏈接,銀河證券不對其內容負責。鏈接網站的內容不構成本報告的任何部分,客戶需自行承擔瀏覽這些網站的費用或風險。銀河證券在法律允許的情況下可參與、投資或持有本報告涉及的證券或進行證券交易,或向本報告涉及的公司提供或爭取提供包括投資銀行業務在內的服務或業務支持。銀河證券可能與本報告涉及的公司之間存在業務關系,并無需事先或在獲得業務關系后通知客戶。銀河證券已具備中國證監會批復的證券投資咨詢業務資格。除非另有說明,所有本報告的版權屬于銀河證券。未經銀河證券書面授權許可,任何機構或個人不得以任何形式轉發、轉載、翻版或傳播本報告。特提醒公眾投
253、資者慎重使用未經授權刊載或者轉發的本公司證券研究報告。本報告版權歸銀河證券所有并保留最終解釋權。聯系聯系 機構請致電:機構請致電:深廣地區:程曦 0755-83471683chengxi_ 蘇一耘 0755-83479312suyiyun_ 上海地區:陸韻如 021-60387901luyunru_李洋洋 021-20252671liyangyang_ 北京地區:田薇 010- 唐嫚羚 010-80927722tangmanling_ 中國銀河證券股份有限公司研究院 中國銀河證券股份有限公司研究院 深圳市福田區金田路 3088 號中洲大廈 20 層 上海浦東新區富城路 99 號震旦大廈 31 層 北京市豐臺區西營街 8 號院 1 號樓青海金融大廈