軍工行業航空發動機專題深度報告（一）：把握歷史發展機遇航空發動機產業蓄勢待發-20211123（35頁）.pdf

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1、 敬請閱讀末頁的重要說明 證券研究報告 | 行業深度報告 2021 年 11 月 23 日 推薦推薦（維持）（維持） 航空發動機專題深度報告（一）航空發動機專題深度報告（一） 中游制造/軍工 本篇報告分析了國內外航空發動機產業的基本情況本篇報告分析了國內外航空發動機產業的基本情況。目前我國第三代軍用發動。目前我國第三代軍用發動 機逐步成熟，新型發動機進展迅速，批產放量可期。而我國民用航空發動機坐機逐步成熟，新型發動機進展迅速，批產放量可期。而我國民用航空發動機坐 擁全球最大民航市場，未來發展潛力巨大。給予行業投資評級“推薦”。擁全球最大民航市場，未來發展潛力巨大。給予行業投資評級“推薦”。 航

2、空發動機具有技術門檻高、耗資大、研制周期長、產品生命期長等特點。航空發動機具有技術門檻高、耗資大、研制周期長、產品生命期長等特點。 航空發動機被譽為“制造業皇冠上的明珠”，它是一個國家科技、工業和國 防實力的重要標志，是構成國家實力基礎和軍事戰略的核心技術之一。航空 發動機需要在高溫、高寒、高速、高壓、高轉速、高負荷、缺氧、振動等極 端惡劣環境下工作，因此航空發動機的研制難度極大，研制周期很長，技術 門檻極高，全世界能自主研制先進航空發動機的國家只有美、英、法、俄等 少數發達國家。雖然渦輪噴氣發動機的研制是一項投資大、耗時長的大工程， 但一旦研制成功投入使用，生命周期可達 50 年甚至更長。

3、預計未來預計未來 10 年我國軍用發動機總市場空間年均年我國軍用發動機總市場空間年均 992 億人民幣。億人民幣。 目前我國航空 裝備無論在數量上還是在質量上與世界一流均有明顯差距，預計我國將長期 保持在航空裝備領域的中高速投入。預計未來十年我國軍用航空發動機新增 設備市場空間為年均 451 億人民幣， 發動機維修市場 541 億人民幣， 合計 992 億人民幣。未來隨著新型航空發動機的成熟以及產能提升，行業進入收獲期。 我國軍用航空發動機的總量增長、國產替代、維修市場，三者將為我國航空 發動機產業提供巨大的市場空間。 預計未來預計未來 20 年全球民用航空發動機市場空間年均近年全球民用航空發

4、動機市場空間年均近 1400 億美元億美元。新冠疫情 不改行業發展趨勢，市場需求將保持長期持續增長。預計未來 20 年，全球商 用航空發動機總交付量預計將達到 80000 臺以上，市場價值達 13000 億美元 以上。再考慮發動機維修后市場，預計民用航空發動機市場年均近 1400 億美 金。未來 20 年，預計中國航空發動機總交付量將達到 15000 臺，市場價值達 2600 億美元。另外，民用航空發動機維修未來市場空間廣闊民用航空發動機維修未來市場空間廣闊。根據航空周 刊2021 年機隊數據預測，2021 年總的發動機維修需求可能約 300 億美元 左右，到 2025 年將增長至 400 億

5、美元左右，2030 年將達到 470 億美元。 投資建議：投資建議：我們認為，國家發展國產航空發動機的決心明確。2016 年航發集 團正式成立，2017 年我國兩機專項正式實施，同時以航發資產、惠華基金為 代表的國家資本積極向產業鏈投資，有效促進了航空發動機的研發進程。目 前我國第三代軍用發動機逐步成熟，新型發動機進展迅速，放量批產可期。 而我國民用航空發動機坐擁全球最大民航市場，未來發展潛力巨大。建議關 注：1、具備壟斷地位的航發集團下屬上市公司如：航發動力，航發控制、航 發科技；2、借助軍民融合推進，成長速度快的零部件供應商以及具有高壁壘 的材料供應商，重點關注：撫順特鋼、鋼研高納，圖南股

6、份、航亞科技、派 克新材、航宇科技、萬澤股份等。 風險提示：風險提示：重大專項扶持力度低于預期；重點型號研制進度滯后；行業重大專項扶持力度低于預期；重點型號研制進度滯后；行業市市 場空間預測場空間預測不準確。不準確。 行業規模行業規模 占比% 股票家數（只） 87 1.9 總市值（億元） 17781 2.0 流通市值 （億元） 14401 2.0 行業指數行業指數 % 1m 6m 12m 絕對表現 22.5 51.7 42.2 相對表現 23.4 56.0 42.8 資料來源：公司數據、招商證券 相關相關報告報告 1、軍工行業周報（1115-1121）： 中美視頻會晤不改行業景氣預期，看 好十

7、四五行業起飛2021-11-22 2、軍工行業周報（1108-1114）： 中國空軍成立 72 周年，崢嶸歲月見 證空軍實力起飛2021-11-15 3、 軍工行業 2022 年度投資策略 迎接十四五跨越式發展2021-11-08 -20 -10 0 10 20 30 40 50 Nov/20Mar/21Jul/21Oct/21 (%) 軍工 滬深300 把握歷史發展機遇，航空發動機產業蓄勢待發把握歷史發展機遇，航空發動機產業蓄勢待發 敬請閱讀末頁的重要說明 2 行業深度報告 重點公司主要財務指標重點公司主要財務指標 股價股價 20EPS 21EPS 22EPS 21PE 22PE PB 評級

8、評級 航發動力 62.60 0.43 0.53 0.75 118.0 83.7 4.6 強烈推薦-A 航發控制 28.74 0.28 0.37 0.47 78.5 60.5 5.3 強烈推薦-A 航發科技 22.28 -0.05 0.19 0.39 120.6 57.5 5.2 撫順特鋼 24.35 0.28 0.42 0.57 58.4 43.0 8.4 強烈推薦-A 鋼研高納 55.88 0.42 0.64 0.91 87.4 61.4 9.8 強烈推薦-A 圖南股份 63.65 0.55 0.85 1.23 74.5 51.7 10.9 強烈推薦-A 航亞科技 30.00 0.23 0.

9、08 0.16 370.0 182.9 8.2 無評級-無 派克新材 133.53 1.85 2.46 3.41 54.2 39.2 8.4 航宇科技 66.58 0.69 0.89 1.23 74.4 54.3 9.4 萬澤股份 16.19 0.15 0.46 0.68 35.1 23.9 7.8 強烈推薦-A 資料來源：公司數據、招商證券（撫順特鋼、鋼研高納為招商有色&軍工聯合覆蓋；航發科 技、派克新材、航宇科技使用 Wind 一致預期） gYjWdYiYaZaZwOxPvNxP9PcM6MmOrRsQqReRpOqRkPoMtP9PrRyQvPsPpMwMqMpQ 敬請閱讀末頁的重要說明

10、 3 行業深度報告 正文正文目錄目錄 一、 航空發動機產業概況 . 7 1、 什么是航空發動機 . 7 2、 航空發動機產業特點 . 9 （1） 技術門檻高 、耗資大、風險高 . 9 （2） 產品研制及壽命周期長 . 10 （3） 開展預先研究至關重要 . 12 （4） 核心機派生衍生發展為航空發動機主要發展途徑 . 13 3、 軍用航空發動機行業發展現狀 . 15 （1） 軍用航空發動機發展至第五代，高推重比與高溫是主要特征 . 15 （2） 我國軍用發動機現狀：長期受制于人，國產發動機漸成主力 . 16 （3） 我國現有型號逐漸成熟，未來成體系化發展，進入放量收獲期 . 17 4、 民用航

11、空發動機行業發展現狀 . 18 （1） 民用航空發動機發展至第四代，安全性與經濟性特點突出 . 18 （2） 民用航空發動機市場寡頭壟斷，美國優勢明顯 . 18 （3） 中國商發強勢崛起，受益于我國民機產業巨大市場 . 20 二、 軍用航空發動機市場：空間廣闊，我國有望實現突破 . 22 1、 全球軍用航空發動機市場空間超 100 億美金，受益于軍費增長 . 22 2、 我國航空裝備缺口明顯，未來市場空間廣闊 . 22 （1） 我國航空裝備缺口較大，預計將長期保持投入 . 22 （2） 未來我國軍用航空發動機市場年均超 700 億人民幣 . 24 三、 民用航空發動機市場：空間廣闊，市場空間近

12、 1400 億美金 . 28 1、 新冠疫情對航空業的影響 . 28 2、 民用航空發動機市場空間近 1400 億美金 . 29 3、 民用航空發動機維修未來市場空間廣闊 . 31 （1） 窄體飛機發動機市場 . 31 （2） 寬體飛機發動機市場 . 32 （3） 支線飛機發動機市場 . 32 四、 航空發動機產業鏈投資策略 . 33 1、 航空發動機產業總結 . 33 2、 重點推薦標的 . 34 敬請閱讀末頁的重要說明 4 行業深度報告 五、 風險提示 . 34 圖表圖表目錄目錄 圖 1：典型航空發動機分類 . 7 圖 2：典型渦噴發動機工作原理 . 8 圖 3：典型渦扇發動機工作原理 .

13、 8 圖 4：典型渦槳發動機工作原理 . 8 圖 5：典型渦軸發動機工作原理 . 8 圖 6：航空發動機被譽為制造業皇冠上的明珠 . 8 圖 7：美國幾種發動機的研制費用（單位：億美元） . 10 圖 8：遄達 1000 發動機 . 10 圖 9：遄達 1000 發動機渦輪葉片損傷情況 . 10 圖 10：2028 年全球民用航空發動機維修市場機型分布預測 . 11 圖 11：美國軍用航空發動機技術預先研究路線圖 . 12 圖 12：美國 IHPTET 計劃建立過程 . 12 圖 13：普惠公司多用途核心機發展模式 . 13 圖 14：基于 eCore 核心機發展的 Leap 發動機 . 14

14、 圖 15：基于 eCore 核心機發展的 Passport 發動機 . 14 圖 16：羅羅公司發動機譜系 . 15 圖 17：變循環發動機試驗 . 16 圖 18：普惠公司的 XA101（上）和 GE 公司的 XA100 發動機驗證機（下） . 16 圖 19：我國航空發動機發展階段 . 16 圖 20：我國主要軍用噴氣式航空發動機研發進程 . 17 圖 21：殲-10B 表演眼鏡蛇機動 . 17 圖 22：WS-10 矢量噴口 . 17 圖 23：民用航空發動機發展的經濟突出，燃油消耗率逐步降低 . 18 圖 24：2018 年六大航空發動機制造商在波音空客的市場份額 . 20 圖 25

15、：現役窄體飛機發動機市場份額 . 20 圖 26：現役寬體飛機發動機市場份額 . 20 圖 27：世界主要航空發動機巨頭發動機推力布局 . 20 圖 28：中國航發商發股權結構 . 21 敬請閱讀末頁的重要說明 5 行業深度報告 圖 29：CJ-1000A 總體結構示意圖 . 21 圖 30：珠海航展上展出的 CJ-1000A 我國發動機模型 . 21 圖 31：2018 年全球軍費增長情況 . 22 圖 32：中美航空裝備數量對比 . 23 圖 33：我國戰機代次占比：二代機過半，三代機近半 . 24 圖 34：美國戰機代次占比：三代機八成，四代機近二成 . 24 圖 35：我國運輸機結構分

16、析：中小型為主 . 24 圖 36：美國運輸機結構分析：大中型為主 . 24 圖 37：我國軍費預算保持持續穩定增長趨勢 . 25 圖 38：我國軍費中裝備費規模和占比持續提升 . 25 圖 39：2019 年美國軍費預算中用于武器采購&研發的費用高達 2367 億美金 . 26 圖 40：各裝備系統采購需求來源占比 . 26 圖 41：飛機價值分布 . 27 圖 42：2021 年我國軍用航空發動機市場空間測算 . 27 圖 43：航空發動機維護費用逐漸增大 . 28 圖 44：未來 20 年全球民用航空發動機交付量預測 . 30 圖 45：未來 20 年全球民用航空發動機交付價值預測 .

17、30 圖 46：2021-2030 全球民用航空發動機維修市場需求預測 . 31 圖 47：2021-2030 全球發動機維修市場按供應商排名 . 31 圖 48：2021-2030 年間新舊窄體飛機發動機在役數量對比 . 32 圖 49：軍工行業歷史 PEBand . 35 圖 50：軍工行業歷史 PBBand . 35 表 1：航空發動機的技術門檻極高 . 9 表 2：美國幾款航空發動機的研制費用和周期 . 11 表 3：CFMI 公司 CFM56 民用系列發動機的發展歷程 . 11 表 4：航空發動機領域典型的預先研究計劃 . 12 表 5：核心機系列化發展的主要技術方法比較 . 13

18、表 6：GE23 預研核心機派生發展型號 . 14 表 7：軍用航空發動機發展情況 . 15 表 8：過去幾年我國軍用飛機仍在使用國外發動機 . 16 表 9：民用航空發動機發展情況 . 18 敬請閱讀末頁的重要說明 6 行業深度報告 表 10：民用航空發動機主要生產廠商介紹 . 19 表 11：中美俄軍隊飛機數量對比 . 22 表 12：中國 2020 年軍用航空發動機總收入測算（單位：億人民幣） . 26 表 13：中國未來 10 年軍用航空發動機市場空間預測 . 27 表 14：2020 年全球航空客運市場整體表現統計 . 29 表 15：2020 年全球部分國家國內客運市場發展情況對比

19、 . 29 表 16：航空發動機產業鏈重點推薦標的 . 34 敬請閱讀末頁的重要說明 7 行業深度報告 一、一、航空發動機產業概況航空發動機產業概況 1、什么是航空發動機什么是航空發動機 航空發動機，又被稱為航空動力裝臵，它為航空器的飛行提供動力，被譽為航空器的“心臟”。航空發動機的研制是 航空產業鏈中的核心環節，在萊特兄弟發明飛機之前，盡管不斷有飛機設計方案出現，但都無法實現自由飛行，其中 主要原因就是沒有適于飛行的動力系統?；仡櫤娇瞻l展歷程，每一個里程碑式的成就，無不與航空發動機的技術進步 緊密相關：渦輪噴氣式發動機的出現，使人類的航空活動擴大到了平流層；加力燃燒室的采用，使飛機突破聲障；

20、 Ma3 的飛機得益于發動機推重比的提高； 旋轉噴口發動機使飛機的垂直起降成為可能； 高涵道比渦扇發動機的問世使 大型遠程寬體客機得以成功；推力矢量噴管為飛機提供直接控制力，從而實現超機動飛行；大幅度提高渦輪前溫度， 則使四代機在不開加力條件下實現超聲速持續巡航。 因此，航空發動機不僅在狹義上為航空器提供飛行的動力，而且在廣義上也是整個航空工業發展的推動力。因此，航空發動機不僅在狹義上為航空器提供飛行的動力，而且在廣義上也是整個航空工業發展的推動力。 圖圖 1：典型航空發動機分類典型航空發動機分類 資料來源：百度百科，招商證券 燃氣渦輪發動機是目前應用最廣泛的航空發動機：燃氣渦輪發動機是目前應

21、用最廣泛的航空發動機：主要由進氣口、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。從進氣口進 入的空氣在壓氣機中被壓縮后，進入燃燒室與噴入的燃油混合燃燒，生成高溫高壓燃氣。燃氣在膨脹過程中驅動渦輪 作高速旋轉， 將部分能量轉變為渦輪功。 渦輪帶動壓氣機不斷吸進空氣并進行壓縮， 使發動機能連續工作。 由壓氣機、 燃燒室和驅動壓氣機的渦輪這三個部件組成的一般稱為核心機，又稱為燃氣發生器，它不斷輸出具有一定可用能量的 燃氣。按燃氣發生器出口燃氣可用能量的利用方式不同，燃氣渦輪發動機分為渦輪噴氣、渦輪風扇、渦輪螺旋槳和渦 輪軸發動機。渦輪噴氣發動機在 20 世紀 50 年代曾廣泛應用于軍用和民用飛機，特別是超聲速

22、飛機上，目前大多數已 被渦輪風扇發動機所取代。 渦輪螺旋槳發動機主要用于亞聲速運輸機、支線飛機和公務機；渦輪軸發動機用于直升機。燃氣渦輪發動機是 20 世 紀 50 年代以來主要的航空動力形式，而且在可預見的未來，還沒有任何其他動力形式可以完全取代它。 敬請閱讀末頁的重要說明 8 行業深度報告 圖圖 2：典型渦噴發動機工作原理：典型渦噴發動機工作原理 圖 圖 3：典型渦扇發動機工作原理：典型渦扇發動機工作原理 數據來源：百度百科，招商證券 數據來源：百度百科，招商證券 圖圖 4：典型渦槳發動機工作原理：典型渦槳發動機工作原理 圖 圖 5：典型渦軸發動機工作原理：典型渦軸發動機工作原理 數據來源

23、：百度百科，招商證券 數據來源：百度百科，招商證券 制造業皇冠上的明珠：制造業皇冠上的明珠：高溫、高壓、高轉速、高可靠性、耐久性和維護性是其基本特點。在這些相互矛盾的高要求推 動下，航空發動機經過長時間的發展已經成為人類有史以來最復雜最精密的工業產品，每臺零件數量在萬件以上。因 此，航空發動機被譽為“制造業皇冠上的明珠”，它是一個國家科技、工業和國防實力的重要標志。 圖圖 6：航空發動機被譽為制造業皇冠上的明珠航空發動機被譽為制造業皇冠上的明珠 資料來源：招商證券 敬請閱讀末頁的重要說明 9 行業深度報告 2、航空發動機產業特點航空發動機產業特點 （1）技術門檻高技術門檻高 、耗資大、風險高、

24、耗資大、風險高 航空發動機被譽為“制造業皇冠上的明珠”，它是一個國家科技、工業和國防實力的重要標志，是構成國家實力基礎 和軍事戰略的核心技術之一。航空發動機需要在高溫、高寒、高速、高壓、高轉速、高負荷、缺氧、振動等極端惡劣 環境下工作，這就使得航空發動機的研制對結構力學、材料學、氣體動力學、工程熱力學、轉子動力學、流體力學、 電子學、控制理論等學科都有極高要求。 因此，航空發動機的技術門檻極高，全世界能自主研制先進航空發動機的國家只有美、英、法、俄等少數發達國家。 發達國家在發展策略上秉持對內優先發展，對外嚴密封鎖的態度，以此來形成和鞏固對航空動力技術和全球市場的壟 斷地位。 表表 1：航空發

25、動機的技術門檻航空發動機的技術門檻極極高高 技術門檻技術門檻 具體描述具體描述 航空發動機設計之難 在航空式發動機中，最關鍵的壓氣機、燃燒室、渦輪組成發動機的核心機。渦輪驅動壓氣機以 每秒上千轉的轉速高速旋轉，進入發動機的空氣在壓氣機中逐級增壓，多級壓氣機的增壓比可 達 25 以上。 增壓后的空氣進入發動機燃燒室， 與燃油混合、 燃燒。 要保持燃油火焰在以 100m/s 以上高速流動的高壓氣流中穩定燃燒， 同時要保護燃燒室火焰筒壁不被高溫燃氣燒蝕，光靠 選擇耐高溫材料和耐熱涂層還不夠，還要通過燃燒室結構設計，采取冷卻手段，降低燃燒室筒 壁溫度，保證燃燒室正常工作。從燃燒室出來的高溫、高壓燃氣流

26、驅動渦輪葉片以每分鐘數千 轉甚至上萬轉的轉速運轉，通常渦輪前溫度要超過渦輪葉片材料的熔點。 航空發動機需要在高溫、高寒、高速、高壓、高轉速、高負荷、缺氧、振動等極端惡劣環境下， 到達數千小時的正常工作壽命， 這就使得航空發動機的研制對結構力學、 材料學、 氣體動力學、 工程熱力學、轉子動力學、流體力學、電子學、控制理論等學科都有極高要求。 航空發動機材料之難 發動機最關鍵的是壓氣機、燃燒室和渦輪。特別是渦輪，在工作過程中，現代噴氣發動機的渦 輪葉片通常要承受 16001800的高溫，同時還要承受 300m/s 左右的風速，以及由此帶來的 巨大的空氣壓力，在這種極為惡劣的工作環境下可靠工作成千上

27、萬個小時。如此惡劣的工作環 境遠遠超出一般金屬材料的能力， 為此需要其他特殊的材料。 這就是定向凝固高溫合金、 單晶、 金屬間化合物、金屬基復合材料和陶瓷基復合材料，如碳化硅纖維增強的陶瓷基復合材料，使 用溫度可達 1500，遠遠超過超合金渦輪葉片的使用溫度（1100）。 航空發動機制造之難 要讓航空發動機在極端苛刻的工作狀態下保持足夠的強度正常運轉， 發動機的制造除了需要新 型耐高溫材料外，還需要采用眾多復雜先進的的制造工藝。 航空發動機的制造涉及材料、結構、焊接等眾多難度極高的工業技術。如噴氣式發動機上大量 使用高強度材料和耐高溫合金，零部件精度要求達到m 級，葉片型面復雜，燃燒系統和加力

28、 系統薄壁焊接零件多， 大量使用定向凝固、 粉末冶金、 復雜空心葉片精鑄、復雜陶瓷型芯制造、 鈦合金鍛造、微孔加工、涂層與特種焊接等先進制造技術。如航空發動機整體葉盤，每個原始 毛坯成本約二三十萬，加工到成品要經過幾十道工序、數百次換刀、上千次進退刀。A4 紙大 小的整體葉盤葉片最厚 2mm，最薄處只有 0.20.3mm，絕不允許有任何瑕疵。再如渦輪葉片 需要精細設計制造出多通道空心渦輪葉片，利用氣膜冷卻降低葉片表面溫度，以便發動機上葉 片在極端苛刻的工作環境下滿足發動機工作的需要。 資料來源： 淺談航空發動機產業的主要特點以及瓶頸技術 ，招商證券 另一方面，發展先進的航空發動機，耗資巨大。國

29、外研制一型先進的軍用渦扇發動機的費用在 20 億美元左右(法國 M88 為 16 億美元，美國 F119 為 26 億美元)。據統計，美國航空發動機的研究和發展費用 (包括型號研制和改進、 改型 )約占整個航空發展經費的 1/31/4。其中不針對特定型號的發動機預研費約占全部發動機研究和發展費用的 30%35%甚至更高。 敬請閱讀末頁的重要說明 10 行業深度報告 圖圖 7：美國幾種發動機的研制費用（單位：億美元）美國幾種發動機的研制費用（單位：億美元） 資料來源： 航空發動機研制降低費用、縮短周期技術綜述 ，招商證券 另外，航空發動機的復雜以及大量的資金投入也給企業的產品研發和公司運營帶來巨

30、大風險。 以羅羅公司為例， 在 2016 年， 波音 787 飛機配裝的羅羅遄達 1000 發動機的中壓渦輪中出現了工作葉片斷裂的故障。 當年日本全日空（ANA）航空公司的 787 遭受了 3 次遄達 1000 中壓渦輪工作葉片斷裂的重大故障，隨后，多家航空 公司如英國維珍大西洋航空公司、泰國航空公司、英國航空公司與新西蘭航空公司等用遄達 1000 為動力的 787 接連 不斷地出現中壓渦輪工作葉片腐蝕斷裂的事件。羅羅對故障進行分析研究后，發現是由于涂在工作葉片上的隔熱的涂 層過早地脫落，涂層脫落后，高溫的燃氣直接與葉片接觸，造成葉片受燃氣中的硫腐蝕，葉片受到腐蝕后失去強度而 折斷。 遄達 1

31、000 的中壓渦輪工作葉片腐蝕斷裂故障不僅造成航空公司眾多的 787 扒地停飛，甚至在一段時間內，釆用遄達 1000 發動機的 787 總裝線上無發動機可供裝機。 因此這個故障對羅羅公司打擊極大， 不僅公司的信譽受到極大損傷， 在經濟上更是虧損巨大，2019 年 6 月 3 日，羅羅公司一名高級管理人員對媒體宣稱，近三年來，公司用于處理中壓公司用于處理中壓 渦輪工作葉片腐蝕斷裂故障的費用（如用于飛機停飛對航空公司的賠款等）就高達渦輪工作葉片腐蝕斷裂故障的費用（如用于飛機停飛對航空公司的賠款等）就高達 13 億億 5 千萬英磅千萬英磅。 圖圖 8：遄達遄達 1000 發動機發動機 圖 圖 9：遄

32、達遄達 1000 發動機渦輪葉片損傷情況發動機渦輪葉片損傷情況 數據來源：公司官網，招商證券 數據來源：百度新聞，招商證券 （2）產品研制及壽命周期長產品研制及壽命周期長 航空發動機的研制難度極大，每一款航空發動機的研發都需要攻克一系列的關鍵技術，需要經過零件級、部件級、整 機級的多種、多輪試驗驗證，因此，航空發動機的研制周期很長。 以軍用航空發動機為例，不包括先進技術的預先研究, 其工程研制周期約 1012 年。一代新型軍用航空發動機研制 成功后，一般還要持續使用改進發展達幾十年。因此現代渦輪噴氣航空發動機的更新換代并不是很頻繁。如美國為 敬請閱讀末頁的重要說明 11 行業深度報告 F14、

33、F15、F16 研制的 F110 和 F100 發動機及俄羅斯為蘇 27 飛機研制的 AL-31F 發動機，從投入使用至今已達 30 余年，預計今后 1020 年仍然還會繼續使用。 表表 2：美國幾款航空發動機的研制費用和周期美國幾款航空發動機的研制費用和周期 型號型號 制造商制造商 應用機型應用機型 研制周期研制周期 （月）（月） 研制經費研制經費 （億元）（億元） 試驗時間試驗時間 （小時）（小時） 發動機壽命發動機壽命 （小時）（小時） F-100 PW F-15/F-16 54 14.1 9828 150 F-404 GE F-18 等 98 10.5 15000 4000 F-414

34、 GE F-18 等 72 9.41 10000 8000 F-119（計劃） PW F-22 108 14.7 9683 10000 F-119（實際） PW F-22 156 24.65 8677 10000 F-135 PW F-35 180 81 13000 11000 資料來源： 航空發動機研制降低費用、縮短周期技術綜述 、 猛禽與閃電之心F119、F135 發動機 ，招商證券 雖然渦輪噴氣發動機的研制是一項投資大、耗時長的大工程，但一旦研制成功投入使用，生命周期可達雖然渦輪噴氣發動機的研制是一項投資大、耗時長的大工程，但一旦研制成功投入使用，生命周期可達 50 年甚至更年甚至更 長

35、。長。 以CFMI公司赫赫有名的 CFM56 系列發動機為例， 該系列發動機最早的型號 CFM56-2型發動機在 1979年取證， 之后，在這款發動機的基礎上，CFMI 公司又相繼研發出了-3、-5、-7 等不同型號。該系列發動機憑借其無與倫比的 可靠性等優勢（CFM56 發動機平均首次進廠維護前的在翼時間約為 30000 小時；最高紀錄則是 50000 小時），統治 了全球窄體飛機發動機市場近 40 年。 隨著更先進的 LEAP 和 PW1000G 系列發動機逐漸占有市場， 未來 10 年 CFM56 發動機機隊規模將以 3.3%的速率持 續下降，不過考慮到其仍舊有超過 24000 臺的巨大

36、市場存量且有近 60%的發動機尚未開始第一次返廠大修，CFM56 發動機在今后相當長的一段時間內仍將是維修市場上最為核心的一型產品。預計到 2028 年，配裝波音 737NG 的 CFM56-7B 和配裝 A320ceo 的 CFM56-5B 的維修市場需求分別為 600 億美元和 290 億美元， 約占整個發動機維修市 場的 1/3。 表表 3：CFMICFMI 公司公司 CFM56CFM56 民用系列發動機的發展歷程民用系列發動機的發展歷程 發動機名稱發動機名稱 CFM56CFM56- -2 2 CFM56CFM56- -3 3 CFM56CFM56- -5 5 CFM56CFM56- -

37、7 7 取證時間 1979.11 1984.01 19871994 1996.10 推力/kN 100109 89107 113148 120 主要技術途 徑 采用成熟先進的核心 機 核心機不變；風扇改 小、結構性能進一步優 化設計 核心機改進，高壓渦輪葉 片采用新技術、燃燒室涂 層、新低壓系統 核心機改進、低壓系統采 用新技術 資料來源： 民用航空發動機核心機技術發展研究 ，招商證券 圖圖 10：2028 年全球民用航空發動機維修市場機型分布預測年全球民用航空發動機維修市場機型分布預測 資料來源： 民用航空發動機維修市場發展分析 ，招商證券 敬請閱讀末頁的重要說明 12 行業深度報告 （3）

38、開展預先研究至關重要開展預先研究至關重要 被譽為“中國航空發動機之父”的吳大觀曾經說過，“隨著科學技術的迅猛發展，加強航空發動機預先研究，對發動機研制顯 得更為重要。預先研究對我國發動機行業的振興有著成敗的關系，不能有絲毫的忽視?！?隨著國際市場競爭日益激烈對武器作戰性能的要求更高了。飛機對發動機的各種性能要求也更加苛刻，主要表現在對 航空發動機的質量高、周期短、成本低、可靠性好、使用維護方便等項要求愈來愈突出。西方國家在航空發動機預研 中不惜資金、大量投入、增加諸多預研項目來達到上述目的。 西方發達國家中發動機預研項目種類多和投資最大的要數美國了。 為了保持在該領域的領先地位， 從 20 世

39、紀 50 年代 開始由軍方和政府相繼投入巨資實施了十幾個航空發動機研究計劃， 奠定美國頂尖軍用航空發動機和先進民用航空發 動機技術基礎。 圖圖 11：美國軍用航空發動機技術預先研究路線圖：美國軍用航空發動機技術預先研究路線圖 圖圖 12：美國：美國 IHPTET 計劃建立過程計劃建立過程 數據來源：環球網，招商證券 數據來源： 美歐航空發動機重大科技專項計劃分析 ，招商證券 航空發動機領域實施的重大科技專項預先研究計劃的典型代表有美國的“綜合高性能渦輪發動機技術”（IHPTET） 計劃、“通用經濟可承受先進渦輪發動機”（VAATE） 計劃、“支持經濟可承受任務能力的先進渦輪發動機技術” （AT

40、TAM） 計劃，歐盟框架計劃（FP）中的“清潔天空”（CleanSky）計劃等航空研發計劃，英國、意大利、德國等國聯合實 施的“先進核心軍用發動機”（ACME）計劃和英法聯合實施的“先進軍用發動機技術”（AMET）計劃等。 表表 4：航空發動機領域典型的預先研究計劃：航空發動機領域典型的預先研究計劃 計劃名稱計劃名稱 國家國家 計劃目標計劃目標 綜合高性能渦輪發動機技術 （IHPTET）計劃 美國 大幅提高渦輪發動機的性能，包括推重比/功重比提高 100% 120%，耗油率下降 30%40%，生產及維護成本降低 35%60%。 通用經濟可承受先進渦輪發 動機（VAATE）計劃 美國 目標轉向渦

41、輪推進系統的經濟可承受能力，目標是相比 2000 年的 基準發動機提高 10 倍，技術成熟度（TRL）和制造成熟度（MRL） 達到 6 級。 支持經濟可承受任務能力的 先進渦輪發動機技術 （ATTAM）計劃 美國 提高綜合動力與熱管理能力， 將不同類型航空發動機的燃油效率提 高 10%30%，電力和熱管理能力提高 220 倍，推進效率提升的 目標為 10% 25%，并通過部件、核心機及驗證機試驗評估和確 認達到 TRL6 級或 MRL6 級。 框架計劃（FP） 歐盟 瞄準 2020 年和 2050 年愿景目標（例如，歐洲內部實現 4h 門到門 運輸服務，將航空運輸二氧化碳、氮氧化物、噪聲相比

42、2000 年水 平分別降低 75%、90%、65% 等），論證提出航空研究項目的目標， 通過科學、 有序地將技術研發項目安排在產品研制前以形成技術積 累。 先進核心軍用發動機 （ACME）計劃 英國、意大利、 德 國 推重比達到 20 ：1，發動機的質量降低 50%，耗油率降低 30%，制 造成本降低 30%，全生命周期成本降低 25%。 敬請閱讀末頁的重要說明 13 行業深度報告 先進軍用發動機技術” （AMET）計劃 英國、法國 第一階段是到 2001 年實現推重比 15 ： 1， 遠期的目標是到 2008 年 達到 18 ：1。 資料來源： 美歐航空發動機重大科技專項計劃分析 ，招商證券

43、 （4）核心機派生衍生發展為航空發動機主要發展途徑核心機派生衍生發展為航空發動機主要發展途徑 現代航空發動機系列化發展的最主要途徑是在一臺成熟的核心機的基礎上， 通過重新匹配低壓部件或者對核心機進行 縮放等技術方法，改變風扇或低壓壓氣機直徑和級數以及渦輪的冷卻技術或材料來改變發動機的主要循環參數，如壓 比、涵道比、空氣流量、渦輪進口溫度等，從而獲得不同性能和用途的發動機。以成熟核心機為基礎進行派生衍生發 展，就可以以較低的風險研制出覆蓋一定推力（功率）范圍的一系列發動機。滿足不同用途飛機對動力的需要，從而 實現核心機的多用途目標。利用多用途核心機發展系列發動機的道路一直受到了航空發達國家的高度

44、重視，并成為發 動機系列發展的主要技術途徑。 表表 5：核心機系列化發展的主要技術方法比較：核心機系列化發展的主要技術方法比較 派生方法派生方法 第一種第一種 第二種第二種 第三種第三種 技術途徑 核心機基本不變或氣動和結 構局部改進 核心機縮放技術，即核心機的 氣動參數基本不變，改變核心 機的尺寸 保持核心機三大高壓部件中的一 個或兩個部件在氣動或結構上不 變或少變，其它部件重新設計 主要優點 技術風險小，零部件通用性 好 核心機縮放技術，即核心機的 氣動參數基本不變，改變核心 機的尺寸 充分利用核心機綜合性能較佳部 件重新派生新的核心機，使得系 列發展的發動機性能提高更大 主要缺點 系列發

45、展的發動機的推力范 圍有限 系列發展的發動機的性能提高 有限如耗油率、推重比等 研制經費、研制周期存在一定的 技術風險 資料來源： 民用航空發動機核心機技術發展研究 ，招商證券 如惠普公司就開展的多用途核心機研究中采用 F119 核心機作為基準核心機，推力覆蓋范圍為 294012740daN，可 用于戰斗機、教練機、轟炸機、運輸機等六類飛機。 圖圖 13：普惠公司多用途核心機發展模式普惠公司多用途核心機發展模式 資料來源：CNKI，招商證券 GE 公司也采取同樣的發展思路， 利用 GE23 先進技術驗證機的預研核心機， 開發出了推力范圍為 3 92014 700 daN 的系列發動機。 敬請閱

46、讀末頁的重要說明 14 行業深度報告 表表 6：GE23 預研核心機派生發展型號預研核心機派生發展型號 型號型號 應用機型應用機型 推力推力/da/daN N F101 加力 B-1 超聲速轟炸機和 U-2 12,936-13,273 不帶加力 6,907-7,772 F110 加力 F-16 并取得 F-15 合格 證、 F-14 換發 11,650-12,513 不帶加力-F118 B-2 和 U-2 換發 8,149 F404 加力 F-18 6,907-8,630 不帶加力 A-6F 4,657-5,607 民用 CFM56 波音 737、KC-135 7,974-15,523 資料來

47、源：CNKI，招商證券 為了應對普惠公司齒輪傳動渦扇（GTF）發動機通用核心機計劃，在 2008 年范堡羅航展上，GE 公司宣布啟動 eCore 核心機項。eCore 核心機項目的目標是將大尺寸的 GEnx 核心機縮比設計，并引入最新的氣動、結構、冷卻、復合材 料和低排放設計技術，使得核心機應用領域由寬體機向窄體機發展?；谠擁椖堪l展的 LEAP 系列發動機，10 級高 壓壓氣機增壓比達到 22。由于核心機性能獲得較大提升，加之涵道比增加，燃油效率高于目前最好的 CFM56 發動機 （9 級高壓壓氣機，增壓比僅為 12）15%以上。 LEAP-1A/1B/1C 分別為空客 A320neo、波音

48、 737MAX 和中國商飛 C919 飛機提供動力，鞏固了 GE 在下一代窄體機 發動機市場的地位。同樣基于 eCore 核心機，GE 公司發展了 Passport 發動機，計劃用于龐巴迪“環球”7000 和“環 球”8000 公務機，使得該核心機的應用向公務機延展。 圖圖 14：基于基于 eCore 核心機發展的核心機發展的 Leap 發動機發動機 圖 圖 15：基于基于 eCore 核心機發展的核心機發展的 Passport 發動機發動機 數據來源：公司官網，招商證券 數據來源：百度百科，招商證券 羅羅公司的三轉子結構發動機具備快速衍生發展能力，基于 RB211 發動機核心機，羅羅發展了遄

49、達 700 與遄達 800 發動機； 在遄達 800 的核心機的基礎上縮小尺寸， 羅羅發展了遄達 500 發動機； 繼續將遄達 500 發動機核心機放大， 羅羅發展了遄達 900 發動機； 將遄達 900 核心機縮小， 羅羅發展了遄達 1000 發動機； 通過遄達 1000 發動機核心機， 羅羅發展了遄達 XWB 和遄達 7000 發動機。 敬請閱讀末頁的重要說明 15 行業深度報告 圖圖 16：羅羅公司發動機譜系羅羅公司發動機譜系 資料來源：根據公開資料整理，招商證券 可以看出，世界級的航空發動機制造商均是以不多的幾型核心機，甚至是一型核心機為主，通過引入先進技術成果， 逐步改進升級，促進其

50、產品的發展。為了適應市場的發展需求，還通過縮放、加減級等形式改進發展核心機，但其支 撐布局等關鍵結構形式不變，正是這種幾十年的持續改進和經驗累積，保證了使用性能的穩定和高可靠性。同時，基 于成熟的核心機發展具有費用低、時間短和風險低的突出優勢，成為航空發動機發展的一條科學道路。 3、軍用航空發動機行業發展現狀軍用航空發動機行業發展現狀 （1）軍用航空發動機發展至第五代，高推重比與高溫是主要特征軍用航空發動機發展至第五代，高推重比與高溫是主要特征 從 40 年代末到 21 世紀初噴氣戰斗機動力大致經歷了四次更新換代。戰斗機對發動機的主要要求是：1、推重比高 飛機輕，機動性好，由下表可見，發動機劃