航空发动机产业链发展现状与趋势.docx

航空发动机产业链发展现状与趋势一、航空发动机介绍（一）航空发动机发展与分类航空发动机起步于活塞式发动机具有油耗低、成本低、工作可靠等特点，但是活塞式发动机-螺旋桨组合制约了飞机速度的提升，因此从20世纪40年代喷气式发动机出现后，因其能以较轻的重量产生很大的推力，首先用于战斗机上，随后用于轰炸机、运输福口民航客机上，因此逐渐取代了活塞式发动机。但是活塞式发动机仍有成本、油耗等优势，因此在中小型发行器以及部分直升机上还有使用。活式发动机1903年-二战时期二战后-至今气式发动机有压气机无压气机目前燃气涡轮发动机（有压气机）作为航空发动机中绝对的主流，主要包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、桨扇发动机和涡轮轴发动机五种，它们的工作场景和总体架构有所差别，但工作原理相似,并且均由涡轮喷气发动机这一基本构型发展而来。它主要分为五大部件，即：进气道，压气机，燃烧室，涡轮和尾喷管。其中压气机，燃烧室，涡轮又称为发动机的核心部件。（二）核心部件介绍1、压气机空气经由进气道后进入至压气机。压气机主要作用是通过高速旋转的叶片对空气做功，即对空气进行近绝热压缩，以提高空气的压力，为接下来气体在燃烧室中的燃烧创造条件。根据气流在压气机中的流动方向，可以将压气机分为离心式压气机和）轴流式压气机两类:空气轴向流入又轴向流出压气机的称为轴流式压气机；空气轴向流入而沿离心方向流出的称为离心式压气机。评价压气机性能的指标包括：增压比、效率、外廓尺寸、重量、强度等。压气机每一级都由转子和静子组成,转子通过旋转对空气压缩做工,而静子可以改变气流方向，并通过微调以改善空气流动状态。目前轴流式压气机应用明显比离心式压气机多，主要由于其效率高。2、燃烧室燃烧室位于压气机和涡轮之间，虽然结构上并非循环部件，但是其核心作用是将高压空量口燃气充分掺混并且燃烧,从而将航空煤油中存储的化学能转化为热能，形成高温高压燃气。可以说，航空发动机的可靠性、经济性及寿命很大程度上取决于它一并且在全球倡导"双碳背景下，能源利用效率以及最后排放指标都倚重于燃烧室的设计。燃烧室由进气装置（扩压器）、火焰筒、燃油喷嘴、点火装置以及壳体组成。且在火焰筒内壁上涂覆有热障涂层满足其长寿命高效率的工作需求。现代高性能发动机对主燃烧室提出了越来越高的要求,军用发动机燃烧室需要具有更高的温升工作能力和更宽的工作范围，而民用发动机燃烧室的污染排放指标极为苛刻。为应对这些挑战，现在的燃烧室研究主要朝着高温升、低排放两个方向发展。3、涡轮高压空气经燃烧室后形成高温高压燃气，并进入涡轮部件。涡轮的作用是将高温燃气中的热能和压力势能转化为机械能,即高温高压燃气在涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶片带动涡轮盘旋转，从而经轴带动压气机工作。涡轮的工作特点是功率大、燃气温度高、转速高、效率高、重量轻、可靠性高，因此较之于压气机更加恶劣。同样，按照气流在涡轮中的流动方向，其结构可分为轴流式?口离心式。民航发动机多采用轴流式涡轮，且轴流式涡轮也可进一步分为冲击式?口反力式。涡轮的结构也是一级转子一级静子，涡轮转子由涡轮盘、涡轮辄工作叶片和连接部件构成；涡轮静子由涡轮机匣和导向器等部件构成。涡轮是航空发动机中工作环境最为恶劣的部件，尤其是涡轮叶片需要在高温、高压、高转速的“三高"环境下可靠长时工作。因此设计人员在其结构、材料和防护上下足了心思。在结构上不仅设计成更佳冷却效果的空心形式，材料上也选择具有更佳高温力学性能的单晶，更在其表面涂覆有热障涂层，以实现对其更加稳定可靠且高效的高温热防护。二、发动机市场分析（一）全球发动机市场1、军用市场根据WorldAirforces2023数据统计，2022年美国军机保有数量遥遥领先，其次为俄罗斯和中国。2022年美国军机数量约为中国4倍。2、商发市场根据中国商飞公司预测，从2020到2039年，全球将增民航客机4万架，据此估算对应航空发动机的市场空间。测算过程中的重要假设如下：1 ）各型号发动机单价参考当前各发动机厂家官网订单信息2 ）发动机维护保养费考虑与新机采购费按照1:1预估据此测算，2021年-2039年全球商用航空发动机整机市场总规模约为13.4万亿元人民币，年均超6500亿人民币。艮机臭X示包发船更亏单飞m发动版上（*）S他飞机用量（M）（«）发动加单管（¼A）<f()f(¼)*计(M)单通通客1IXafhlX229127582S40.7407784077»8ISS6网通it*¼GE-NX272191443«IS2I6S72165743314支微客机CF-342431886360.5431843188636合计40664813»M7S2«6752I33SO5*HK:«中国直飞公司由“Mn年报20202039）,京商让拿统文埼（二）中国发动机市场1、军用发动机中国的军用发动机最早是以仿制苏联发动机为主，直到20世纪初，我们自研产品出来，代表型号有涡喷14型发动机和涡扇-10系列发动机。涡喷14又称昆仑发动机，是我国自行研制的第一台具有全部知识产权的中等推力级加力涡轮喷气发动机。涡扇-10系列发动机简称WS-IO,代号太行，是由中国航空研究院606所研制的国产第三代大型军用航空涡轮风扇发动机，也是中国第一台大推力涡轮风扇发动机。根据WOrIdAirfOrCS数据统计，我国战斗机、运输机、直升机、特种飞机、教练机2021-2030年的增量分别为961架、236架、897架、89架和334架。我们按照存量和增量两部分，对2021-2030年我国军用航空发动机市场进行测算，为了简化计算，我们将存量飞机分为换发1次和2次两部分，增量飞机分为不换发和换发1次两部分，发动机单价取可参考型号价格。经测算，2021-2030年,我国军用发动机购置经费共2587亿，维修经费1293亿,合计3880亿：平均每年购置经费259亿维修费129亿，合计388亿。2、商用航发截至2021年底，民航全行业运输飞机期末在册架数4054架，比上年底增加151架。单位：架飞机分类飞机数量比上年增加在运输机队占比的4054151100.0%客运飞机385613995.1%K中：宽体飞机465711.5%窄体飞机317812078.4%支线飞机213125.3%货运飞机198124.9%大型货机4301.1%中小型货机155123.8%数据来源：中国民用航天局3、无人机市场根据蒂尔集团的报告2020年-2027年全球军用无人机年产值含采购）逐年增长，到2027年产值预计达到143.99亿美元，市场保持可持续的稳定发展。国内市场来看，根据中研普华产业研究院数据显示，2020年我国军用无人机市场规模达到209.1亿元，预计2025年将达到400.47亿元，CAGR达13.88%。靶机属于耗材，空军、二炮和陆军航空等每年训练消耗量都很大，同时像沙特等国外贸出口需求也不小。根据新思界发布的«2019-2023年中国无人靶机市场可行性研究报告2018年中国无人靶机行业市场规模为19.5亿元,年增速在15%以上。（三）竞争分析国际上以GE、RR、P&W、SAFRAN等为代表的欧美航空发动机先进企业，对其他国家企业形成明显的代际领先优势。发达国家的航空发动机技术和产品在不断发展，一方面积极推进自适应、新概念发动机等技术的发展，另一方面通过适航、排放等不断提高行业壁垒。1、军用航发军用发动机更注重推动比和高机动性。GE,普惠、劳斯莱斯、赛峰、美国霍尼韦尔（HoneyWeil）、德国MTU、意大利Avi。、俄罗斯土星、俄罗斯礼炮等都具有较完整的生产能力。军用航空发动机不像民用航空发动机被美英法绝对垄断,但目前世界上能够独立研制高性能军用航空发动机的国家也只有美国、俄罗斯、英国、法国、中国等少数几个国家。全球主要军用机型所使用的航空发动机及生产企业统计如下：臭别代表型号次幼机正置生产£D业AH-64OM72*GeerlElectric11-GE70K2"LycomingT55<>A714AGeMBVl升机M1-82*克蔓夫TV5117*±1UH82*GenedElectricT7-GC70KGeBeM2122PrtcwPT6T5B63«FUImftio-GE-100«8«FWPW-229等GeF152M111O<5i29«FKX)PW229GeFW2>F404GE-400GeF551mF119-PW-KX)saF222"F119PW1SU27.SU-502*AL51F量卡士SU-57H-5O2mAL41H-117S*±i台风降风2“默魏气胃鸵公司EJ2002*M882”等厮奈克班C1504T56A15文叠海机C171-764m1117PW14D-501MsC1602"TyneRty.20Mk22KingAir2*PT6A42资H素叠：IRS产於01究除g1R经济学人APP在军用航空发动机领域，美国的FI35、欧洲的EJ200等国际先进的小涵道比涡扇发动机推重比已经达到10一级，MTBF已达到500飞行小时以上，热端零件寿命已超过2,000小时。便罗斯的A-41中也具备较高的技术水平，但由于经济等原因，近些年迭代较慢，被欧美拉开一定差距。发动机型号/参数美国1135-PW-100美国F119-PW-100欧洲EJ20俄罗斯A41中国-WSI5长度/cm559483400499505直径/cm117114.386.3128102净kg170113601035151633.7最大推力量级t19.519.59.316.518.5总压力比28：127：126：1.24.5：1<30:1最大推重比11.4711.5910.5'1110.8数据来源于各公司网站2、商业航发在商用航空发动机领域，全球市场经过近百年的发展,已经呈现出典型、明显的寡头垄断格局。美国通用电气（GE）、普拉特惠特尼（普惠）、英国罗尔斯罗伊斯（罗罗）、由GE和法国赛峰集团合资的CFM国际公司以及由普惠、MTU航空发动机?口日本航空发动机协会合资的国际航空发动机公司（IAE）,占据着全球商用航空发动机约97%的市场，控制着商用飞机发动机的核心技术。中国10款常用民用飞机，只有一款用了中国航发的WJ6C发动机。WJ6发动机定型后，用作运8系列飞机的动力，交付数量超过800台，累计飞行时间超过300万小时，是目前我国装机数量最多、累计飞行时间最长的国产发动机。我国民用大飞机C919已经拿下超过IOoO架的订单、价值超3000亿元人民币。无论是从商用航空发动机本身巨大的经济价值角度、还是从支撑C919世界商用大飞机产业ABC格局的角度,发展先进商用发动机均是我国产业升级的必然选择。中国当前重点在研商用航空发动机型号完整履盖窄体、宽体、支线客机市场。制造育可兼各飞机曾代更才箕江.100OAC9I9Les(>>!C2020年迪人地曲台淘«瘠段：-2MKCR">2020UtHit1.0长江S00ARJ-2ICF342018多龙成蜒念方童谣计*M¼*:«加文8力刚H*育送条"亢所（四）航空发动机产业链分析1、全球范围以主机企业为牵弓I,在世界范围内形成了航空发动机产业链的四级供应结构：第一级即GEv普息、罗罗等整机制造商，负责整机研制及总装交付；第二级包括德国MTU、意大利AVIO等，主要负责子系统、大部件/单元体的制造第三级和第四级分别是零组件/分系统、和原材料的供应商。整X蠲/二*OUC,材码供应商发动机H 机用IM. 总交忖资料来源：航空发动机产业现状与趋势空天界2、中国境内经过近几十年的发展，中国国防军工行业已经形成了一条军民融合、功能完备的航空发动机产业链。产业链主要环节包括：设计研发、加工制造(原材料)、加工制造(零组件)、整机集成交付、运营维修。(1)设计研发：集中大批研究院所等优质资源航空发动机设计研发这一环节中集中了大量优质资源。可分为基础研究及关键技术研究、子系统研发、整机集成设计等几大类。基础研究及关键技术研究目前主要由相关高校航空航天专业、中科院相关院所承担。子系统研发主要包括材料工艺方案和控制系统两大类，分布在航发集团、航空工业集团、中科院系统以及一些地方政府下属的科研机构中。整机集成设计的几大主机所则均为航发集团所属。(2)原材料：锲、钛、钢、铝四足鼎立，复合材料大势所趋早期的航空发动机采用铝合金、镁合金、高强度钢和不锈钢等制造，后期为减轻发动机重量、提高耐温性能、提高发动机效率和推重比，而逐步引入了钛合金、高温合金以及复合材料。当前,航空发动机中传统铝合斛口高强度钢、钛合金、银基高温合金四足鼎立，复合材料则凭借其优良的综合性能成为未来航空发动机性能进一步提升的不二选择。种类性能优势重点企业钛合金轻质、高强度、抗腐蚀性宝钛股份、西部超导、西部材料高温合金优异的席温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、良好的疲劳性能、断裂韧性等钢研高纳(产量最高、业务集中度最高)复合材料复合特性中航高科、光威复材(3)零部件与子系统：锻造、铸造各司其职、控制系统自成一体航空发动机由部件和子系统组成,部件包括风扇增压级、压气机、燃烧室、高低压涡轮等；子系统包括控制系统、空气系统、机械系统、短舱系统等。除控制系统自成一体外,其余各部件系统的零组件按照加工成型的方式均可以分为锻件、铸件、锁金件等几种，其中又以锻件、铸件占据主要地位。近些年来，3D打印增材制造、复合材料特殊工艺等也逐渐开始使用,但目前占比尚较小。(4)叶片、轮盘：上市公司锻造叶片企业成熟度更高、铸造叶片企业加紧技术攻关航空发动机压缩系统(风扇增压级、压气机)转静子叶片、涡轮转静子叶片、及用于支撑安装转子叶片的压缩系统轮盘及涡轮轮盘是航空发动机中最重要的一组零件，在发动机功的传递、能量的转化中起核心作用。在发动机价值的拆分上,以上零件合计价值占比超过40%o以上零件除涡轮叶片采用铸造方式成型外，其余均采用锻造的方式，两类加工工艺中，精锻和精铸分别代表了未来各自技术发展的主流方向。加匚工艺分类重点企业精锻压气机叶片、压气机及涡轮轮盘轴等航空锻件的加工.中航重机、航亚科技、无锡润和精铸涡轮叶片精铸加工应流股份、万泽股份、炼石航空、江苏永瀚精锻和精铸都有航发动力、中国航发航材院(5)机匣等其他结构件：航发科技是龙头航空发动机所使用其他结构件主要包括机匣、轴承、齿轮箱、燃烧室零组件、密封封严装置等,加工方式多采用锻造、少数采用镀金成型。(6)控制系统航空发动机控制系统是发动机的神经和大脑,起着把飞机操纵人员指令传输给发动机、并根据操纵指令精确调节相关运动机构以使得发动机实现操作意图的功能，对于航空发动机正常稳定工作发挥着至关重要的作用。我国从事航空发动机控制系统研制生产的企业主要有航发控制、晨曦航空、海特高新、航新科技、中航机电等，其中航发控制背靠我国航空发动机控制领域唯一的军工科研院所中国航发控制系统研究所，实力雄厚、产品型号齐全，是航发控制领域的龙头企业。(7)整机集成交付：航发动力是唯一龙头我国航空发动机整机集成交付领域共有八大主机厂,全部为中国航发集团下属，其中5家注入上市公司或作为上市公司母公司。航发动力囊括了其中4家，基本覆盖了当前航发集团主要在研或已服役的先进发动机型号。太行发动机已经进入稳定服役状态,将随着三四代战斗机的上量享受确定的业绩增长。三代中等推力航空发动机生产线建设项目也于今年通过竣工验收,将有望随枭龙、FC-31战机一并上量。(8)运营维修运营：军用、商用航空发动机的运营方分别为军队和航空公司。维修：军用发动机一部分由解放军57XX厂提供维修服务，另一部分由发动机整机制造商航发动力分别在贵州、山西、吉林的维修厂提供售后维修保障服务。发动机维修保障环节的利润率较初始产品交付更高，后续随着全面聚焦备战打仗背景下实战化训练的增多，军用发动机维修保障领域市场空间将有望快速上升，为相关企业带来业绩增长的新动力。在民用领域，多个航空公司与国外OEM或与国外航空公司、专业发动机维修公司等建立合资公司，用于为自身及行业提供发动机及飞机维修保障服务。此外，上市公司中航新科、海特高新也涉足有航空发动机维修市场。未来随着军民用航空发动机的放量增长,航空发动机维修市场也将迎来市场空间的扩充。三、投资思路(一)航空发动机市场空间大，技术壁垒高不论是军用还是民用领域，航空发动机的市场规模都足够大。同时由于技术门槛很高,放眼全球能做出来的企业都很少,并且已经在民航领域形成了寡头垄断之势。军用领域由于其自主可控和隐密性的要求，各国都在研发自己的产品。中国最先进的WS15发动机，预计2024年实现量产,在指标性能上相对国外最先进的发动机仍有差距。（二）大型发动机几乎被航发集团垄断，中小型发动机民营公司有机会大型发动机被航发集团旗下企业航发动力等研制生产，目前还处在新型军用发动机逐步定型量产阶段。因此民营发动机研发公司专注于中小型发动机的创新相对更有机会。随着未来战场以无人化、峰群作战、电子战为主导，对于中小型无人机、靶机的训练需求将会不断提升。航空发动机通过改动完全可以应用于民用燃气轮机发动机市场,而发用领域更加关注经济与减排，因此在双碳"大背景下，能够提供更适合民用燃气轮机市场的发动机产品将有更大的吸引力。（三）上游原材料公司可重点关注航空发动机对于关键材料的要求很多，特别是叶片，要求材料具有高温强度，良好的抗氧化?口抗热腐蚀性能、良好的疲劳性能、断裂韧性等特性，甚至还需要隐身性能，因此能提供多种高性能的复合材料，将会对相应的公司带来极大的发展。而且这类型材料还可用于民用市场的话，市场空间以及未来成长性更好。（四）锻造和铸造叶片制造企业仍有机会航发的叶片生产是一个高度精细的过程,对于企业的锻造和铸造工艺提出了非常高的要求，因此我认为在加工工艺和设备上创新也将给相应的制造类企业带来一定机会。但是这个环节是重资产投入，基本也只能由国资来主导。（五）运维环节民营公司有一定机会国内军用和民用的集成整机商基本已经被航发和商飞垄断，因此民营公司想在整机集成交付、机匣等结构件等成熟领域去竞争基本没有机会。而在运维环节，航空发动机研发商或者零部件厂商能够将业务范围扩展到维修环节，对于公司发展的可持续性是个保障。