航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)深度報告-工業(yè)皇冠國之重器蓄勢待發(fā)一、航空發(fā)動機：工業(yè)皇冠，國之重器（一）行業(yè)歷史：噴氣式替代活塞式，渦扇發(fā)動機成為主流航空發(fā)動機自1903年誕生至今一百多年，經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段。第一階段是自1903年開始的前40年，由活塞式發(fā)動機統(tǒng)治。1939年以后是噴氣式發(fā)動機時代，在此期間廣泛運用的是燃氣渦輪發(fā)動機，可以分為：渦輪噴氣發(fā)動機（渦噴發(fā)動機）、渦輪風扇發(fā)動機（渦扇發(fā)動機）、渦輪螺旋槳發(fā)動機（渦槳發(fā)動機）、渦輪軸發(fā)動機（渦軸發(fā)動機）。我國航空發(fā)動機的研制始于20世紀60年代，大致可以分為三個階段：第一階段為20世紀60年代中期-80年代中期，主要是引進國外發(fā)動機仿制，同時也嘗試進行自主研發(fā)，代表性產(chǎn)品有渦噴-5、渦噴-6、渦扇-9。第二階段為80年代中期-90年代末期，從引進、仿制轉(zhuǎn)向自主研發(fā)，這一階段的代表性產(chǎn)品有渦噴-13、渦噴-14、渦扇-10。第三階段為2000年初至今，我國已經(jīng)逐步建立了相對完整的發(fā)動機生產(chǎn)研制體系，具備各類發(fā)動機研制生產(chǎn)能力，并向世界先進水平邁進。目前有代表性產(chǎn)品有渦扇-15和渦扇-20發(fā)動機（在研）。（二）行業(yè)特點：工業(yè)明珠，技術(shù)與資本壁壘高1.高技術(shù)壁壘、高研發(fā)投入。航空發(fā)動機是一種高度復(fù)雜的熱力機械，需要在極端惡劣的高溫高壓高應(yīng)力條件下工作，在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)高水平能量的穩(wěn)定釋放（燃氣燃燒）和轉(zhuǎn)化（通過渦輪風扇等旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力）。目前先進的航空發(fā)動機工作溫度在1700攝氏度以上，壓氣機增壓后壓力高達50多個大氣壓，轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn)幾萬轉(zhuǎn)，葉尖承受的離心力相當于40噸重卡車的拉力。除了惡劣的工作環(huán)境外，由于航空發(fā)動機需要承擔長時間的工作任務(wù)，還需要保證長時間、高水平的穩(wěn)定性。目前能夠真正獨立研制航空發(fā)動機并形成成熟產(chǎn)業(yè)規(guī)模的國家也只有英、美、法、俄四國。航空發(fā)動機從原材料到零部件再到整機的制造，都具有極高的技術(shù)難度，需要投入高額的研發(fā)費用用于培養(yǎng)技術(shù)人才、購建研發(fā)設(shè)備等。以國內(nèi)航空發(fā)動機葉片制造企業(yè)應(yīng)流股份為例，根據(jù)年報的披露，應(yīng)流股份研發(fā)投入自2017年公司在兩機葉片發(fā)力以來顯著增高，2017-2019年研發(fā)支出均超過2.5億元，資本化和費用化研發(fā)支出均呈現(xiàn)上升趨勢，2019年研發(fā)費用率達到12.9%。2.開發(fā)周期長，資本開支要求高。航空發(fā)動機采取預(yù)研模式，開發(fā)周期長。雖然世界航空發(fā)動機的研制流程各不相同，但從技術(shù)理論的產(chǎn)生到量產(chǎn)裝配的過程大體可以分為預(yù)研階段、工程研制階段和使用發(fā)展階段。預(yù)研階段是將新型的理論進行應(yīng)用研究，對通過驗證的理論進行前期技術(shù)開發(fā)，這一階段用時大約在10-12年左右。通過預(yù)研階段后進入工程研制階段，主要是根據(jù)軍用或民用的性能需求進行工程驗證機研制和原型機研制，其中原型機研制又可以分為飛行前試驗、科研試飛、原型機定型、生產(chǎn)定型四個階段。預(yù)研階段和工程研制階段共需要約30年，發(fā)動機只有順利通過了這兩個階段才能進入使用發(fā)展階段進行量產(chǎn)裝配，整個開發(fā)周期漫長。目前世界典型發(fā)動機研制時間短則五六年，長則八九年，涉及跨代的發(fā)動機研制時間甚至長達10-20年。前期投入大，回報周期長，航空發(fā)動機資產(chǎn)壁壘高。由于航空發(fā)動機技術(shù)壁壘極高，需要較長的產(chǎn)品開發(fā)周期和較高前期投入，在實現(xiàn)“從0到1”的過程中，對于資本開支的要求極高，對潛在的新進入者而言需要投入大量的現(xiàn)金流，且短時間內(nèi)無法轉(zhuǎn)化為收入，固定資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率較低，使得企業(yè)面臨較高的資產(chǎn)壁壘。以應(yīng)流股份為

例，公司從2017年開始購建固定資產(chǎn)等支付的現(xiàn)金迅速上升，2019年為5.81億元，2020年前三季度已達6.5億元。橫向?qū)Ρ纫簤杭堫^恒立液壓，公司在2010年開啟了一輪增資擴產(chǎn)，擴大油缸業(yè)務(wù)產(chǎn)能以及開發(fā)油缸產(chǎn)品，當年用于購建固定資產(chǎn)等支付的現(xiàn)金同比增長600%，并在2011-2014年一直保持高位，固定資產(chǎn)周轉(zhuǎn)也一直較為緩慢，直到2017年開始迅速上升，前期的大量固定資產(chǎn)投入在短期內(nèi)會使得企業(yè)現(xiàn)金流緊張，周轉(zhuǎn)率下降；中長期視角下，實現(xiàn)客戶或技術(shù)突破后將逐漸轉(zhuǎn)化為企業(yè)收入。（三）市場空間：單位價值高昂，產(chǎn)值超

700

億美元航空發(fā)動機單位價值高，在飛機成本中占比超20%。在航空發(fā)動機高壁壘的支撐下，航空發(fā)動機具有極高的附加值。目前典型的渦扇發(fā)動機目錄價格達到數(shù)千萬美元，羅羅公司生產(chǎn)的Trent900渦扇發(fā)動機目錄價格超過4500萬美元，CFM公司生產(chǎn)的Leap系列發(fā)動機價格也超過1000萬美元，但通常來說真實成交價格會在7-8折左右。從飛機各部件的成本占比來看，根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，發(fā)動機占比居各部件前列，超過20%，僅次于機體系統(tǒng)。根據(jù)空天界的數(shù)據(jù)，全球渦輪發(fā)動機市場過去五年產(chǎn)量穩(wěn)定在1.4萬臺左右，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)趨向高端，均價有所提高，總產(chǎn)值有上升趨勢，2017-2019年全球渦輪發(fā)動機年產(chǎn)值分別為724、747、728億美元。從結(jié)構(gòu)來看，2019年渦扇發(fā)動機在渦輪發(fā)動機各類別中占比最高，達到44.7%，其次為輔助動力裝置和渦軸發(fā)動機，分別達到19.7%和17.77%。由于渦扇發(fā)動機單價較高，渦扇發(fā)動機總產(chǎn)值在渦輪發(fā)動機中占比超過90%。（四）政策背景：軍民融合國家戰(zhàn)略，國產(chǎn)替代加速1.軍民融合國家級戰(zhàn)略，助力航發(fā)崛起。2015年，十二屆全國人大三次會議解放軍代表團全體會議上提出把軍民融合發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略，“推動軍工開放，引導社會資源進入武器裝備科研生產(chǎn)領(lǐng)域”。航空發(fā)動機是典型的軍民兩用產(chǎn)品，在國防建設(shè)和國民經(jīng)濟中都具有重要地位。在民用領(lǐng)域，航空發(fā)動機為民航飛機提供動力，決定著飛機的飛行速度、穩(wěn)定程度和油耗等參數(shù)。航空發(fā)動機研制技術(shù)難度高，周期長、經(jīng)費投入大，因此如果能夠在研制階段軍民相互配合，研制成果相互轉(zhuǎn)化，可以降低研制成本，實現(xiàn)經(jīng)濟可承受性，同時使得研制成果的效益最大化，對于航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以起到很大的促進作用。在軍民融合戰(zhàn)略的背景下，民營企業(yè)在航空發(fā)動機領(lǐng)域取得不俗進展。在航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈的原材料環(huán)節(jié)，圖南股份、撫順特鋼、萬澤股份等民營企業(yè)均取得進展。圖南股份為發(fā)動機生產(chǎn)鑄造高溫合金與變形高溫合金，具有制備超純凈鎳基高溫合金的先進技術(shù)，是國內(nèi)航空發(fā)動機廠的主要供應(yīng)商，2019年高溫合金業(yè)務(wù)收入達到3.75億元。在零部件環(huán)節(jié)，應(yīng)流股份在2019年突破兩機熱端部件技術(shù)瓶頸，為國內(nèi)兩機配套生產(chǎn)葉片、機匣等零部件，2019年在航空航天新材料及零部件領(lǐng)域收入達到1.78億元。2.國產(chǎn)替代趨勢明顯，國內(nèi)廠商面臨發(fā)展機遇。目前世界上航空發(fā)動機研發(fā)和制造主要被GE、RR、PW、CFM等外國公司掌控，中國在軍用發(fā)動機領(lǐng)域起步晚，基礎(chǔ)薄弱，目前與世界先進水平仍有一定差距，尤其在商用航空領(lǐng)域，C919仍采用LEAP發(fā)動機。兩機專項國家戰(zhàn)略：2016年，國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》指出，我國面向2030年要部署一批與國家戰(zhàn)略長遠發(fā)展和人民生活緊密相關(guān)的科技創(chuàng)新重大項目，也即“科技創(chuàng)新2030-重大項目”，其中第一類項目就是航空發(fā)動機及燃氣輪機，并且已經(jīng)于同年啟動。航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)作為國家戰(zhàn)略重大項目，在未來一段時期內(nèi)都將獲得國家在資金、政策方面的強大支持。軍用發(fā)動機：國內(nèi)整機龍頭航發(fā)動力實現(xiàn)軍用航空發(fā)動機全種類覆蓋。目前沈陽黎明廠生產(chǎn)的“太行”系列產(chǎn)品已經(jīng)在殲-10、殲-15等三代主戰(zhàn)機型上鋪開使用，替代原本俄羅斯AL-31F發(fā)動機，在研的WS-15“峨眉”發(fā)動機是我國為第四代戰(zhàn)斗機研制的大推力渦扇發(fā)動機，未來可裝備殲-20戰(zhàn)機。同時在研的還有WS-20大涵道比渦扇發(fā)動機，如果研制成功將填補國產(chǎn)大涵道比發(fā)動機的空白。民用發(fā)動機：目前以轉(zhuǎn)包生產(chǎn)為主，長江-1000系列有望填補整機空白。目前世界民用發(fā)動機市場仍被GE、普惠、羅羅等國際龍頭掌控，國內(nèi)公司主要承擔轉(zhuǎn)包生產(chǎn)工作。根據(jù)中國航發(fā)商發(fā)的信息，公司正在研制我國首款商用發(fā)動機長江-1000，目前已經(jīng)完成驗證機的設(shè)計工作，正在開展零部件試驗工作。除長江-1000外，商發(fā)公司目前在研的CJ-500和CJ-2000都已經(jīng)有初步進展，分別計劃裝配支線客機ARJ21和寬體客機C929。二、產(chǎn)業(yè)鏈梳理：主機廠寡頭壟斷，各環(huán)節(jié)百花齊放（一）原材料：金屬合金應(yīng)用廣泛，新型材料應(yīng)用可期航空發(fā)動機目前主要以高溫合金、鎳基合金、鈦合金為原材料，新型復(fù)合材料逐漸發(fā)展應(yīng)用。在航空發(fā)動機發(fā)展初期，主要原材料是高溫合金鋼，占比接近80%，其次是鎂、鋁合金等輕金屬材料。隨著發(fā)動機結(jié)構(gòu)和性能的演進，也對原材料提出了更高的要求，鋁合金和鋼的占比逐漸降低，目前航空發(fā)動機主要原材料是鋼、鎳基合金和鈦合金，分別占比約20%、35%、30%。近年航空發(fā)動機也逐漸開始在葉片、燃燒室等部位使用新型復(fù)合材料，例如陶瓷基復(fù)合材料CMC金屬基復(fù)合材料等。1.高溫合金：主要用于熱端部件，重量占比超40%。高溫合金通常是指能在600-1200℃的高溫下抗氧化、抗腐蝕、抗蠕變，并能在較高的機械應(yīng)力作用下長期工作的合金材料。自1956年第一爐高溫合金GH3030試煉成功，迄今為止我國高溫合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)歷60多年的發(fā)展歷程。航空發(fā)動機的技術(shù)進步與高溫合金的發(fā)展密切相關(guān)，高溫合金是推動航空發(fā)動機發(fā)展最為關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)材料。新型的先進航空發(fā)動機中，高溫合金用量占發(fā)動機總重量的40%-60%以上，主要用于燃燒室、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(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。目前國外生產(chǎn)高溫合金材料的企業(yè)主要有特殊金屬公司、國際漢因斯公司、卡彭特公司等，高溫合金領(lǐng)域主要上市公司有：鋼研高納、撫順特鋼、中科三耐、圖南股份等，另外還有科研院所轉(zhuǎn)型企業(yè)，例如中科院金屬研究所等。其中撫順特鋼、寶鋼特鋼、長城特鋼等特鋼企業(yè)主要生產(chǎn)大批量的合金板材、棒材和鍛件，也涉及高溫合金，而鋼研高納、圖南股份以鑄造、變形高溫合金為主。2.鈦合金：熱強性和比強度高，廣泛應(yīng)用于風扇和壓氣機盤。鈦合金是指用鈦與其它金屬制成的合金金屬，具有強度高、密度小、耐蝕性好、耐熱性高等特性，在450-500℃的環(huán)境下仍然可以長時間穩(wěn)定工作，同時可以減輕結(jié)構(gòu)重量，提高結(jié)構(gòu)效率，有助于發(fā)動機擁有更高的推重比。鈦合金是飛機和發(fā)動機的主要結(jié)構(gòu)材料，主要用于發(fā)動機風扇盤、壓氣機盤、風扇葉片、起落架、機身的梁等，自20世紀60年代以來飛機的用鈦量逐年增長。根據(jù)西部超導招股書的披露，當前歐美先進軍機中鈦合金用量已經(jīng)超過20%，其中F-22猛禽戰(zhàn)機鈦用量占比達到41%。全

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馬（VSMPO-AVISMA）公司、日本東邦鈦公司等。在國內(nèi)鈦合金市場中，目前能夠批量生產(chǎn)用于航空航天部件的高端鈦合金的廠商主要有西部超導和寶鈦股份。西部超導主要從事高端鈦合金材料、超導材料和高性能高溫合金材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，鈦合金產(chǎn)品有高端鈦合金棒材、線材、絲材等。根據(jù)招股書的披露，其產(chǎn)能達到4950噸/年，用于航空航天和船舶領(lǐng)域。寶鈦股份主要從事鈦及鈦合金相關(guān)業(yè)務(wù)，生產(chǎn)各種規(guī)格的鈦及鈦合金板、幫、線、鍛件、鑄件等加工材和各種金屬復(fù)合材產(chǎn)品，實際產(chǎn)能14950噸/年，用于航空航天、船舶、石油、化工、冶金領(lǐng)域。3.新型復(fù)合材料：可承受溫度高，密度低。陶瓷基復(fù)合材料（CMC）與高溫合金相比，密度更低，僅為高溫合金的1/3-1/4。同時CMC正常工作溫度可達到1200℃以上，潛在使用溫度可達1600℃。更高的可承受溫度使得CMC只需要更少的氣體來進行冷卻，將更多空氣置于燃燒室中燃燒，獲得更大的動力，使得CMC已經(jīng)逐漸成為航空發(fā)動機燃燒室、渦輪等熱端部件的理想材料。各國對陶瓷基復(fù)合材料工藝都進行了詳細的研究，其中日本擁有聚碳硅（PCS）和連續(xù)SiC纖維制備技術(shù)，主要開展PIP工藝制備纖維增強SiC復(fù)合材料的研究，特別是在SiCf/SiC復(fù)合材料制備上具有較高的研究水平；法國以CVI技術(shù)為主，且技術(shù)水平屬國際領(lǐng)先；德國以RMI和PIP技術(shù)為主，特別是RMI技術(shù)世界領(lǐng)先；美國對PIP、CVI和RMI工藝均有研究，且均有較高的研究水平，特別是RMI工藝，已經(jīng)成為GE公司陶瓷基復(fù)合材料制備的主流工藝。國內(nèi)陶瓷基復(fù)合材料領(lǐng)域主要廠商有中航高科和火炬電子。根據(jù)中航高科公司公告，公司已經(jīng)突破了CJ1000航空發(fā)動機復(fù)合材料一級風扇葉片制造和無損檢測關(guān)鍵技術(shù)，以及二代SiC纖維/SiC復(fù)合材料界面層工藝和致密化工藝，目前已經(jīng)簽訂了CJ-1000和CJ-2000發(fā)動機復(fù)合材料葉片訂單。火炬電子已經(jīng)在陶瓷復(fù)合材料領(lǐng)域有多年經(jīng)驗，其子公司立亞新材已經(jīng)實現(xiàn)陶瓷復(fù)合材料的批量生產(chǎn)。國內(nèi)航空發(fā)動機原材料領(lǐng)域競爭格局（二）壓氣機、風扇葉片：冷端核心部件，鍛造葉片向中國轉(zhuǎn)移航空發(fā)動機的制造是一項極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其中葉片被視為最核心的部件之一。發(fā)動機工作過程中，葉片受到離心力、空氣燃氣產(chǎn)生的氣動力、熱應(yīng)力、交變力、隨機載荷等影響，占據(jù)了整個發(fā)動機制造30%以上的工作量。在各種載荷的作用下，葉片極易產(chǎn)生高周疲勞、熱疲勞，為了保證工作質(zhì)量、工作效率，葉片的選材及生產(chǎn)工藝都有極高的要求。發(fā)動機葉片根據(jù)所處部位和功能，可以分為風扇葉片、壓氣機葉片和渦輪葉片，其中風扇葉片和壓氣機葉片是冷端部件，渦輪葉片屬于熱端部件。壓氣機葉片又可以分為壓氣機轉(zhuǎn)子葉片（工作葉片）和壓氣機靜子葉片（整流葉片），渦輪葉片可以分為渦輪工作葉片和渦輪導向葉片。風扇葉片將進入發(fā)動機的空氣進行初步壓縮，壓縮后的氣體分為兩路，一路進入內(nèi)涵道進行繼續(xù)壓縮，另一路進入外涵道直接高速排出，產(chǎn)生推力。壓氣機葉片對進入內(nèi)涵道的空氣進一步進行壓縮，氣流壓力和溫度明顯升高，以滿足燃燒室需求。渦輪葉片則具有膨脹減壓的效果，可使燃氣的化學能轉(zhuǎn)化為渦輪的機械能。葉片的材料有鋁合金、不銹鋼、鈦合金、高溫合金和復(fù)合材料葉片等。風扇及壓氣機葉片屬于冷端部件，工作溫度相對較低，一般采用鈦合金、高溫合金等材料，其中鈦合金因其比重低、比強度高、耐腐蝕，在減重方面貢獻突出，所以被大量用于生產(chǎn)壓氣機葉片。壓氣機葉片決定了總增壓比，即發(fā)動機對空氣流動的壓縮程度，提高發(fā)動機的增壓比可以提高航空發(fā)動機的壓縮效率和燃燒效率。從制造工藝上看，壓氣機葉片葉型薄，易變形，精準控制其成型精度，高效、高質(zhì)量地加工是葉片制造過程中的核心難點。在各類葉片當中，壓氣機葉片是航空發(fā)動機中型面結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、工作環(huán)境最苛刻的零部件之一。為了減少空氣流動動力損失，壓氣機葉片相較于其他部位葉片最大的特點便是其復(fù)雜的型面扭轉(zhuǎn)度以及葉片本身輕薄的厚度。型面復(fù)雜的扭轉(zhuǎn)度具體體現(xiàn)為從葉根到葉尖的葉型彎扭角度的不同另一方面，葉片前后緣的厚度只有0.1-0.2mm，并且輪廓度要求高。壓氣機葉片從原材料到成品包裝入庫需要經(jīng)過制坯、精密鍛造、切邊、真空熱處理、表面處理、尺寸檢查等18個步驟。其中精密鍛造技術(shù)是采用高精度的鍛壓設(shè)備，依托完善的檢測手段和輔助處理工藝，鍛造出余量小、質(zhì)量高的葉片毛坯。精鍛葉片可以更完整地保持金屬流線的連續(xù)，保證葉片的強度和承載能力，極大提高葉片的性能和壽命，一般用于壓氣機高壓葉片的制造。競爭格局：渦扇發(fā)動機風扇葉片、壓氣機低壓級葉片所用的空心葉片、復(fù)合材料葉片對材料及制造工藝的要求較高，國內(nèi)起步相對較晚，目前國際市場仍以歐美企業(yè)為主導。GE、賽峰、羅羅、普惠等國際航空發(fā)動機巨頭均擁有直屬工廠，或與合作公司成立合資工廠，如Albany/Safran合資工廠。但隨著中國鍛造技術(shù)的不斷提升，國產(chǎn)鍛造葉片具備全球競爭力。從成本角度考慮，國際航空發(fā)動機巨頭加大了對中國鍛造葉片的采購力度，航發(fā)動力、航亞科技、無錫透平等公司先后獲得鍛造葉片大單，鍛造葉片產(chǎn)業(yè)正向中國轉(zhuǎn)移。（三）渦輪葉片：熱端部件，國內(nèi)企業(yè)有望打破壟斷渦輪葉片屬于航空發(fā)動機中的熱端部件，需要在高溫高壓的環(huán)境下工作，是渦扇發(fā)動機中制造難度最高的葉片。高溫高壓燃氣在渦輪中膨脹做工，推動渦輪高速旋轉(zhuǎn)以帶動壓氣機，氣流經(jīng)渦輪出口進入尾噴管，壓力降低，速度增加，最后排出發(fā)動機，產(chǎn)生動力。渦輪葉片的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)不斷升級換代。在20世紀中期，主要使用的是第二代發(fā)動機，典型型號有斯貝MK202，它主要使用實心渦輪葉片，在這之后逐漸開始使用更為先進的空心渦輪葉片，第五代發(fā)動機F135已經(jīng)采用雙層壁超冷/鑄冷渦輪葉片。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余量小、質(zhì)量高的葉片毛坯。隨著發(fā)動機性能的提升，高壓渦輪葉片逐步發(fā)展到了定向結(jié)晶和單晶材料葉片。定向結(jié)晶是在熔模鑄造型殼中使熔融合金沿著與熱流相反的方向結(jié)晶凝固的一種鑄造工藝，采用這種工藝成形的渦輪葉片具有很高的抗熱疲勞和抗熱沖擊性。渦輪葉片在結(jié)構(gòu)上主要由葉冠、葉身、緣板、葉根四部分組成。葉冠是在葉片的上端一個類似緣板的葉冠結(jié)構(gòu)，其作用是減小葉尖由葉盆向葉背的漏氣，降低二次損失，提高渦輪效率；相鄰葉片的葉冠之間的摩擦可以吸收震動能量，起到減振作用。目前，常用的葉冠形狀主要為平行四邊形和鋸齒形葉冠。葉身的主要功能是實現(xiàn)葉片的氣動特性。相鄰葉片的葉身之間構(gòu)成氣流通道，供高溫、高壓燃氣流過并膨脹做功，同時葉身型面還具有調(diào)整氣流方向的功能，保證氣流進入排氣系統(tǒng)時軸向速度均勻。緣板介于葉身與葉根之間，主要功能是形成獨立的氣流通道，保證高溫燃氣不會流入氣流通道以外的耐溫性較差的部件。葉根主要是連接葉片和輪盤，以便將功率傳輸?shù)脚c輪盤相連的轉(zhuǎn)子軸上。葉根靠上和緣板連接的部分稱為伸根，葉根下端，連接渦輪盤的部分一般采用樅樹形榫頭。競爭格局：歷史上長期被歐美企業(yè)壟斷，近年國內(nèi)企業(yè)實現(xiàn)突破。在高性能噴氣發(fā)動機的氣道中，渦輪入口溫度超過1600℃，同時葉片需要承受發(fā)動機起動、停車循環(huán)的高溫燃氣沖刷、溫度交變、高轉(zhuǎn)速下的離心力等，這就要求合金材料在高溫下具有一定蠕變強度、熱機械疲勞強度、抗硫化介質(zhì)腐蝕等。高性能、長壽命的渦輪精鑄葉片均由歐美企業(yè)提供，GE、賽峰、羅羅、普惠等國際航空發(fā)動機巨頭均有直屬渦輪葉片工廠，PCC公司是最大的獨立渦輪葉片供應(yīng)商。俄羅斯的渦輪葉片可滿足性能需求，但在使用壽命和經(jīng)濟性上遠不如歐美產(chǎn)品。國內(nèi)企業(yè)進步顯著，航發(fā)精鑄、應(yīng)流股份等多家公司渦輪葉片實現(xiàn)突破，發(fā)展空間較大。經(jīng)過多年發(fā)展，國內(nèi)渦輪葉片技術(shù)進步顯著，其中，航發(fā)精鑄實現(xiàn)渦輪葉片的穩(wěn)定供應(yīng)，葉片性能和壽命不斷提升，是國內(nèi)最主要的渦輪葉片供應(yīng)商；應(yīng)流股份、江蘇永瀚、萬澤股份實現(xiàn)技術(shù)突破，成功進入中國航發(fā)的供應(yīng)商序列。目前國內(nèi)軍品列裝加速，民航需求較大，渦輪葉片具有較大發(fā)展空間。（四）其他零部件：國內(nèi)廠商逐步減小技術(shù)差距1.盤類件：主要有渦輪盤、壓氣機盤、整體葉盤。整體葉盤結(jié)構(gòu)是在常規(guī)盤片分離結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種盤片一體化新型結(jié)構(gòu)，具有減重、減級、增效和提高可靠性等優(yōu)點，材料一般選用鈦合金和高溫合金。渦輪盤和壓氣機盤都是航空發(fā)動機的轉(zhuǎn)子部件，渦輪盤是航空發(fā)動機上用于安裝和固定渦輪葉片以傳遞功率的零部件，承受著高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速工作環(huán)境下的復(fù)雜載荷。2.機匣：航空發(fā)動機上的主要承力部件，為發(fā)動機承受載荷和包容的關(guān)鍵部件，是典型的薄壁結(jié)構(gòu)零件。其主要作用為：保護發(fā)動機核心機，給裝在外部的發(fā)動機部件如燃油泵、滑油泵、發(fā)電機和齒輪箱等部件以及管路等提供支撐；內(nèi)側(cè)主要安裝靜子和燃燒室，和轉(zhuǎn)子組件一起構(gòu)成空氣流通通道。機匣按功能進行分類可以分為風扇機匣、外涵機匣、中介機匣、壓氣機機匣、燃燒室機匣等。機匣材料多為鈦合金、高溫合金，加工過程中需要著重控制高精度形位公差及薄壁加工變形。競爭格局：發(fā)達國家在高端領(lǐng)域占主導，國內(nèi)企業(yè)逐步提高研制能力。目前在航空發(fā)動機零部件領(lǐng)域美國、英國、德國、日本等發(fā)達國家企業(yè)位于前列，代表性廠商有美國的精密鑄造公司PCC和ScotForge公司，英國的Doncasters和Firthrixson等。其中PCC是世界上最大的獨立渦輪葉片供應(yīng)商，我們在前期報告測算其在渦輪葉片市場份額約50%。國內(nèi)目前航發(fā)科技已經(jīng)具備航空發(fā)動機機匣、葉片、鈑金、軸類產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，2019年實現(xiàn)零部件外貿(mào)收入15.2億元，國內(nèi)航空業(yè)務(wù)收入17.4億元。中航重機在盤軸和環(huán)形鍛件領(lǐng)域占據(jù)主導地位。航亞科技主要生產(chǎn)壓氣機葉片、壓氣機盤、渦輪盤等零部件，2019年營業(yè)收入達到2.58億元，其中葉片收入與轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)件收入合計達到1.7億元。（五）整機制造：國際寡頭壟斷，航發(fā)動力國內(nèi)領(lǐng)先民用領(lǐng)域寡頭壟斷，CFM交付占比超過50%。在民用領(lǐng)域，根據(jù)《CommercialEngines2019》的數(shù)據(jù)，主要由美國通用電氣（GE）、普拉特·惠特尼（PW）、英國羅爾斯·羅伊斯（RR），以及上述這三家公司分別或共同創(chuàng)立的合資公司CFM（Safran/GE）、IAE（RR/PW）、EA（GE/PW）六家公司壟斷，六家公司占據(jù)航發(fā)市場份額超過90%。其中，CFM為GE與賽峰各出資50%成立的合資公司，2018年民用發(fā)動機交付量占比達到全世界交付總量的58%，主要是因為CFM公司生產(chǎn)的LEAP系列發(fā)動機為波音737Max唯一指定發(fā)動機，占據(jù)了其100%市場份額，同時還占據(jù)空客A320neo67%的份額。在軍用市場領(lǐng)域，目前世界上僅有美、英、法、俄、中五國獨立掌握大推力航空發(fā)動機的獨立設(shè)計制造技術(shù)，主要龍頭公司有美國的GE和PW、英國的RR、法國的SNECMA、俄羅斯的聯(lián)合發(fā)動機制造集團、中國的航發(fā)集團，典型的產(chǎn)品包括GE的F119和F135，分別供應(yīng)美軍的F22、F35等機型。國內(nèi)整機制造主要由航發(fā)動力承擔，其實際控制人為中國航發(fā)集團。航發(fā)動力是國內(nèi)最大的大中小型軍民用航空發(fā)動機制造公司，實現(xiàn)軍用航空發(fā)動機全種類覆蓋。其下屬黎明公司、南方公司、黎陽動力是我國最主要的主機廠，承擔著我國軍用發(fā)動機的研制工作，其代表性產(chǎn)品渦扇-10目前裝配我國主力戰(zhàn)機J-10、J-11、J-20等。三、市場空間測算：前景廣闊，機遇共享（一）全球市場：民用+軍用，需求前景可觀1.軍用市場：未來十年軍用渦扇發(fā)動機市場規(guī)模達到998億美元渦扇發(fā)動機是目前應(yīng)用最為廣泛的發(fā)動機種類，且單臺價值量較高，根據(jù)航空制造網(wǎng)的數(shù)據(jù)，渦扇發(fā)動機產(chǎn)值在航空發(fā)動機總產(chǎn)值中占比超過90%，渦扇發(fā)動機市場規(guī)?；灸軌虼砦磥砗娇瞻l(fā)動機市場的整體趨勢。根據(jù)GlobalData對于未來10年全球軍用航空發(fā)動機市場的預(yù)測，以及當前軍用飛機的存量結(jié)構(gòu)和發(fā)動機種類情況，我們測算出2020-2029年全球軍用渦扇發(fā)動機市場規(guī)模將達到998億美元。具體測算步驟如下：（1）根據(jù)GlobalData的預(yù)測，2020年全球軍用發(fā)動機市場規(guī)模為117.9億美元，且未來十年將以年均約4.47%的速度增長。由此可以算得未來十年中每一年的軍用發(fā)動機市場規(guī)模，累加可得2020-2029年全球軍用發(fā)動機市場總規(guī)模為1446億美元。（2）軍用發(fā)動機中使用渦扇發(fā)動機的飛機有戰(zhàn)斗機和運輸機兩類，根據(jù)GlobalData數(shù)據(jù)，戰(zhàn)斗機發(fā)動機占比60.3%，運輸機占比17.4%（運輸機中50%使用渦扇發(fā)動機），因此渦扇發(fā)動機規(guī)模占軍用發(fā)動機總規(guī)模69%，對應(yīng)市場空間約為998億美元。2.民用市場：未來十年全球民用渦扇發(fā)動機市場規(guī)模達3969億美元。根據(jù)波音公司公布的《CommercialMarketOutlook2020-2039》，可以得到未來二十年全球各種類客機的交付量。結(jié)合不同種類客機的發(fā)動機數(shù)量和發(fā)動機價格，可以測算出未來十年全球民用渦扇發(fā)動機市場規(guī)模達

3969

億美元。具體測算步驟如下：（1）根據(jù)波音公司《CommercialMarketOutlook2020-2039》，全球2020-2029年單通道和寬體客機交付量分別為13570架和3060架，貨機和支線飛機交付數(shù)量遠少于干線客機且部分支線飛機采用渦漿發(fā)動機，對測算的影響較小，不做考慮。（2）根據(jù)當前國際主流發(fā)動機廠商的報價，窄體客機發(fā)動機平均目錄價格為1300萬美元，寬體客機發(fā)動機平均目錄價格為3500萬美元，實際成交價格按照目錄價格70%計算。（3）由于波音747與空客A380交付量極少，因此假設(shè)客機均為雙發(fā)動機，單通道客機發(fā)動機需求量為27140臺，寬體客機發(fā)動機需求量為6120臺。（4）綜上可以得到2020-2029年全球民用渦扇發(fā)動機市場空間約為3969億美元。3.軍民合計與市場拆分：全球軍民市場合計達4967億美元。在此基礎(chǔ)上進一步測算不同零部件的市場空間。（1）假設(shè)材料占收入比例按照航發(fā)動力航空發(fā)動機制造業(yè)務(wù)毛利率及材料（直接材料+廢品）占成本比例計算，2019年約為55%（參考航發(fā)動力的年報數(shù)據(jù)），可得各部件材料總成本為2732億美元（不含修理費用）。（2）考慮售后維修，發(fā)動機全生命周期各零部件總空間達到5464億美元。航空發(fā)動機是飛機關(guān)鍵零部件，安全可靠性要求極高。但由于所處環(huán)境惡劣，因此在航空飛機全壽命周期中，相比機體維修、部件修理，發(fā)動機維修及更新費用占比較高。在發(fā)動機的全生命周期內(nèi)，維修費用與購買費用基本持平，購買費用中約55%是發(fā)動機材料成本，維修費用中零部件更新與維修服務(wù)花費各占50%。因此，可以近似認為發(fā)動機購買時的材料成本與售后維修中的零部件花費相同，也即發(fā)動機全生命周期各零部件總空間達到5464億美元。（3）各部件價值占比參照當前世界典型渦扇發(fā)動機數(shù)據(jù)將發(fā)動機市場空間按照各零部件價值占比進行拆分，得到各零部件市場空間如下表所示。其中不含維修環(huán)節(jié)的渦扇發(fā)動機材料總成本達到2732億美元，加上維修環(huán)節(jié)則空間超過5000億美元。（二）中國市場：未來十年超千億空間，前景廣闊根據(jù)波音公司《CommercialMarketOutlook2020-2039》，我國2020-2039年單通道和寬體客機交付量分別為6450架和1590架，假設(shè)前十年交付量為46%，則未來十年通道和寬體客機交付量分別為2967架和731架按照。利用和測算世界市場類似的假設(shè)和方法，可以測得我國民用市場2020-2029年市場空間約898億美元。根據(jù)智研究咨詢的預(yù)測，2019年-2038年我國戰(zhàn)斗機需求約為2700架，其中五代機需求為400架，三代、四代機需求為2300架；運輸機需求為200架，軍用發(fā)動機市場空間約為481億美元。假設(shè)軍用發(fā)動機前十年交付量為46%，則我國軍用渦扇發(fā)動機市場空間約為221億美元，軍民總空間為1119億美元。同樣按照典型渦扇發(fā)動機各部件價值占比進行零部件價值拆分，可以得到不含維修的材料總成本為615億美元，其中壓氣機葉片空間超過60億美元，渦輪葉片空間約150億美元，核心機組件空間達到104億美元。如果加上售后維修，則材料總成本達到1230億美元。（三）萬億空間行業(yè)共享，國產(chǎn)替代帶來機遇世界航發(fā)市場含MRO空間近萬億，全球企業(yè)共享巨量市場。將世界與中國航空發(fā)動機市場份額進行整合，如下表所示。未來十年世界航空發(fā)動機總空間為4967億美元，如加上售后維修的零部件和維修服務(wù)，則總空間接近萬億。從各零部件拆分來看，各部件份額均超過百億美元。其中核心機組件占比最高，空間達到464億美元，這部分份額目前主要被世界OEM龍頭壟斷。壓氣機葉片合計約200億美元，渦輪葉片合計約650億美元，如果加上維修環(huán)節(jié)，未來十年全球渦扇發(fā)動機葉片市場規(guī)模將達到1700億美元，這為全球的葉片生產(chǎn)企業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間。當前我國零部件企業(yè)正逐漸提升技術(shù)實力，應(yīng)流股份、航亞科技等企業(yè)已經(jīng)為國際龍頭廠商提供核心零部件，未來我國航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)也有望分享巨大的國際市場。四、競爭格局：金字塔格局穩(wěn)固，國內(nèi)市場蓄勢待發(fā)（一）國際市場：寡頭壟斷，四大廠商占比超九成市場呈金字塔格局，塔尖企業(yè)具有壟斷地位，影響力輻射整條產(chǎn)業(yè)鏈。航空發(fā)動機由于具有較高的壁壘，少數(shù)幾家OEM龍頭占據(jù)了市場的大部分份額，當前國際航空發(fā)動機市場已經(jīng)形成“金字塔”型格局。第一梯隊是GE、PW、RR、CFM、IAE、EA六家OEM整機制造商，憑借獨立研制發(fā)動機整機的實力，幾乎控制了全球大型民用飛機發(fā)動機的核心技術(shù)研發(fā)、總裝集成、銷售及客戶服務(wù)等全部市場，同時對產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)均有強大的控制力。第二梯隊為大部件和系統(tǒng)供應(yīng)商，具有較完整的航空發(fā)動機生產(chǎn)能力，為第一梯隊供應(yīng)核心機和大部件。代表性公司有法國Snecma、美國Honeywell、德國MTU等。第三梯隊為零部件供應(yīng)商，包括日本三菱重工、川崎重工、韓國三星等，這一梯隊的公司一般在零部件領(lǐng)域具有強大的加工制造領(lǐng)域，為第二梯隊供貨，主要產(chǎn)品是控制系統(tǒng)零部件、管路、閥和一些標準件。最底層是原材料供應(yīng)商，包括美鋁、精密鑄造公司PCC、TECT航宇和精密鑄造公司東卡斯特，具有原材料研發(fā)制造能力，為上層提供高溫合金、新型材料等原材料。四大龍頭廠商各有主力產(chǎn)品，合計占比約90%。在第一梯隊廠商中，GE生產(chǎn)的GEnx-1B/2B發(fā)動機裝配波音787和747，PW旗下F119系列裝配美國第四戰(zhàn)機F-22，R&R公司Trent系列廣泛裝配空客和波音客機，CFM生產(chǎn)的Leap系列發(fā)動機在民用航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是波音737

Max唯一指定發(fā)動機，也是空客A320neo的主要發(fā)動機。根據(jù)各公司年報，GE（含合資子公司CFM、EA）近5年銷量均穩(wěn)定在3000臺以上；PW（普惠）銷量自2017年開始有上升趨勢，2019年銷量達到3316臺。從存量來看，《CommercialEngines2019》的數(shù)據(jù)顯示CFM在民用市場占比超過四成，四家廠商在民用市場份額總和接近90%。（二）國內(nèi)市場：航發(fā)動力覆蓋軍用譜系，民用市場空白國內(nèi)軍用發(fā)動機市場：WS-10逐漸上量，W-S18定型列裝，軍用需求起步。目前國內(nèi)航空發(fā)動機主機制造主要由航發(fā)集團下屬的眾多研究所和主機廠承擔，主機廠主要包括南方公司、西航公司、貴州黎陽、沈陽黎明廠等。目前主力產(chǎn)品渦扇-10（太行）列是第三代渦扇發(fā)動機，由沈陽黎明主機廠制造，主要應(yīng)用于殲-10C、殲-11B、殲-16，技術(shù)已經(jīng)相對成熟。近年原本裝備俄制AL-31F發(fā)動機的殲-10C系列戰(zhàn)機也已經(jīng)開始換裝國產(chǎn)渦扇-10發(fā)動機，渦扇-10系列逐漸在第三代戰(zhàn)機中鋪開。同樣由沈陽黎明廠制造的渦扇-18在今年已經(jīng)開始列裝，替代原本德制D-30KP-2發(fā)動機裝配運-20大型運輸機。民用發(fā)動機缺失，目前CJ1000/CJ2000量產(chǎn)時間較遠。國內(nèi)民用發(fā)動機市場還基本處于空白狀態(tài)，國內(nèi)廠商尚不具有成熟的研制能力。目前CJ1000和CJ2000民用發(fā)動機正在研制中，今年CJ1000A已經(jīng)開始進入地面臺架測試階段，但后續(xù)還需要進行空中測試和適航試飛等流程，距離量產(chǎn)還需要一定時間。航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈可以分為原材料、零部件、功能系統(tǒng)、整機制造四個主要環(huán)節(jié)，以及發(fā)動機預(yù)先研發(fā)和售后維修環(huán)節(jié)。原材料環(huán)節(jié)主要有高溫合金、鈦合金和復(fù)合材料三個細分領(lǐng)域，鋼研高納、撫順特鋼等公司主要生產(chǎn)高溫合金，寶鈦股份和西部超導主要生產(chǎn)鈦合金，中航高科、火炬電子生產(chǎn)復(fù)合材料。在零部件環(huán)節(jié)，航亞科技主要生產(chǎn)壓氣機葉片，應(yīng)流股份生產(chǎn)高溫合金鑄造葉片，中航重機、鋼研高納等企業(yè)生產(chǎn)多種鍛件、鑄件、鈑金件。國內(nèi)發(fā)動機控制系統(tǒng)廠商有航發(fā)控制、晨曦航空等，主要制造發(fā)動機動力控制系統(tǒng)。在整機制造環(huán)節(jié)，航發(fā)集團旗下上市公司航發(fā)動力承擔著我國軍民多種型號主機的制造。（三）中美軍力對比：保有量及代際結(jié)構(gòu)均落后，升級換代需求廣闊中美軍機保有量差距大，未來新增空間廣闊：根據(jù)《WordAirForce2020》，我國解放軍空軍規(guī)模目排名世界第三位，位于美國和俄羅斯之后。我國當前共擁有1600余架戰(zhàn)斗機，900余架直升機，軍用飛機總數(shù)達到3210架，但與主要西方發(fā)達國家相比，我國還具有較大差距。目前美國在各類軍用飛機數(shù)量上均明顯高于中國，總保有量約為我國的四倍，除了戰(zhàn)斗機以外，特種機、加油機、運輸機、武裝直升機、教練機均差距較大。隨著十四五期間我國主戰(zhàn)機型的放量，以及部分型號的國產(chǎn)替換，我國航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈有望保持高景氣度。我國軍機發(fā)動機研制起步晚，與發(fā)達國家有一定差距。按照西方國家對戰(zhàn)斗機的分代劃分標準，目前世界范圍內(nèi)已經(jīng)投入使用的戰(zhàn)斗機可以分為四代。美國第三代戰(zhàn)機F-15、F-16所使用的F110發(fā)動機于1985年定型，已經(jīng)有成熟的應(yīng)用，第四代戰(zhàn)機配套發(fā)動機PW-F119和F135于1997年左右定型。而我國發(fā)動機自主研制開始較晚，基礎(chǔ)相對薄弱，目前最先進的第四代戰(zhàn)機J-20目前暫時使用WS-10發(fā)動機，與美國F110、F135發(fā)動機性能有一定差距，配套的WS-15、WS-20發(fā)動機仍在研制中，目前已經(jīng)取得關(guān)鍵進展，研制成功后將進一步縮小我國與世界先進水平的差距。戰(zhàn)機由三代向四代過渡，升級換代需求大：美國目前列裝的戰(zhàn)斗機以第四代和第三代為主，根據(jù)《WorldAirforce2020》，美國第四代戰(zhàn)機F-22、F35已經(jīng)批量生產(chǎn)列裝，目前F-22與F-35系列戰(zhàn)斗機保有量合計441架，四代戰(zhàn)機數(shù)量占戰(zhàn)斗機總數(shù)10%。而我國目前仍以二代機和三代機為主，四代機J-20列裝數(shù)量較少。2018年我國空軍公布的現(xiàn)代化空軍路線圖指出到2020年要基本跨入戰(zhàn)略空軍門檻，構(gòu)建以四代裝備為骨干、三代裝備為主體的武器裝備體系，未來殲-10、殲-15、殲-16將成為我國空軍主力，運-20、直-20、殲-20列裝數(shù)量也將上升，這將為渦扇-10、渦扇-15等航空發(fā)動機帶來巨大的需求。五、他山之石：從海外龍頭看突破路徑（一）精密鑄造

PCC：精密零部件技術(shù)先驅(qū)，兩機葉片龍頭始于地方鑄造企業(yè)，成長為全球兩機葉片龍頭：美國精密機件公司（PrecisionCastpartsCrop，PCC）創(chuàng)立于1968年，總部位于美國。公司在成立之初是一家地方鑄造廠，后來逐漸進入鑄造高溫合金領(lǐng)域，通過自身技術(shù)優(yōu)勢成為GE