战鹰心脏，工业之花军用航空发动机产业深度报告

　　（报告出品方分析师：中航证券魏永杨天昊）引言
　　航空发动机的概念和分类
　　航空发动机是飞机的心脏，通过将化学能转化为燃气的热能为飞机提供飞行动力，在高温、高压、高转速等恶劣环境条件下长期反复使用的高度复杂和精密的热力机械装置，被誉为工业皇冠上的明珠。
　　航空发动机产业是关系国家安全、经济建设和科技发展的战略产业，其发展水平已经成为衡量一个国家军事装备水平、科技实力和综合国力的重要标志，具有极高的军事价值、经济价值和政治价值。
　　自1903年问世至今一百多年以来，航空发动机经历了两个主要发展时期，1903年至1945年为活塞式发动机统治时期，1945年至今是喷气式发动机时代。
　　在喷气式发动机时代，航空上广泛应用的是有压气机空气喷气式发动机。
　　在压气机空气喷气式发动机中，压气机是用燃烧室后的燃气涡轮来驱动，因此这类发动机又称为燃气涡轮发动机。按燃气发生器出口燃气可用能量利用方式的不同，燃气涡轮发动机分为涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨、涡轮轴和螺旋桨风扇发动机。
　　涡轮风扇发动机是当前航空发动机的主流。
　　涡扇发动机由于其推力大、推进效率高、耗油率低等特点，广泛应用于战斗机、运输机、客机、无人机，占比在95以上，是目前最为广泛的航空发动机。涡扇发动机内部结构主要由风扇、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管等部件组成。
　　其工作原理为：外界空气进入发动机后，由风扇叶片进行初步压缩，压缩后的空气一部分进入外涵道高速排出，产生巨大推力。
　　另一部分则进入内涵道，由压气机叶片进一步压缩后送至燃烧室。增压后的空气在燃烧室中与燃料混合加热，产生高温、高压燃气推动涡轮叶片高速旋转以带动压气机，随后气流经涡轮出口进入尾喷管，在此过程中压力降低、速度增加，从而产生反作用力，推动飞机前进。
　　一、产业特点高行业壁垒，长回报周期
　　1。1高温、高速、高负荷工作条件，考验现代工业技术极限
　　航空发动机是典型的技术密集型产品，要求重量轻、体积小、使用安全可靠、经济性好，满足在高温、高压、高转速和高负荷等苛刻条件下长期反复工作指标，因而必须设计精巧、加工精密、使用高性能材料部件，其研制是气动、燃烧、传热、控制、机械传动、结构、强度、材料等多种学科或专业综合优化的结果，也与计算机硬件能力、商用和专用设计软件、材料与工艺、测试与试验设备、数据采集与处理能力、科技管理水平等密切相关。
　　航空发动机的超高研发、制造难度，考验现代工业技术极限。航空发动机是一个高门槛、极具技术壁垒、新手难以进入的尖端技术领域。
　　1。2研制周期长、资金投入大、军民通用性强
　　研制周期长航空发动机研制周期长，预研和工程研制阶段长达30年。
　　航空发动机的研发周期包括基础预研、工程验证机研制和改进改型等多个阶段，一般比飞机研制时间长一倍以上。战斗机发动机全新研制周期（从最初的方案设想到全面生产）一般为915年。
　　20世纪80年代以来，由于技术领域又取得了重要进展和技术要求的不断提高，国内外发动机研制周期又略有增长，即从型号验证机到设计定型1719年，第四代发动机研制周期比第三代发动机研制周期明显延长。
　　资金投入大现代航空发动机的研发需要动用举国之力完成。
　　20世纪80年代初，美国军方和航空工业界高层决策部门预测：在叶轮机气动热力学、耐高温轻质材料和新颖结构设计及控制技术等方面已取得和将要取得巨大进步，在保持已经达到的可靠性和耐久性前提下，可以为大幅提高发动机性能提供可靠的技术基础。
　　因此，在1987年，美国空军发起，海军、陆军、国防部先进技术预研计划局、NASA和7家主要发动机制造商参与制订并实施了综合高性能涡轮发动机技术（IHPTET）预研计划。
　　资金投入大航空发动机的发展是一项复杂的系统工程，技术难度大、研制周期长，需要大量的经费投入。
　　据统计，19502000年美国在航空涡轮发动机上的研究和开发投入超过1000亿美元。19882017年，美国综合高性能涡轮发动机技术（IHPTET）和通用经济可承受涡轮发动机（VAATE）两项计划共投入87亿美元。GE、罗罗和赛峰近年来在航空发动机领域的科研投入每年都超过10亿美元。
　　军民通用性强基于核心机系列化研制模式，军民一体化推动航空产业发展。
　　由高压压气机、燃烧室和高压涡轮组成的发动机核心机包括了推进系统中温度最高、压力最大、转速最高的组件，其成本和周期在发动机研制中占比重大，是发动机研制主要难点和关键技术最集中的部分。
　　据统计，发动机研制过程中发生的80以上的技术问题都与核心机密切相关。高技术、高投入的特点也决定了航空发动机研制的高风险。
　　基于高风险的特点，各航空发动机巨头纷纷倾向于基于自身技术特点走出一条航空发动机产品的系列化、衍生化发展道路。
　　国外从四代机研制开始，普遍采用提前开展技术验证机研究的发展思路，使型号发动机中应用的新技术能得到充分的前期技术验证。
　　美国典型的四代机发动机F119，在预研阶段，以充分的核心机技术验证为基础；进入型号阶段后，核心机上采用同期开展的各项技术验证计划中经验证的成熟技术；设计定型后，以核心机为验证平台，派生发展途径从系列化已逐渐跨越到多用途层面。
　　在产品研发中，可采用在核心机平台上验证过的新技术来改进已有型号，满足新的需求；也可选择合适的验证核心机平台研制型号核心机，进而衍生发展系列发动机，满足广泛的动力需求。
　　国20世纪70年代后投入使用的先进航空发动机都是这一技术途径的产物，例如，F119基于XTC65核心机，F100基于JTF22的核心机。
　　GE航空集团将经过充分考验和鉴定的F101发动机作为通用核心机，改型研制了多型发动机。
　　F110发动机配装F15和F16飞机使用，发展了F118发动机配装B2远程轰炸机，改进改型发展了CFM56发动机。
　　其中，CFM56发动机是民用航空发动机界的传奇，迄今为止累计交付超过30000台，累计飞行超过10亿h，自1979年取得适航证以来，共衍生发展出CFM562、CFM563、CFM565、CFM567等4个系列、20多个改型。
　　航空发动机高技术、寡头垄断下的衍生化发展模式，确保了一旦以一款成熟的系列产品进入市场，接下来就有望长期的持续稳定盈利，其间面临的竞争威胁小，制造商可以安心收获技术和产业带来的收益。
　　二、驱动因素军用飞机放量、实战训练耗损、国产民机突破
　　2。1军机加速列装带动航发产业快速发展
　　军用飞机加速列装带动批产型号放量、新型号密集定型、国产替代加速为实现强军备战目标，十四五以来，我国武器装备发展由以往的研制、定型或小批量生产阶段发展到批量生产阶段，特别是军用飞机、军用无人机加速发展不断列装上量。
　　从运20到歼20，再到直20，这些年我国航空工业领域20家族不断壮大，各种机型相继研制成功并体系化发展。
　　随着军用飞机型号升级和新机型加速列装对新型航空发动机提出了新需求，军用航发产品线愈发丰富，众多产品将陆续定型批产。同时随着国产军用航发技术逐渐成熟，航发国产化率也将持续提升。
　　2。2实战训练耗损加剧打开维修市场
　　实战化训练加速军机航空发动机损耗，驱动航发维修市场加速发展。
　　航空发动机经过维修的寿命占总寿命的23以上，维修是航空发动机全生命周期内的重要阶段，是保证航空武器装备快速恢复战斗力、有效遂行战术技术训练任务的重要环节。而航空发动机从全寿命周期角度可以划分为产品研发、生产制造、运营维护三个阶段。
　　根据相关研究，使用维修阶段的成本占整个航空发动机全寿命周期成本的比例高达50。由于航空发动机具有耗材属性，需进行定期维修，大修数次后会强制报废。
　　自2016年中央军委颁发《加强实战化军事训练暂行规定》以来，各军航空兵部队训练质量得到有效提升，训练频率、强度明显提高。随着军队实战化训练推进，我军航空兵年飞行时间或进一步增大，从而导致航空发动机耗损加速，为军用航发提供大量维修市场需求。
　　2。3国产民机突破驱动商发进程
　　我国通过支线飞机型号研制、窄体干线飞机产业发展、宽体飞机拓展形成全系列产品三部曲，构建完整的研发体系和产品谱系，探索独具特色的商用飞机发展路径。
　　通过ARJ21飞机的研制，我国第一次走完了喷气客机设计、制造、试验、试飞、批产、交付、运营全过程，掌握了民用喷气运输类飞机研制核心技术，填补了我国自主研发喷气运输类飞机全程实践的空白，实现了我国民用飞机集成创新能力的大幅度提升，为C919大飞机的发展积累了非常宝贵的经验。
　　特别是ARJ21飞机的适航取证实践，让中国商飞真正完整而全面地理解和实践民用飞机型号合格审定全过程，因此C919后续进程将明显提速。工信部近期表示，C919大飞机取得重大突破，即将取证交付。
　　目前C919飞机采用的是CFM国际公司研制的LEAP1C发动机，我国商用航空发动机与世界领先水平还有较大差距，产品还处于研制阶段。伴随民用大飞机事业的发展，中国航发商发应运而生，是民用大涵道比涡扇发动机研发的总师单位和总承制单位。
　　中国航发商发国产民用发动机共规划了三个产品系列为中国商飞的飞机产品配套：
　　一是160座窄体客机发动机长江1000，配装C919大型客机；
　　二是280座宽体客机发动机长江2000，配装CR929宽体客机；
　　三是110130座的新支线发动机长江500，配装ARJ21支线客机的改进型。
　　三、发展现状航发业务逐渐成熟，自主可控大势所趋
　　3。1美俄技术领先，我国后起发力
　　军用航空发动机最重要的技术指标是推重比，对于大推力航空发动机，按照推重比大小一般可分为四代，第一代推重比在34、第二代56、第三代7。58、第四代9。510。
　　当前在役战斗机发动机以第二代、第三代为主，具备三代主流航空发动机研制和生产能力的国家主要是美、俄、英、法、中五大常任理事国。
　　第四代军用航空发动机目前的参与者仅美、俄、中三国，进入实际服役状态的型号仅美国的F119、F135及俄罗斯的AL41F。其中美国的技术和研究进展遥遥领先，其F119发动机在1997年起即开始装备F22战斗机，俄罗斯的AL41F发动机约在2017年前后首飞，中国的四代发动机还尚未见研制成功。
　　目前，第四代航空发动机装备数量总体还较少，但其作为接下来各大国空军力量进一步提升的必然选择，将随着F35、F22、歼20、苏57等第四代战机的批量列装而逐渐成为未来军用航空发动机市场的重心。
　　3。2我国军用航发取得实质进展，下一代产品亟待突破
　　当今世界能够独立研制航空发动机并形成产业规模的也仅仅有中美俄英法等国家，军用航空发动机被美俄英主导。
　　我国由于航空发动机研制起步较晚，目前军用航空发动机进展较民用航空发动机更快，但仍落后于美英法等国家，而俄罗斯航空工业发展长期以军用为主，民用航空发展失衡，故在民用航空发动机方面也相对落后。
　　小涵道比加力涡扇发动机兼具亚音速巡航低油耗和超音速机动性的特点，适合作为战斗机动力，以推重比为主要发展指标。
　　根据战斗机的性能，现役及在研的战斗机的代数可以分为五代，与之对应的航空发动机也被划分为五代。
　　当前，发达国家装备主战机种是第三代战斗机，未来将逐步过渡到四代战机。
　　军用大涵道比涡扇发动机多用于运输机、预警机、轰炸机和加油机等，推力范围覆盖100500kN。
　　为降低技术风险，提高可靠性，考虑到军民用发动机技术通用性强的特点，军用大型飞机动力装置普遍采用成熟的大涵道比涡扇发动机。
　　如在伊尔76MF军用运输机，选用了已经在伊尔96和图214客机上使用验证的PS90A76发动机。
　　涡轴发动机在性能、结构和使用要求等方面发展成为满足直升机需要的最佳动力装置。
　　第一代涡轴发动机是20世纪50年代研制，并于60年代开始服役，目前现役直升机多采用第三代涡轴发动机，少数采用第四代。
　　现在技术特点为功重比显著提高，改善了军用直升机的机动性能；耗油率明显降低，使军用直升机获得更远的航程和续航时间；增加了防砂装置和红外抑制措施，提高了生存能力；开始采用全权限电子控制系统，有利于减轻机重和减轻驾驶员的操纵工作负荷。
　　经过六十多年的发展，我国已建立了相对完整的发动机研制生产体系，具备了蜗喷、涡桨、涡扇、涡轴等发动机的系列研制生产能力。
　　从具体类型来看，涡喷发动机、涡桨发动机已相对成熟、完全实现国产化；装配在直升机上的涡轴发动机基本实现国产化，仅少部分型号需要进口；以WS10为代表的小涵道比涡扇发动机技术成熟、性能稳定，已大量装配我国第三代战斗机平台，仅有少量三代机仍使用进口发动机，用于四代机的涡扇发动机仍在研制中；用于运输机和轰炸机的大涵道比涡扇发动机暂时缺少成熟型号，仍然依赖进口，属于目前明显的短板。
　　3。3竞争格局整机航发集团为主，中上游逐渐市场化
　　航发产业链主要由设计研发、加工制造、试验和运营维修四大环节构成。
　　同时航空发动机加工制造产业链可分为4个层次：发动机主承包商、子系统供应商、小部件及零组件供应商、原材料供应商。
　　发动机主承包商负责为飞机提供完整的发动机或动力装置，具有研制、生产发动机整机的能力，负责发动机设计、总装、市场开发、销售以及售后服务；子系统供应商具备发动机大部件组件和关键分系统的研发和制造能力，通过与主承包商建立风险合作关系，在关键分系统和部件设计方面具备核心竞争力，这类供应商生产大型复杂分系统和重要结构件；我国目前已基本建立了完整的航空发动机研制和生产体系。
　　作为主战装备的核心，自主可控和国产替代是发动机发展的必由之路。从国内航发产业链来看，上游原材料主要涉及钛合金、高温合金和复合材料等，以航发集团下属科研院所和企业为主，新兴民营企业如宝钛股份、西部超导、钢研高纳、抚顺特钢等均具备很强的竞争力。
　　零部件的机加环节，英美等西方国家占据高端市场，锻造件方面以中航重机、三角防务等占据主要市场份额，非单晶叶片以航发动力为主，难度最大的单晶叶片环节仍以航材院等研究所为主。整机和动力控制系统以中国航发集团处于绝对领导地位。
　　四、行业策略
　　4。1行业策略
　　航空发动机是决定航空武器装备性能的根本，也是工作环境最极端苛刻的分系统，其研制周期长、研发投入大、涉及多学科集成并具有很强的军民通用性。
　　目前，军用小涵道比发动机已取得部分突破，新机型迫切需求新型号发动机定型；军民用大涵道比发动机暂时依赖进口，国产新型号正在加速研制。
　　未来较长一段时间，航空发动机将充分受益于军机加速列装、实战训练损耗和国产民机突破等多重利好驱动，从产业链维度看原材料、零部件、控制系统和整机的行业机会。
　　4。2行业图谱
　　航空发动机相关上市公司主要集中在产业链中上游，下游整机制造和控制系统：航发动力和航发控制；
　　上游原材料是发动机的基础，也最能反映航发产业链的高景气度，特别是高温合金、钛合金和复合材料等：抚顺特钢、钢研高纳、宝钛股份、西部超导和华秦科技；
　　航发机加环节主要涉及锻造、铸造和钣金，技术实力雄厚、业绩确定性强的标的，如三角防务、航宇科技等。
　　4。3主要上市公司（2021年年报，时间截至2022。8。4）
　　核心观点
　　航空发动机产业进入壁垒高，核心机序列化研制模式铸就长坡厚血赛道。
　　航空发动机是决定航空武器装备性能的根本，也是工作环境最极端苛刻的分系统，其研制周期长、研发投入大、涉及多学科集成，是一个高门槛、极具技术壁垒、新手难以进入的尖端技术领域。同时航空发动机也是工业部门目前附加值最高的高端制造业，其基于核心机系列化的研制模式，不但可以军民一体化应用，而且产品红利期长，是典型的长坡厚雪赛道。
　　军用飞机加速列装带动批产型号放量、下游高性能需求驱动航发代际升级、实战化训练加速维修换发等多因素驱动行业快速发展。十四五以来，我国军用飞机型号升级和新机型加速列装对新型航空发动机提出了新需求，军用航发产品线愈发丰富，众多产品将陆续定型批产，随着国产军用航发技术逐渐成熟，国产化率同步提升。同时，鉴于航空发动机的耗材属性，随着实战化训练渐成常态，军用航发损耗加速，驱动航空发动机维修和换发需求。
　　航发产业链竞争格局稳定，整机航发集团为主，中上游逐渐市场化。目前，军用小涵道比发动机已取得部分突破，新机型迫切需求新型号发动机定型；军民用大涵道比发动机暂时依赖进口，国产新型号正在加速研制。从国内航发产业链来看，整机和动力控制系统以中国航发集团处于绝对领导地位，上游原材料及零部件以航发集团下属科研院所和企业以及其他国资上市企业为主，但随着军民融合加速，新兴民营企业渗透率不断提升。
　　行业重点公司：航发产业链各环节龙头企业；鉴于航空发动机行业的高门槛和高技术壁垒以及较为稳定的竞争格局特性，总装和分系统领域的航发动力和航发控制，零部件领域的三角防务、航发科技、航宇科技、航亚科技、派克新材等，原材料领域的抚顺特钢、钢研高纳、图南股份、西部超导等。风险提示
　　局部疫情反复对航空发动机产业链造成影响
　　下游需求不及预期
　　技术研发不及预期
　　汇率波动风险对航空发动机出口造成影响
　　请您关注，了解每日最新的行业分析报告！报告属于原作者，我们不做任何投资建议！如有侵权，请私信删除，谢谢！
　　更多精选报告请登录【远瞻智库官网】或点击：远瞻智库为三亿人打造的有用知识平台战略报告管理文档行业研报精选报告远瞻智库