繼而新冠病毒持續蔓延全球,全球航天業也受到了一定的影響。招商證券軍工行業分析師岑曉翔在進門財經路演時認為,目前我國第三代軍用發動機逐步成熟,新型發動機進入攻關階段。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。
一、航空發動機產業概況
1、什麼是航空發動機
航空發動機,又被稱為航空動力裝置,它為航空器的飛行提供動力,被譽為航空器的「心臟」。航空發動機的研製是航空產業鏈中的核心環節,在萊特兄弟發明飛機之前,儘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。
回顧航空發展歷程,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;加力燃燒室的採用,使飛機突破聲障;Ma3的飛機得益於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。
燃氣渦輪發動機是目前應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後,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並進行壓縮,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於亞聲速運輸機、支線飛機和公務機;渦輪軸發動機用於直升機。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。
製造業皇冠上的明珠: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複雜最精密的工業產品,每台零件數量在萬件以上。
因此,航空發動機被譽為「製造業皇冠上的明珠」,它是一個國家科技、工業和國防實力的重要標誌。
2、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徵
從40年代末到21世紀初.噴氣戰鬥機動力大致經歷了四次更新換代。戰鬥機對發動機的主要要求是:
1、推重比高飛機輕,機動性好,發動機劃代的一個主要指標是推重比;2、耗油率低對於四代機要求具備不加力超音巡航能力;3、允許飛機高機動飛行發動機抗畸變能力強,具有推力矢量噴管;4、隱身:紅外;5、可靠性安全性好;6、一次成本低.使用維修方便。
提高推重比的主要措施是:
1、提高每公斤空氣流量的推力,為此提高渦輪前燃氣溫度(2000K)和加力燃燒室溫度(2100-2200K),這是非常有效的。由下表可見渦輪前燃氣溫度是劃代的另一主要特徵;
2、減重:採用先進結構,如整體葉盤,採用先進強度設計技術,實現等強度設計等,先進材料輕但受力能力大鋁鎂合金。
近年來,戰鬥機正朝多用途、寬包線方向發展,這促使研究者提出了變循環發動機概念。變循環發動機通過改變發動機部件的幾何形狀、尺寸或位置來調節熱力循環參數,將高、低涵道比發動機的優勢合二為一,使發動機可同時具備大推力與低油耗特性,使得發動機在各種工作條件下都具有最佳的熱力循環,從而對飛行速度和高度有良好的適應性。
因此,變循環發動機受到各航空強國的重視,是目前航空發動機的重要研究方向。
2)民用航空發動機發展至第四代,安全性與經濟性特點突出
民用大客機對發動機的要求與軍機差別很大,各指標的相對重要性如下:1、安全性、可靠性;2、經濟可承受性;3、排放和噪音的要求不斷提高。近年來綠色、低碳甚至已成主要訴求,即在保證安全可靠的前提下。
提高經濟性,降低污染排放、降低噪音、增長壽命,實現性能更加優化、控制更加智能化和對環境更加友好。由於大涵道比渦扇發動機能更好滿足上述要求,現代民用大客機均以此為動力裝置。
為了提高運行經濟性、降低耗油率.基本的技術途徑是提高發動機的涵道比提高總壓比以及問冷回熱技術。
通過對比民機主要參數的發展情況發現,民用航空發動機的涵道比和總增壓比明顯增長,溫度相應增加而耗油率則逐漸降低。而大涵道比的民航發動機是在價格上與小涵道比的發動機相差了近一個量級。
二、民用航空發動機市場:空間廣闊,我國有望實現突破
1、民用航空發動機市場空間近1400億美金
據日本航空發展公司預測,2019年至2038年期間售出的發動機總數將為87,685台,其中80,764台是提供給客機和貨機的噴氣發動機,而6,921台是於客用渦輪螺旋槳飛機的渦輪螺旋槳發動機,如2018年市場價格測算,市場總價值將達到1.36萬億美元,年均680億美元。
其中,噴氣發動機將占1.35萬億美元,渦輪螺旋槳發動機將占剩餘的150億美元。再考慮發動機維修後市場,預計民用航空發動機市場年均近1400億美金。
如按推力進行劃分,市場份額最大的是窄體飛機(例如737和A320系列)所需的12,000到35,000磅間的中等推力發動機,需求架數達到48,929台,占到總需求的61%。其次寬體客機(例如777/787和A330/A350/A380)使用的65,000至115,000磅推力的大型發動機,需求架數達到18608台,占需求數量的23%。
如考慮到價格,65,000至115,000磅推力的大型發動機將占據最大的市場份額,達6,283億美元,占總銷售額的47%。其次是12,000到35,000磅間的中等推力發動機,價值5,581億美元,占總銷售額的41%。
如按地區劃分,亞太地區將是對飛機需求最高的市場,該地區發動機的需求數量為35,343台,占發動機銷售數量的40%,銷售額為5,789億美元,占銷售額的41%。其次是歐洲的18,005台(占21%)和2,797億美元(占20%),北美的17,147台(占20%)和2,562億美元(占18%)。
2、民用航空發動機市場寡頭壟斷,美國優勢明顯
由於航空發動機的高技術、高投入,長周期、高風險等特點,行業進入門檻很高,全球範圍內航空發動機經過多年的發展,已呈現出典型、明顯的寡頭壟斷格局。
以大推力商用航空發動機為例,目前主要是美國、英國和法國等國家企業占據壟斷地位,軍用航空發動機也主要集中在美、英、法、俄、中等國家。其中GE通用電氣、PW普拉特·惠
特尼、RR羅爾斯·羅伊斯、CFM國際公司、IAE國際航空發動機公司、EA發動機聯盟公司是民用航空發動機市場上最主要的參與者。
從市場份額來看,CFM國際公司憑藉其LEAP系列發動機優異的燃油經濟性,牢牢把握住窄體飛機70%以上的市場份額,成為波音及空客交付和訂單數量最多的供應商。而在寬體飛機的大型民用發動機領域,基本是GE與羅爾斯·羅伊斯兩強爭霸的格局,GE占到了將近一半的市場存量。
3、中國商發強勢崛起,受益於我國民機產業巨大市場
中國航發商用航空發動機有限責任公司(簡稱「中國航發商發」,AECCCAE)成立於2009年1月18日,是由中國航空工業集團公司與上海煙草集團有限責任公司、上海電氣(集團)總公司、上海國盛(集團)有限公司共同出資組建的股份多元化企業,註冊資本60億元,主要從事商用飛機動力裝置及其相關產品的設計、研製、生產、總裝、試驗、銷售、維修、服務、技術開發和技術諮詢等業務。商發公司下設研發中心、總裝試車中心、大修中心、客戶服務中心。
公司在研的「CJ-1000A」發動機是我國第一款商用航空發動機產品,是裝配國產大飛機的唯一國產動力。據中國航發商發官網介紹,目前已完成驗證機全部設計工作,正在開展零部件試製和試驗工作。該款發動機預計於2025年服役。
據介紹,該發動機是一型雙軸大涵道比直驅渦扇發動機,由1級風扇、3級增壓級、10級高壓壓氣機、單環形燃燒室、2級高壓渦輪及7級低壓渦輪組成,採用全三維氣動設計、貧油預混燃燒、主動間隙控制等先進技術,以及寬弦空心風扇葉片、整體葉盤、新一代單晶、粉末冶金等先進材料工藝,具有高效率、低燃油消耗,低排放、低噪音,高可靠性、長使用壽命,低維護成本、良好的維修性等產品特性。
相較與成熟的西方航空發動機巨頭,目前我國在民用航空渦扇發動機方面還處於空白狀態,差距明顯,但隨著中國航發商發以及CJ1000A的出現,我國將擁有挑戰世界最大航空發動機市場,發展國產大飛機及航空發動機產業的重要機遇。
C919中型客機,全稱COMACC919,是中國首款按照最新國際適航標準,具有自主智慧財產權的幹線民用飛機,由中國商用飛機有限責任公司於2008年開始研製。據中國商飛官網報道,目前C919已經完成立項論證、可行性論證、預發展階段工作,轉入工程發展階段。
2020年2月16日,據《華爾街日報》報道,特朗普政府考慮阻止通用電氣公司向中國出口LEAP-1C航空發動機,理由是擔心該發動機的技術被中國「逆向仿製」。C919是商飛具有自主智慧財產權的150座商用單通道,截至2019年已經獲1000架意向訂單,在手訂單815架。
原計劃2021年後進行交付,發動機選用CFM-leap1c。我們認為,美國政府對發動機「限售」的可能性,將促進我國對於航空發動機產業自主研發的力度。
觀察者網2017年9月報道,中國商用航空發動機有限責任公司總經理馮錦璋於2017年8月26日在無錫透露,裝配國產C919客機的「長江1000A」發動機將於2017年完成總裝下線,裝配C929的「長江2000」發動機也正在進行大部件、大單元體的試製和試驗。
隨著預計C919國產大飛機開始交付,國產商用航空發動機CJ-1000的逐步成熟,我國民用航空發動機市場前景廣闊。
三、軍用航空發動機市場:空間廣闊,我國有望實現突破
1、全球軍用航空發動機市場空間超100億美金,受益於軍費增長
據國際市場諮詢公司GlobalData披露,2018年全球用于軍用航空發動機採購的金額達到108億美元(不含維修服務費用)。未來十年,全球軍用航空發動機的累計支出將達到1,454億美金。
由於不斷增長的地緣政治競爭以及發動機改裝和更換計劃將是軍用航空發動機市場增長的主要驅動因素。縱觀全球,在不斷變化的地緣政治格局中,中國和印度等新興大國正在對本國軍隊進行現代化改造,以縮小與美國,英國,俄羅斯等已開發國家的技術差距。
恐怖主義和地緣衝突預計將繼續在中東地區持續。北美和西歐等國家在經過數年的軍費縮減後重回軍費擴張通道,不斷增加的國防支出預計將在未來十年為全球軍用航空發動機製造商提供更多機會。
2、我國航空裝備缺口明顯,未來市場空間廣闊
1)我國航空裝備缺口較大,預計將長期保持投入
從數量和結構上看,中美兩國的航空裝備都存在著相當大的差距。先從數量上看,根據《worldairforce2018》統計數據,中國在各類飛機的數量上都不及美國,尤其在戰鬥直升機、運輸機、空中加油機、特種飛機四大類別中存在不止一個數量級的差距。
我們僅以《Worldairforce2018》統計的數據為依據,在詳細梳理各機型的數量情況後,將飛機類型從新調整分類,雖然《Worldairforce2018》統計的數據與實際情況必然存在偏差,但通過深入分析,在結構構成上仍具有較強的參考意義。
首先,作為最為核心的戰鬥機&殲擊機,我軍數量不足美軍一半。直升機的數量差距最大,其次是運輸機。轟炸機在數量上與美軍基本持平。
然而,在我們進一步梳理了裝備內部結構情況後發現,兩軍的差距被進一步拉大。我軍航空裝備在「質」與「量」上都有很大的差距急需追趕。
在結構上看,中國的三代及以上代次的機型僅占到全部戰鬥機比例的40%,絕大多數戰鬥機型仍為老舊的二代機型,而美國則已經全面淘汰二代機,並將逐步全面換裝四代機型。與美軍相比,我國在航空裝備的結構上仍然存在明顯的代差,未來我軍換裝新機型的需求迫切。
目前中美空軍實力最大的差距,除了戰機性能之外,還有就是美國擁有大量的支援飛機。美國龐大的運輸機、空中加油機、特種飛機部隊,是美軍「全球到達、全球作戰、全球力量」戰略得以實現的重要保障。
而優秀的運輸機,以及以此為改型的各種空中加油機、指揮預警機,是一個國家空軍實力的重要支撐。
目前我國空軍的戰略運輸能力與美俄差距較大,我國主要的大型軍用運輸機還是依靠俄羅斯的IL-78、Tu-154,自主研發的運-8、運-9在運載量、航程以及航速上都有較大的局限性,不能滿足我軍的戰略需求。
在第12屆中國國際航空航天博覽會上,我國空軍副司令徐安祥介紹:中國空軍將按「三步走」規劃逐步實現建設世界一流空軍的目標:第一步是到2020年基本跨入戰略空軍的門檻,搭建起以第四代裝備為骨幹、第三代裝備為主體的力量體系、指揮體系、作戰體系和保障體系;第二步是從2020年到2035年,基本形成戰略空軍的能力,力量體系將更加完備、科學、合理;第三步是從2035年到本世紀中葉,建成世界一流戰略空軍。
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,而隨著航空裝備需求的增長必將帶動我國軍用航空發動機行業的穩步增長。
2)未來我國軍用航空發動機市場年均超700億人民幣
2019年3月5日,國務院報告披露,2019年我國國防支出預算11899億元,相比2018年國防支出11070億元,增長約7.5%。
2019年7月24日,《新時代的中國國防》白皮書發布。報告指出,我國軍費預算一般包含三個方面的投入,分別是人員生活費、裝備費和訓練維護費。縱向對比,裝備費占國防費比例持續提升,從2010年的1773.59億元提升至2017年的4288.35億元,年均復合增長率達13.44%。
綜上測算,未來10年我國軍用航空發動機市場空間約為1067.6億美元,年均726億人民幣。
2018年,我國主要的航空發動機供應商航發動力實現收入231億,如剔除外貿轉包等業務,其核心航空發動機產品收入197億。
對比我國軍用發動機總市場空間,預計目前我國航空發動機的國產化率仍有較大提升空間。另外,雖然由於其他航空發動機維修廠的數據不可得,但僅從航發動力的情況來看,目前我國航空發動機的維修能力也存在不足。
未來隨著新型航空發動機的成熟,以及產能提升,我國軍用航空發動機的總量增長,國產替代,以及維修市場,三者將為我國航空發動機產業提供巨大的市場空間。
3、我國軍用航空發動機加速追趕,進入型號放量期
1)我國軍用發動機現狀:長期受制於人,國產發動機漸成主力
仿製為主,嚴重製約了航空工業的發展:軍用航空發動機方面,很長一段時期,俄羅斯戰機和發動機是我們唯一的進口來源和學習對象,我國歷史上的一系列發動機全部在走仿製俄式的路線。
直到現在,這個情況依然存在,過去10年我國從俄羅斯分批進口了約400台AL-31F發動機,用於裝備殲-11和殲-10。
這種狀況對我國的先進戰機裝備進度和對外軍售都造成了很大的制約。正因為多年來我們主要走的是仿製路線,缺乏必要的技術積累,使得發動機技術發展嚴重滯後,多年來一直是我國航空工業發展的短板。
2)現有型號逐漸成熟,未來成體系化發展,進入收穫期
儘管歷經磨難,經過近70年的發展,我國已建立了相對完整的航空發動機研製生產體系,具備了渦槳、渦噴、渦扇、渦軸等類發動機的系列研製生產能力。
目前我國在役殲擊機、強擊機、轟炸機、殲擊轟炸機等主戰飛機已批量使用國產渦扇發動機,同時僅有部分三代戰機仍然裝配的是進口發動機。
運輸機方面,運-7、運-8等運輸機使用的渦槳發動機全部國產化,運-20目前裝備的仍是進口發動機。
直升機方面,隨著直-9、直-8、直-10等整體技術的成熟,我國已經在引進的基礎上實現渦軸-8、渦軸-6、渦軸-16發動機的系列化發展。目前我國現有發動機譜系已逐步成熟。
我們認為,隨著現有型號的逐步成熟,我國航空發動機已進入新的發展階段,以WS-10為代表的三代發動機逐步成熟,成為我國航空動力的中堅力量,並進行系列化發展,同時還有一系列新型發動機項目正在進入關鍵攻關階段,有望陸續實現定型、批產。看好行業發展前景。
四、我國航空發動機產業鏈發展狀況
1、產業鏈格局穩定,軍民融合完善產業鏈建設
航空發動機是一個進入門檻極高的行業,全球範圍內呈現出典型的寡頭壟斷格局。目前能夠獨立研發大推力航空發動機產品的,主要是美國、歐洲的英國和法國。此外俄羅斯也自成系統,尤其是在軍用航空發動機上有比較強的實力,但在商用市場上沒有競爭力,整體呈現三極格局。
在行業巨頭地位穩固的情況下,航空發動機行業逐步形成了主承包商-供應商發展模式,任何一家主流發動機公司都指數前台,他們的身後則有一列長長的供應商名單。
出於政治和商業的考慮,任何一家主要發動機公司都將大量的生產工作甚至一些零部件/子系統的研發工作轉包出去,以此提升合作關係並分擔技術及商業風險。
以羅·羅公司為例,公司從2004年開始就只生產其最終產品所以零部件中附加值最高的30%,而將餘下的70%轉包出去,從而在風險可控的前提下,儘可能地降低發動機全部零件的製造與採購成本。
羅·羅認為具有競爭力的核心零部件必須自行生產;非核心零部件如果有足夠的競爭力也會自行生產;競爭性不強的核心零部件生產必須受控,即在合作夥伴企業或合資企業中生產;不是核心零部件,競爭性又不高的零部件則完全可以進行外部採購。
2、航發集團是我國航空發動機研製的核心
1)航發集團產品譜系完整,下屬上市公司分工明確
中國航空發動機集團有限公司(簡稱:中國航發,AECC)是中央直接管理的軍工企業,由國資委、北京國有資本經營管理中心、中國航空工業集團有限公司、中國商用飛機有限責任公司共同出資組建。
下轄27家直屬企事業單位,擁有3家主板上市公司,現有職工8萬餘人,擁有包括7名院士、200餘名國家級專家學者在內的一大批高素質、創新型科技人才。
建有多個國防科技重點實驗室、創新中心,具有較強的科研生產能力,以及較為完整的軍民用航空發動機、燃氣輪機研發製造體系與試驗檢測能力。主要從事航空發動機、輔助動力、燃氣輪機、飛機和直升機傳動系統的研製、生產、維修和服務;
從事航空材料及其它先進材料的研發與製造。中國航發設計生產的渦噴、渦扇、渦軸、渦槳、活塞發動機和燃氣輪機等產品,廣泛配裝於各類軍民用飛機、直升機和大型艦艇、中小型發電機組,客戶涉及航空、航天、船舶、能源等多個領域,為我國國防武器裝備建設和國民經濟發展作出了突出貢獻。
2)相較國外巨頭仍有巨大發展空間
航發集團下屬三家上市公司,其中航發動力擁有四家核心主機廠,是承載我國航空發動機事業的主體,集成了我國航空動力裝置主機業務的幾乎全部型譜,是國內主戰機型發動機國內唯一供應商。但是相較於國外航空發動機巨頭,航發動力仍然差距明顯,仍有較大空間亟待追趕。
從經營情況來看,GE近年在多元發展中的金融業務部門出現較大虧損,拖累整體業務,但GE的航空發動機業務仍穩居世界第一,憑藉公司的技術實力,牢牢把控寬體客機和單通道客機的航空發動機市場份額,同時利潤率明顯高於行業其他。
UTC子公司Pratt&Whitney憑藉其在F35戰機中巨額的軍品訂單,收入規模從17年開始向上爬坡,近年來增長勢頭較好。而RR因為其Trent1000的設計技術問題,導致其在民航市場的份額不斷萎縮,同時花費了大量維修、研發經費,拖累了整體經營情況。
而對比國外巨頭,航發動力首先在規模上有明顯差距,僅比較各家航空發動機業務數據,我國的航發動力在收入規模上與國外相差了5-10倍;在利潤規模上相差3-35倍;在資產規模上,相差3-5倍。
我們認為,我國航空發動機產業的發展必然離不開上游原材料領域技術的支撐,隨著現代航空工業對航空發動機的性能要求越來越高,對高端新材料的需求也將更加旺盛。作為行業上游領域,看好行業景氣度在航空發動機用相關材料領域的先行反應。
五、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,新型發動機進入攻關階段。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)藉助軍民融合推進,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:三角防務、鋼研高納,寶鈦股份,西部超導,萬澤股份,應流股份等。
3)發動機後市場服務未來將隨存量打開,重點關注:航新科技、鉑力特。
文章主要內容為招商證券軍工行業分析師岑曉翔在進門財經路演核心觀點
文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-tw/XVnHBHEBrZ4kL1ViwUu6.html