航空发动机:军工高壁垒赛道,龙头强者恒强
航空发动机:军工高壁垒赛道,龙头强者恒强,航空发动机量产
航空发动机被誉为“现代工业皇冠上的明珠”。
行业具有难度高、投资大、周期长的特点,目前具备自主设计制造航空发动机能力的国家只有美、英、法、俄和中国。
发动机的研发决定飞机的研发进度和成败,其发展水平是一个国家综合国力、工业基础和科技水平的集中体现,是国家安全的重要战略保障。
根据贝哲斯咨询预测,2027年,全球航空发动机市场规模预计将达到3091.16亿元。2021-2027年间复合增速5.64%。
航空发动机行业概览从航空发动机分类来看,航空发动机起步于活塞式发动机,发展至今的绝对主流是燃气涡轮发动机。
主要包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机四种。
航空发动机分类及场景:
从航空发动机发展历程来看,上世纪50年代,中国航空发动机工业从零起步,1956年中国第一台涡喷-5发动机根据苏联BK-1φ发动机的技术资料在沈阳仿制成功,此后很长一段时间,中国航空发动机都以仿制和改进为主,例如涡喷-6、涡喷7和涡喷8。
2002年,国产涡喷-14“昆仑”发动机定型,中国成为继美、俄、英、法之后的第五个航空发动机生产国。2005年12月,涡扇-10“太行”发动机研发成功,成为我国首个具有自主知识产权的高性能大推力涡扇发动机。
经过多年研发,我国以WS10系列为核心的发动机已经实现大批量生产,此外WS-15、WS-17、WS-19、WS-20、WS21等多个重点航发型号正在从研制走向批产,预计未来5-10年航发产业链增速将高于航空产业。
航空发动机产业有以下特点:
高投入:目前,研制一款新型先进发动机需投入资金上百亿元。
高壁垒:军用涡扇发动机工作温度达1800-1900°C,部分工作叶片需同时承受超十吨的离心力。
长周期:一款新型航空发动机研制需花超二十年的时间,比研制新一代飞机的时间长一倍。国外第四代战斗机发动机从启动部件研究到初步形成作战能力周期长达30年。
高回报:航空发动机产业有巨大的带动作用和产业辐射效应。
据统计,按照产品单位重量创造的价值计算,如果以船舶为1,则小汽车为9、电视机为50、大型喷气飞机为800,航空发动机高达1400。
航空发动机产业链行行查 | 行业研究数据库 资料显示,航空发动机产业链主要包括发动机主承包商、子系统供应商、小部件及零组件供应商、原材料供应商四个层次,涵盖研发设计、加工制造和运营维护三大环节。
航空发动机主承包商是产业链的链长,核心能力定位于设计、工程和系统集成,负责供应链系统的搭建和维护,居于产业链的核心地位。
航空发动机分系统包括控制系统、空气系统、机械系统、短舱系统等。
其中,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。
航空发动机控制系统:航空发动机的大脑航空发动机控制系统是航空发动机的大脑。
航空发动机控制系统历经4个发展阶段,从传统液压控制向数字控制转变。
全权限数字电子控制系统(FADEC)是一种以计算机为核心的控制系统,不仅能够实现从发动机起动、运行、停车的整个运行过程的全部控制功能,保证发动机一直保持在最优条件下运行,而且集成了发动机故障诊断属性,及时发现发动机的“病变”。
随着发动机性能逐步提高、设计日益复杂,发动机控制系统控重要性持续提升,核心地位日益凸显。
根据《航空发动机控制系统发展概述》(孙志岩,测控技术,2019),发动机控制技术从20世纪50年代简单的液压机械控制,发展到现代的全权限数字电子控制技术,并向智能/分布式控制方向发展。
资料来源:《航空发动机控制系统发展概述》
航发控制是航空发动机控制系统龙头,公司主要产品为航空发动机控制系统及部件,作为国内主要航空发动机控制系统研制生产企业,在军用航空发动机控制系统方面一直保持领先,与国内各发动机主机单位均有密切合作
航宇科技是航空发动机环锻件核心供应商,参与了我国现役绝大部分军用航空发动机生产任务,承担所有预研、在研军用航空发动机型号研制任务,还是国产大飞机C919长江系列航空发动机环锻件的核心研制生产单位,公司与多家国际主流航空发动机生产商均签订了长期协议。
航空发动机市场格局世界航空发动机产业经过百余年的发展,在市场上已形成了寡头垄断格局,仅有美国,英国,法国,俄罗斯与中国等少数国家具备航发整机生产能力
军用航空发动机市场由美俄英占据近9成份额,商用航空发动机市场形成3+3寡头垄断格局,由美英法占据近9成份额。
资料来源:天风证券、行行查
美、英两国的三家公司GE、P&W、R&R以及这三家公司与法国Safran互相合资成立的公司CFM(SNECMA/GE)、IAE(RR/PW)、EA(GE/PW)几乎占据了民用航发市场份额的90%。宽体客机发动机市场:GE市场份额49%%,RR份额24%,PW份额19%。窄体客机发动机市场:CFM市场份额约69%,IAE市场份额约20%,PW市场份额约7%。支线客机发动机市场:GE占66%,RR占22%,霍尼韦尔占比6%。
航空发动机的研制难度主要体现在设计之难、先进材料之难、制造之难和试验之难,通过长期的实践摸索,核心机的派生发展成为当前各国发动机系列化发展的主要技术途径。
核心机研制是发动机研制阶段的重要组成部分,随着核心机预研阶段完成,其派生发展的发动机研制周期缩短、风险降低,可尽早获得成熟的技术并提高耐久性。
中国航空发动机集团公司(简称“中国航发”)是我国最主要的发动机主承包商,在2016年成立之初就明确了“小核心、大协作,专业化、开放型”的发展模式,经过数十年的发展我国航空发动机产业已形成涉及政府、军方、中国航发、国有企业、民营企业、高校和科研院所等多方主体融合的军民融合产业体系。
航发集团成立“沈阳航空动力产业园”,以合资公司形式引进配套企业参与发动机配套加工生产,已引入钢研高纳、图南股份、华秦科技等上市公司作为合作伙伴。
在“小核心大协作的”背景下,配套企业未来将受益航发市场规模的快速增长。
航空发动机产业由于其高技术、高投入等特点,发展周期往往以数十年计,我国从仿制开始起步,到自主研制探索,已走过了70多年的艰难发展之路,进入新世纪随着大推力加力式“太行”涡轮风扇发动机(WS-10A)的设计定型以及不断改进成熟。
我国发动机研制水平已显著提升,航空发动机国产化进程不断加速,更多不同类型的先进型号发动机也将“瓜熟蒂落”。
未来航空发动机控制技术的重点发展领域:
国内军用航空发动机市场进入“放量建设”新阶段,民用航空发动机领域,在获得ARJ21新支线飞机和C919大型客机项目的支持后,以及随着“飞发分离”等体制机制改革逐步到位,我国商用航空发动机项目的进展也在逐步提速,民用航空发动机前景强劲。
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