一、航空發動機：工業皇冠，國之重器
（一）行業歷史：噴氣式替代活塞式，渦扇發動機成為主流
航空發動機自1903年誕生至今一百多年，經歷了兩個發展階段。第一階段是自1903年開始的前40年，由活塞式發動機統治。1939年以後是噴氣式發動機時代，在此期間廣泛運用的是燃氣渦輪發動機，可以分為：渦輪噴氣發動機（渦噴發動機）、渦輪風扇發動機（渦扇發動機）、渦輪螺旋槳發動機（渦槳發動機）、渦輪軸發動機（渦軸發動機）。
我國航空發動機的研製始於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，主要是引進國外發動機仿製，同時也嘗試進行自主研發，代表性產品有渦噴-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、仿製轉向自主研發，這一階段的代表性產品有渦噴-13、渦噴-14、渦扇-10。第三階段為2000年初至今，我國已經逐步建立了相對完整的發動機生產研製體系，具備各類發動機研製生產能力，並向世界先進水平邁進。目前有代表性產品有渦扇-15和渦扇-20發動機（在研）。
（二）行業特點：工業明珠，技術與資本壁壘高
1.高技術壁壘、高研發投入。
航空發動機是一種高度複雜的熱力機械，需要在極端惡劣的高溫高壓高應力條件下工作，在有限的空間內實現高水平能量的穩定釋放（燃氣燃燒）和轉化（通過渦輪風扇等旋轉產生推力）。目前先進的航空發動機工作溫度在1700攝氏度以上，壓氣機增壓後壓力高達50多個大氣壓，轉子每分鐘旋轉幾萬轉，葉尖承受的離心力相當於40噸重卡車的拉力。除了惡劣的工作環境外，由於航空發動機需要承擔長時間的工作任務，還需要保證長時間、高水平的穩定性。目前能夠真正獨立研製航空發動機並形成成熟產業規模的國家也只有英、美、法、俄四國。
航空發動機從原材料到零部件再到整機的製造，都具有極高的技術難度，需要投入高額的研發費用用於培養技術人才、購建研發設備等。以國內航空發動機葉片製造企業應流股份為例，根據年報的披露，應流股份研發投入自2017年公司在兩機葉片發力以來顯著增高，2017-2019年研發支出均超過2.5億元，資本化和費用化研發支出均呈現上升趨勢，2019年研發費用率達到12.9%。
2.開發周期長，資本開支要求高。
航空發動機採取預研模式，開發周期長。雖然世界航空發動機的研製流程各不相同，但從技術理論的產生到量產裝配的過程大體可以分為預研階段、工程研製階段和使用發展階段。預研階段是將新型的理論進行應用研究，對通過驗證的理論進行前期技術開發，這一階段用時大約在10-12年左右。通過預研階段後進入工程研製階段，主要是根據軍用或民用的性能需求進行工程驗證機研製和原型機研製，其中原型機研製又可以分為飛行前試驗、科研試飛、原型機定型、生產定型四個階段。預研階段和工程研製階段共需要約30年，發動機只有順利通過了這兩個階段才能進入使用發展階段進行量產裝配，整個開發周期漫長。目前世界典型發動機研製時間短則五六年，長則八九年，涉及跨代的發動機研製時間甚至長達10-20年。
前期投入大，回報周期長，航空發動機資產壁壘高。由於航空發動機技術壁壘極高，需要較長的產品開發周期和較高前期投入，在實現「從0到1」的過程中，對於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金流，且短時間內無法轉化為收入，固定資產周轉率較低，使得企業面臨較高的資產壁壘。以應流股份為 例，公司從2017年開始購建固定資產等支付的現金迅速上升，2019年為5.81億元，
2020年前三季度已達6.5億元。橫向對比液壓件龍頭恆立液壓，公司在2010年開啟了一輪增資擴產，擴大油缸業務產能以及開發油缸產品，當年用於購建固定資產等支付的現金同比增長600%，並在2011-2014年一直保持高位，固定資產周轉也一直較為緩慢，直到2017年開始迅速上升，前期的大量固定資產投入在短期內會使得企業現金流緊張，周轉率下降；中長期視角下，實現客戶或技術突破後將逐漸轉化為企業收入。
（三）市場空間：單位價值高昂，產值超 700 億美元
航空發動機單位價值高，在飛機成本中佔比超20%。在航空發動機高壁壘的支撐下，航空發動機具有極高的附加值。目前典型的渦扇發動機目錄價格達到數千萬美元，羅羅公司生產的Trent 900渦扇發動機目錄價格超過4500萬美元，CFM公司生產的Leap系列發動機價格也超過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佔比來看，根據前瞻產業研究院的數據，發動機佔比居各部件前列，超過20%，僅次於機體系統。
根據空天界的數據，全球渦輪發動機市場過去五年產量穩定在1.4萬臺左右，由於產品結構趨向高端，均價有所提高，總產值有上升趨勢，2017-2019年全球渦輪發動機年產值分別為724、747、728億美元。從結構來看，2019年渦扇發動機在渦輪發動機各類別中佔比最高，達到44.7%，其次為輔助動力裝置和渦軸發動機，分別達到19.7%和17.77%。由於渦扇發動機單價較高，渦扇發動機總產值在渦輪發動機中佔比超過90%。
（四）政策背景：軍民融合國家戰略，國產替代加速
1.軍民融合國家級戰略，助力航發崛起。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展上升為國家戰略，「推動軍工開放，引導社會資源進入武器裝備科研生產領域」。
航空發動機是典型的軍民兩用產品，在國防建設和國民經濟中都具有重要地位。在民用領域，航空發動機為民航飛機提供動力，決定著飛機的飛行速度、穩定程度和油耗等參數。航空發動機研製技術難度高，周期長、經費投入大，因此如果能夠在研製階段軍民相互配合，研製成果相互轉化，可以降低研製成本，實現經濟可承受性，同時使得研製成果的效益最大化，對於航空發動機產業的發展可以起到很大的促進作用。
在軍民融合戰略的背景下，民營企業在航空發動機領域取得不俗進展。在航空發動機產業鏈的原材料環節，圖南股份、撫順特鋼、萬澤股份等民營企業均取得進展。圖南股份為發動機生產鑄造高溫合金與變形高溫合金，具有製備超純淨鎳基高溫合金的先進技術，是國內航空發動機廠的主要供應商，2019年高溫合金業務收入達到3.75億元。在零部件環節，應流股份在2019年突破兩機熱端部件技術瓶頸，為國內兩機配套生產葉片、機匣等零部件，2019年在航空航天新材料及零部件領域收入達到1.78億元。
2.國產替代趨勢明顯，國內廠商面臨發展機遇。目前世界上航空發動機研發和製造主要被GE、RR、PW、CFM等外國公司掌控，中國在軍用發動機領域起步晚，基礎薄弱，目前與世界先進水平仍有一定差距，尤其在商用航空領域，C919仍採用LEAP發動機。
兩機專項國家戰略：2016年，國務院印發的《「十三五」國家科技創新規劃》指出，我國面向2030年要部署一批與國家戰略長遠發展和人民生活緊密相關的科技創新重大項目，也即「科技創新2030-重大項目」，其中第一類項目就是航空發動機及燃氣輪機，並且已經於同年啟動。航空發動機產業作為國家戰略重大項目，在未來一段時期內都將獲得國家在資金、政策方面的強大支持。
軍用發動機：國內整機龍頭航發動力實現軍用航空發動機全種類覆蓋。目前瀋陽黎明廠生產的「太行」系列產品已經在殲-10、殲-15等三代主戰機型上鋪開使用，替代原本俄羅斯AL-31F發動機，在研的WS-15「峨眉」發動機是我國為第四代戰鬥機研製的大推力渦扇發動機，未來可裝備殲-20戰機。同時在研的還有WS-20大涵道比渦扇發動機，如果研製成功將填補國產大涵道比發動機的空白。
民用發動機：目前以轉包生產為主，長江-1000系列有望填補整機空白。目前世界民用發動機市場仍被GE、普惠、羅羅等國際龍頭掌控，國內公司主要承擔轉包生產工作。根據中國航發商發的信息，公司正在研製我國首款商用發動機長江-1000，目前已經完成驗證機的設計工作，正在開展零部件試驗工作。除長江-1000外，商發公司目前在研的CJ-500和CJ-2000都已經有初步進展，分別計劃裝配支線客機ARJ21和寬體客機C929。
二、產業鏈梳理：主機廠寡頭壟斷，各環節百花齊放
（一）原材料：金屬合金應用廣泛，新型材料應用可期
航空發動機目前主要以高溫合金、鎳基合金、鈦合金為原材料，新型複合材料逐漸發展應用。在航空發動機發展初期，主要原材料是高溫合金鋼，佔比接近80%，其次是鎂、鋁合金等輕金屬材料。隨著發動機結構和性能的演進，也對原材料提出了更高的要求，鋁合金和鋼的佔比逐漸降低，目前航空發動機主要原材料是鋼、鎳基合金和鈦合金，分別佔比約20%、35%、30%。近年航空發動機也逐漸開始在葉片、燃燒室等部位使用新型複合材料，例如陶瓷基複合材料CMC金屬基複合材料等。
1.高溫合金：主要用於熱端部件，重量佔比超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，並能在較高的機械應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、生產和應用已經歷60多年的發展歷程。
航空發動機的技術進步與高溫合金的發展密切相關，高溫合金是推動航空發動機發展最為關鍵的結構材料。新型的先進航空發動機中，高溫合金用量佔發動機總重量的40%-60%以上，主要用於燃燒室、導向器、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端部件，此外還用於機匣、環件、加力燃燒室和尾噴口等部件。
目前國外生產高溫合金材料的企業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型企業，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主要生產大批量的合金板材、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，廣泛應用於風扇和壓氣機盤。鈦合金是指用鈦與其它金屬製成的合金金屬，具有強度高、密度小、耐蝕性好、耐熱性高等特性，在450-500℃的環境下仍然可以長時間穩定工作，同時可以減輕結構重量，提高結構效率，有助於發動機擁有更高的推重比。鈦合金是飛機和發動機的主要結構材料，主要用於發動機風扇盤、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超過20%，其中F-22猛禽戰機鈦用量佔比達到41%。
全 球 範 圍 內 主 要 的 鈦 合 金 生 產 商 有 美 國 鈦 金屬公司、 俄 羅斯阿 委 索 馬（VSMPO-AVISMA）公司、日本東邦鈦公司等。在國內鈦合金市場中，目前能夠批量生產用於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、生產和銷售，鈦合金產品有高端鈦合金棒材、線材、絲材等。根據招股書的披露，其產能達到4950噸/年，用於航空航天和船舶領域。寶鈦股份主要從事鈦及鈦合金相關業務，生產各種規格的鈦及鈦合金板、幫、線、鍛件、鑄件等加工材和各種金屬複合材產品，實際產能14950噸/年，用於航空航天、船舶、石油、化工、冶金領域。
3.新型複合材料：可承受溫度高，密度低。陶瓷基複合材料（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，將更多空氣置於燃燒室中燃燒，獲得更大的動力，使得CMC已經逐漸成為航空發動機燃燒室、渦輪等熱端部件的理想材料。
各國對陶瓷基複合材料工藝都進行了詳細的研究，其中日本擁有聚碳矽（PCS）和連續SiC纖維製備技術，主要開展PIP工藝製備纖維增強SiC複合材料的研究，特別是在SiCf/SiC複合材料製備上具有較高的研究水平；法國以CVI技術為主，且技術水平屬國際領先；德國以RMI和PIP技術為主，特別是RMI技術世界領先；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，已經成為GE公司陶瓷基複合材料製備的主流工藝。
國內陶瓷基複合材料領域主要廠商有中航高科和火炬電子。根據中航高科公司公告，公司已經突破了CJ1000航空發動機複合材料一級風扇葉片製造和無損檢測關鍵技術，以及二代SiC纖維/SiC複合材料界面層工藝和緻密化工藝，目前已經籤訂了CJ-1000和CJ-2000發動機複合材料葉片訂單。火炬電子已經在陶瓷複合材料領域有多年經驗，其子公司立亞新材已經實現陶瓷複合材料的批量生產。
國內航空發動機原材料領域競爭格局
（二）壓氣機、風扇葉片：冷端核心部件，鍛造葉片向中國轉移航空發動機的製造是一項極其複雜的系統工程，其中葉片被視為最核心的部件之一。發動機工作過程中，葉片受到離心力、空氣燃氣產生的氣動力、熱應力、交變力、隨機載荷等影響，佔據了整個發動機製造30%以上的工作量。在各種載荷的作用下，葉片極易產生高周疲勞、熱疲勞，為了保證工作質量、工作效率，葉片的選材及生產工藝都有極高的要求。
發動機葉片根據所處部位和功能，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，渦輪葉片屬於熱端部件。壓氣機葉片又可以分為壓氣機轉子葉片（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。風扇葉片將進入發動機的空氣進行初步壓縮，壓縮後的氣體分為兩路，一路進入內涵道進行繼續壓縮，另一路進入外涵道直接高速排出，產生推力。壓氣機葉片對進入內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化為渦輪的機械能。葉片的材料有鋁合金、不鏽鋼、鈦合金、高溫合金和複合材料葉片等。風扇及壓氣機葉片屬於冷端部件，工作溫度相對較低，一般採用鈦合金、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，所以被大量用於生產壓氣機葉片。
壓氣機葉片決定了總增壓比，即發動機對空氣流動的壓縮程度，提高發動機的增壓比可以提高航空發動機的壓縮效率和燃燒效率。
從製造工藝上看，壓氣機葉片葉型薄，易變形，精準控制其成型精度，高效、高質量地加工是葉片製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動機中型面結構最複雜、工作環境最苛刻的零部件之一。為了減少空氣流動動力損失，壓氣機葉片相較於其他部位葉片最大的特點便是其複雜的型面扭轉度以及葉片本身輕薄的厚度。型面複雜的扭轉度具體體現為從葉根到葉尖的葉型彎扭角度的不同另一方面，葉片前後緣的厚度只有0.1-0.2mm，並且輪廓度要求高。
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。其中精密鍛造技術是採用高精度的鍛壓設備，依託完善的檢測手段和輔助處理工藝，鍛造出餘量小、質量高的葉片毛坯。精鍛葉片可以更完整地保持金屬流線的連續，保證葉片的強度和承載能力，極大提高葉片的性能和壽命，一般用於壓氣機高壓葉片的製造。
競爭格局：渦扇發動機風扇葉片、壓氣機低壓級葉片所用的空心葉片、複合材料葉片對材料及製造工藝的要求較高，國內起步相對較晚，目前國際市場仍以歐美企業為主導。GE、賽峰、羅羅、普惠等國際航空發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的不斷提升，國產鍛造葉片具備全球競爭力。從成本角度考慮，國際航空發動機巨頭加大了對中國鍛造葉片的採購力度，航發動力、航亞科技、無錫透平等公司先後獲得鍛造葉片大單，鍛造葉片產業正向中國轉移。
（三）渦輪葉片：熱端部件，國內企業有望打破壟斷
渦輪葉片屬於航空發動機中的熱端部件，需要在高溫高壓的環境下工作，是渦扇發動機中製造難度最高的葉片。高溫高壓燃氣在渦輪中膨脹做工，推動渦輪高速旋轉以帶動壓氣機，氣流經渦輪出口進入尾噴管，壓力降低，速度增加，最後排出發動機，產生動力。
渦輪葉片的結構和材質不斷升級換代。在20世紀中期，主要使用的是第二代發動機，典型型號有斯貝MK202，它主要使用實心渦輪葉片，在這之後逐漸開始使用更為先進的空心渦輪葉片，第五代發動機F135已經採用雙層壁超冷/鑄冷渦輪葉片。渦輪葉片一般採用高溫合金或鈦鋁合金，通過精密鑄造加工而成餘量小、質量高的葉片毛坯。隨著發動機性能的提升，高壓渦輪葉片逐步發展到了定向結晶和單晶材料葉片。定向結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晶凝固的一種鑄造工藝，採用這種工藝成形的渦輪葉片具有很高的抗熱疲勞和抗熱衝擊性。
渦輪葉片在結構上主要由葉冠、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構，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葉片的氣動特性。相鄰葉片的葉身之間構成氣流通道，供高溫、高壓燃氣流過並膨脹做功，同時葉身型面還具有調整氣流方向的功能，保證氣流進入排氣系統時軸向速度均勻。緣板介於葉身與葉根之間，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，以便將功率傳輸到與輪盤相連的轉子軸上。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採用樅樹形榫頭。
競爭格局：歷史上長期被歐美企業壟斷，近年國內企業實現突破。在高性能噴氣發動機的氣道中，渦輪入口溫度超過1600℃，同時葉片需要承受發動機起動、停車循環的高溫燃氣衝刷、溫度交變、高轉速下的離心力等，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、抗硫化介質腐蝕等。高性能、長壽命的渦輪精鑄葉片均由歐美企業提供，GE、賽峰、羅羅、普惠等國際航空發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商。俄羅斯的渦輪葉片可滿足性能需求，但在使用壽命和經濟性上遠不如歐美產品。
國內企業進步顯著，航發精鑄、應流股份等多家公司渦輪葉片實現突破，發展空間
較大。經過多年發展，國內渦輪葉片技術進步顯著，其中，航發精鑄實現渦輪葉片的穩定供應，葉片性能和壽命不斷提升，是國內最主要的渦輪葉片供應商；應流股份、江蘇永瀚、萬澤股份實現技術突破，成功進入中國航發的供應商序列。目前國內軍品列裝加速，民航需求較大，渦輪葉片具有較大發展空間。
（四）其他零部件：國內廠商逐步減小技術差距
1.盤類件：主要有渦輪盤、壓氣機盤、整體葉盤。整體葉盤結構是在常規碟片分離結構基礎上發展起來的一種碟片一體化新型結構，具有減重、減級、增效和提高可靠性等優點，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動機的轉子部件，渦輪盤是航空發動機上用於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、高轉速工作環境下的複雜載荷。
2.機匣：航空發動機上的主要承力部件，為發動機承受載荷和包容的關鍵部件，是典型的薄壁結構零件。其主要作用為：保護髮動機核心機，給裝在外部的發動機部件如燃油泵、滑油泵、發電機和齒輪箱等部件以及管路等提供支撐；內側主要安裝靜子和燃燒室，和轉子組件一起構成空氣流通通道。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：發達國家在高端領域佔主導，國內企業逐步提高研製能力。目前在航空發動機零部件領域美國、英國、德國、日本等發達國家企業位於前列，代表性廠商有美國的精密鑄造公司PCC和Scot Forge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商，我們在前期報告測算其在渦輪葉片市場份額約50%。國內目前航發科技已經具備航空發動機機匣、葉片、鈑金、軸類產品生產技術，2019年實現零部件外貿收入15.2億元，國內航空業務收入17.4億元。中航重機在盤軸和環形鍛件領域佔據主導地位。航亞科技主要生產壓氣機葉片、壓氣機盤、渦輪盤等零部件，2019年營業收入達到2.58億元，其中葉片收入與轉動結構件收入合計達到1.7億元。
（五）整機製造：國際寡頭壟斷，航發動力國內領先
民用領域寡頭壟斷，CFM交付佔比超過50%。在民用領域，根據《CommercialEngines 2019》的數據，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，六家公司佔據航發市場份額超過90%。其中，CFM為GE與賽峰各出資50%成立的合資公司，2018年民用發動機交付量佔比達到全世界交付總量的58%，主要是因為CFM公司生產的LEAP系列發動機為波音737Max唯一指定發動機，佔據了其100%市場份額，同時還佔據空客A320neo 67%的份額。
在軍用市場領域，目前世界上僅有美、英、法、俄、中五國獨立掌握大推力航空發動機的獨立設計製造技術，主要龍頭公司有美國的GE和PW、英國的RR、法國的SNECMA、俄羅斯的聯合發動機製造集團、中國的航發集團，典型的產品包括GE的F119和F135，分別供應美軍的F22、F35等機型。國內整機製造主要由航發動力承擔，其實際控制人為中國航發集團。航發動力是國內最大的大中小型軍民用航空發動機製造公司，實現軍用航空發動機全種類覆蓋。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，承擔著我國軍用發動機的研製工作，其代表性產品渦扇-10目前裝配我國主力戰機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動機市場規模達到998億美元
渦扇發動機是目前應用最為廣泛的發動機種類，且單臺價值量較高，根據航空製造網的數據，渦扇發動機產值在航空發動機總產值中佔比超過90%，渦扇發動機市場規模基本能夠代表未來航空發動機市場的整體趨勢。根據Global Data對於未來10年全球軍用航空發動機市場的預測，以及當前軍用飛機的存量結構和發動機種類情況，我們測算出2020-2029年全球軍用渦扇發動機市場規模將達到998億美元。具體測算步驟如下：
（1）根據Global Data的預測，2020年全球軍用發動機市場規模為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動機市場規模，累加可得2020-2029年全球軍用發動機市場總規模為1446億美元。
（2）軍用發動機中使用渦扇發動機的飛機有戰鬥機和運輸機兩類，根據Global Data數據，戰鬥機發動機佔比60.3%，運輸機佔比17.4%（運輸機中50%使用渦扇發動機），因此渦扇發動機規模佔軍用發動機總規模69%，對應市場空間約為998億美元。
2.民用市場：未來十年全球民用渦扇發動機市場規模達3969億美元。根據波音公司公布的《Commercial Market Outlook 2020-2039》，可以得到未來二十年全球各種類客機的交付量。結合不同種類客機的發動機數量和發動機價格，可以測算出未來十年全球民用渦扇發動機市場規模達 3969 億美元。具體測算步驟如下：
（1）根據波音公司《Commercial Market Outlook 2020-2039》，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量遠少於幹線客機且部分支線飛機採用渦漿發動機，對測算的影響較小，不做考慮。
（2）根據當前國際主流發動機廠商的報價，窄體客機發動機平均目錄價格為1300萬美元，寬體客機發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，因此假設客機均為雙發動機，單通道客機發動機需求量為27140臺，寬體客機發動機需求量為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。在此基礎上進一步測算不同零部件的市場空間。
（1）假設材料佔收入比例按照航發動力航空發動機製造業務毛利率及材料（直接材料+廢品）佔成本比例計算，2019年約為55%（參考航發動力的年報數據），可得各部件材料總成本為2732億美元（不含修理費用）。
（2）考慮售後維修，發動機全生命周期各零部件總空間達到5464億美元。航空發動機是飛機關鍵零部件，安全可靠性要求極高。但由於所處環境惡劣，因此在航空飛機全壽命周期中，相比機體維修、部件修理，發動機維修及更新費用佔比較高。在發動機的全生命周期內，維修費用與購買費用基本持平，購買費用中約55%是發動機材料成本，維修費用中零部件更新與維修服務花費各佔50%。因此，可以近似認為發動機購買時的材料成本與售後維修中的零部件花費相同，也即發動機全生命周期各零部件總空間達到5464億美元。
（3）各部件價值佔比參照當前世界典型渦扇發動機數據將發動機市場空間按照各零部件價值佔比進行拆分，得到各零部件市場空間如下表所示。其中不含維修環節的渦扇發動機材料總成本達到2732億美元，加上維修環節則空間超過5000億美元。
（二）中國市場：未來十年超千億空間，前景廣闊
根據波音公司《Commercial Market Outlook 2020-2039》，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。根據智研究諮詢的預測，2019年-2038年我國戰鬥機需求約為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，軍用發動機市場空間約為481億美元。假設軍用發動機前十年交付量為46%，則我國軍用渦扇發動機市場空間約為221億美元，軍民總空間為1119億美元。
同樣按照典型渦扇發動機各部件價值佔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。如果加上售後維修，則材料總成本達到1230億美元。
（三）萬億空間行業共享，國產替代帶來機遇
世界航發市場含MRO空間近萬億，全球企業共享巨量市場。將世界與中國航空發動機市場份額進行整合，如下表所示。未來十年世界航空發動機總空間為4967億美元，如加上售後維修的零部件和維修服務，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。其中核心機組件佔比最高，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，如果加上維修環節，未來十年全球渦扇發動機葉片市場規模將達到1700億美元，這為全球的葉片生產企業提供了廣闊的發展空間。當前我國零部件企業正逐漸提升技術實力，應流股份、航亞科技等企業已經為國際龍頭廠商提供核心零部件，未來我國航空發動機產業鏈上下遊企業也有望分享巨大的國際市場。
四、競爭格局：金字塔格局穩固，國內市場蓄勢待發
（一）國際市場：寡頭壟斷，四大廠商佔比超九成
市場呈金字塔格局，塔尖企業具有壟斷地位，影響力輻射整條產業鏈。航空發動機由於具有較高的壁壘，少數幾家OEM龍頭佔據了市場的大部分份額，當前國際航空發動機市場已經形成「金字塔」型格局。第一梯隊是GE、PW、RR、CFM、IAE、EA六家OEM整機製造商，憑藉獨立研製發動機整機的實力，幾乎控制了全球大型民用飛機發動機的核心技術研發、總裝集成、銷售及客戶服務等全部市場，同時對產業鏈上的企業均有強大的控制力。
第二梯隊為大部件和系統供應商，具有較完整的航空發動機生產能力，為第一梯隊供應核心機和大部件。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域具有強大的加工製造領域，為第二梯隊供貨，主要產品是控制系統零部件、管路、閥和一些標準件。最底層是原材料供應商，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，具有原材料研發製造能力，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品，合計佔比約90%。在第一梯隊廠商中，GE生產的GEnx-1B/2B發動機裝配波音787和747，PW旗下F119系列裝配美國第四戰機F-22，R&R公司Trent系列廣泛裝配空客和波音客機，CFM生產的Leap系列發動機在民用航空領域應用廣泛，是波音737 Max 唯一指定發動機，也是空客A320neo的主要發動機。根據各公司年報，GE（含合資子公司CFM、EA）近5年銷量均穩定在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，《Commercial Engines 2019》的數據顯示CFM在民用市場佔比超過四成，四家廠商在民用市場份額總和接近90%。
（二）國內市場：航發動力覆蓋軍用譜系，民用市場空白
國內軍用發動機市場：WS-10逐漸上量，W-S18定型列裝，軍用需求起步。目前國內航空發動機主機製造主要由航發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、瀋陽黎明廠等。目前主力產品渦扇-10（太行）列是第三代渦扇發動機，由瀋陽黎明主機廠製造，主要應用於殲-10C、殲-11B、殲-16，技術已經相對成熟。近年原本裝備俄制AL-31F發動機的殲-10C系列戰機也已經開始換裝國產渦扇-10發動機，渦扇-10系列逐漸在第三代戰機中鋪開。同樣由瀋陽黎明廠製造的渦扇-18在今年已經開始列裝，替代原本德制D-30KP-2發動機裝配運-20大型運輸機。
民用發動機缺失，目前CJ1000/CJ2000量產時間較遠。國內民用發動機市場還基本處於空白狀態，國內廠商尚不具有成熟的研製能力。目前CJ1000和CJ2000民用發動機正在研製中，今年CJ1000A已經開始進入地面臺架測試階段，但後續還需要進行空中測試和適航試飛等流程，距離量產還需要一定時間。
航空發動機產業鏈可以分為原材料、零部件、功能系統、整機製造四個主要環節，以及發動機預先研發和售後維修環節。原材料環節主要有高溫合金、鈦合金和複合材料三個細分領域，鋼研高納、撫順特鋼等公司主要生產高溫合金，寶鈦股份和西部超導主要生產鈦合金，中航高科、火炬電子生產複合材料。在零部件環節，航亞科技主要生產壓氣機葉片，應流股份生產高溫合金鑄造葉片，中航重機、鋼研高納等企業生產多種鍛件、鑄件、鈑金件。國內發動機控制系統廠商有航發控制、晨曦航空等，主要製造發動機動力控制系統。在整機製造環節，航發集團旗下上市公司航發動力承擔著我國軍民多種型號主機的製造。
（三）中美軍力對比：保有量及代際結構均落後，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《Word Air Force 2020》，我國解放軍空軍規模目排名世界第三位，位於美國和俄羅斯之後。我國當前共擁有1600餘架戰鬥機，900餘架直升機，軍用飛機總數達到3210架，但與主要西方發達國家相比，我國還具有較大差距。目前美國在各類軍用飛機數量上均明顯高於中國，總保有量約為我國的四倍，除了戰鬥機以外，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機型的放量，以及部分型號的國產替換，我國航空發動機產業鏈有望保持高景氣度。
我國軍機發動機研製起步晚，與發達國家有一定差距。按照西方國家對戰鬥機的分代劃分標準，目前世界範圍內已經投入使用的戰鬥機可以分為四代。美國第三代戰機F-15、F-16所使用的F110發動機於1985年定型，已經有成熟的應用，第四代戰機配套發動機PW-F119和F135於1997年左右定型。而我國發動機自主研製開始較晚，基礎相對薄弱，目前最先進的第四代戰機J-20目前暫時使用WS-10發動機，與美國F110、F135發動機性能有一定差距，配套的WS-15、WS-20發動機仍在研製中，目前已經取得關鍵進展，研製成功後將進一步縮小我國與世界先進水平的差距。
戰機由三代向四代過渡，升級換代需求大：美國目前列裝的戰鬥機以第四代和第三代為主，根據《World Airforce 2020》，美國第四代戰機F-22、F35已經批量生產列裝，目前F-22與F-35系列戰鬥機保有量合計441架，四代戰機數量佔戰鬥機總數10%。而我國目前仍以二代機和三代機為主，四代機J-20列裝數量較少。2018年我國空軍公布的現代化空軍路線圖指出到2020年要基本跨入戰略空軍門檻，構建以四代裝備為骨幹、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列裝數量也將上升，這將為渦扇-10、渦扇-15等航空發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：精密零部件技術先驅，兩機葉片龍頭
始於地方鑄造企業，成長為全球兩機葉片龍頭：美國精密機件公司（PrecisionCastparts Crop，PCC）創立於1968年，總部位於美國。公司在成立之初是一家地方鑄造廠，後來逐漸進入鑄造高溫合金領域，通過自身技術優勢成為GE公司軍民航空發動機鑄件的穩定供應商。在航空製造業立足後，公司擴展業務領域，收購多家業內企業，將公司優勢地位擴展到航空製造業的各個環節，成為航空、能源用鑄件、鍛件、緊固件龍頭企業，2015年PCC營業收入100.5億美元，同比增長4.95%；淨利潤17.45億美元，2016年PCC被伯克希爾·哈撒韋公司（Berkshire Hathaway）以372億美元收購。
熔模鑄造、鍛造、機身結構三個板塊，盈利能力強：公司主要下遊是航空航天領域，在航空發動機零部件領域具有壟斷地位，也為燃氣輪機、汽車、能源、建築、一般工業等行業提供高端零部件。2015年公司在熔模鑄造鑄造領域收入25.36億美元，佔當年總收入的25%，淨利率達到36%，體現出公司較強的盈利能力，也是公司淨利率最高的板塊；鍛造產品收入42.59億美元，是公司收入佔比最高的板塊，淨利率23.70%；機身結構板塊主要產品是緊固件和結構零部件，營收超過25億美元，淨利率超過30%。
與主要發動機廠商建立穩固關係，來自GE收入佔比達13%：航空發動機行業呈現金字塔格局，GE、普惠、羅羅、CFM四大OEM整機製造商位於行業頂端，壟斷了整機市場超過90%份額，同時對下遊供應商有著較強的影響力。PCC與GE、羅羅等龍頭發動機廠商，以及波音、空客等飛機整機製造商建立了穩定的供應關係。2015年來自GE的收入佔PCC總收入達到13%，2013-2015年PCC對GE銷售額穩定在12億美元左右，其中熔模鑄造業務佔比最高，且銷售額不斷提升，2017年GE向PCC採購葉片近10億美元。
（二）通用電氣 GE：國際主機龍頭，譜系覆蓋軍民領域
綜合性動力和設備製造龍頭，三家子公司居主機第一梯隊：通用電氣（GE）成立於1879年，是世界上最大的綜合性動力和設備製造商，業務涉及航空航天、電子工業、運輸工業、能源、醫療與金融服務。公司從1941年開始進入航空發動機製造領域，子公司通用電氣航空（GE Aviation）是全球軍用與民用發動機的主要生產廠商之一。
1974年GE與法國賽峰各出資50%成立CFM國際發動機公司，主要生產民用發動機，1996年GE與另一航空發動機龍頭普惠（PW）各出資50%成立發動機聯盟公司（EA）。GE的三家子公司通用電氣航空、CFM國際和EA均位於世界航空發動機第一梯隊，體現出GE在航空發動機領域的強大影響力。近年GE航空業務收入保持穩定增長，2019年GE航空業務收入達到321.17億美元，同比增長6.38%。
主機譜系廣泛，軍民領域各有旗艦主機：GE軍用發動機代表產品有F100、F118、F404、F414等，2019年共售出軍用發動機831臺，其中F404渦扇發動機應用於F-117、T-50、F/A-18、印度光輝等多國戰機，是世界上應用最廣泛的戰鬥機發動機。在民用領域，GE擁有多款大涵道比渦扇發動機，例如CF6、CFM56、GEnx、GE90、Leap系列等，其中CFM56系列發動機是歷史上銷量最高的發動機，CFM56-5A/B曾為空客A318、A319等多個型號民航飛機提供動力，Leap系列是目前波音737 Max 唯一指定發動機，也是空客A320neo的主要發動機。根據GE年報的披露，2019年Leap發動機共售出1736臺，是GE銷量最高的發動機。此外GE還生產T408、T700等渦軸發動機，應用於CH-53K、AH-64等型號飛機。
六、重點公司分析（略）
（一）應流股份：渦輪葉片民營龍頭，兌現產業鏈升級藍圖
（二）航亞科技：壓氣機葉片龍頭，批量供應頭部客戶
（三）派克新材：環鍛件龍頭，航空航天業務快速成長
（四）航發動力：全系列發動機龍頭，聚焦主業
（五）圖南股份：深耕高溫合金，切入軍品市場
……
（報告觀點屬於原作者，僅供參考。報告來源：廣發證券）
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