報告摘要
■航空發動機:飛機的心臟,國家安全的戰略保障
航空發動機行業的發展水平是一個國家工業基礎、科技水平和綜合國力的集中體現,也是國家安全和大國地位的重要戰略保障。航空發動機具有研製周期長,技術難度大,耗費資金多等特點,當今世界能夠獨立研製航空發動機並形成產業規模的也僅僅只有中、美、俄、英、法等五國,其中軍用航空發動機被美、俄、英主導。
■中國軍用航空發動機:測仿起步實現自研,自主可控是大勢所趨
我國航空發動機經歷了「維護使用-測繪仿製-型號研製-開展預研」的反過程,當前已建立起了相對完整的發動機研製生產體系,具備了渦噴、渦扇、渦軸、渦槳等類發動機的系列研製生產能力,國產發動機已裝配殲擊機、運輸機、轟炸機等多種機型。當前我國軍機發動機國產化比例已大大提高,但新型號發動機,尤其是四代發動機用的小涵道比渦扇發動機和大型運輸機、轟炸機用的大涵道比渦扇發動機,技術較為落後,存在明顯短板。隨著軍機換裝列裝提速,再疊加發動機國產化比例不斷提高,我國軍用發動機行業將迎來快速發展時期。
■航發集團成立帶動產業發展,「兩機」專項帶來政策紅利
航發集團成立,飛發分離體系正式確立,航空發動機國產化高度可期;兩機專項的推出必定會給兩機行業帶來巨大的政策紅利,將從根本上解決長期困擾我國航空發動機與燃氣輪機產業的投入不足問題,在政策和資金的有利支持下,將推動我國航空發動機與燃氣輪機技術趕超世界先進水平,實現歷史性飛躍,我國航空發動機和燃氣輪機產業將加速發展,並有望在未來打破巨頭壟斷進入國際市場。
■我國軍用航空發動機市場:未來十年年均50.9億美元
全球軍用航空飛機發動機市場將從2017年的145.5億美元增加到241.5億美元;預計未來十年,我國軍用發動機平均每年購置經費311億,維修費156億,合計467億;按各部分拆分費用,平均每年葉片179億、零部件202億、動力控制系統55億。
■投資建議:我們認為,航空發動機具有極其重要的戰略地位,國產化勢在必行,當前軍用航空發動機投資主要圍繞兩條主線:
①具有壟斷地位的國家隊主機廠:我國軍用航空發動機生產由航發集團主導,當前量產的發動機型號較少,新型號一旦定型量產,具備壟斷地位和稀缺性的主機廠將顯著受益;
②材料、葉片等領域尋求突破的民營企業:近年來許多民營企業投身於航空發動機產業,關鍵技術一旦突破,將極大促進行業發展,同時也為自身打開巨大的發展空間。
■相關上市公司:航發動力、航發控制、航發科技、鍊石航空、火炬電子、應流股份、海特高新
■風險提示:宏觀經濟表現低迷,軍工行業也很難獨善其身;相關支持資金未按時按量下撥;軍工集團發展戰略調整、上市公司定位發生變化;技術與產品研製進程的不確定性。
內容目錄
報告正文
一、航空發動機:飛機心臟,工業之花
航空發動機是飛機的心臟,被譽為現代工業「皇冠上的明珠」和「工業之花」。航空發動機不僅是飛機的動力,也是航空技術發展的動力,人類在航空領域的每一次重大突破,無不與航空動力技術的進步相關;飛機的需求和發展又促使發動機向更高水平邁進,二者相得益彰。航空發動機行業的發展水平是一個國家工業基礎、科技水平和綜合國力的集中體現,也是國家安全和大國地位的重要戰略保障。作為一種典型技術密集型產品,航空發動機需要在高溫、高壓、高轉速和高負載的特殊環境中長期反覆工作,其對設計、加工及製造能力都有極高要求,因此具有研製周期長,技術難度大,耗費資金多等特點。目前雖然許多國家都可以自主研製生產飛機,但具備獨立研製航空發動機能力並形成產業規模的國家卻只有美、俄、英、法、中等少數幾個。
我國商用大飛機起步較晚,民用航空動力發展更為滯後,中短期內缺乏投資機會;而軍用航空發動機正處在快速自主化進程中,故本文側重於研究和分析軍用航空發動機。
1. 航空發動機分類
自1903年問世至今一百多年以來,航空發動機經歷了兩個主要發展時期,1903年至1945年為活塞式發動機統治時期,1945年至今是噴氣式發動機時代。在噴氣式發動機時代,航空上廣泛應用的是有壓氣機空氣噴氣式發動機。在壓氣機空氣噴氣式發動機中,壓氣機是用燃燒室後的燃氣渦輪來驅動,因此這類發動機又稱為燃氣渦輪發動機。按燃氣發生器出口燃氣可用能量利用方式的不同,燃氣渦輪發動機分為渦輪噴氣、渦輪風扇、渦輪螺旋槳、渦輪軸和螺旋槳風扇發動機。
2. 航空發動機發展歷程
2.1. 活塞式發動機:低速、通用飛機仍在應用
活塞式航空發動機是一種往復式內燃機,通過帶動螺旋槳高速轉動而產生推力。為滿足功率要求,活塞發動機一般由多氣缸組合構成,多個缸體同時工作帶動曲軸和螺旋槳轉動以產生足夠動力。1903-1945年,活塞式發動機作為飛機的動力裝置,佔據了統治地位。在兩次世界大戰的需求牽引下,活塞發動機不斷改進完善,得到迅速發展,達到其技術的頂峰。戰後隨著渦輪噴氣、渦輪螺槳和渦輪風扇發動機的發展,活塞發動機逐漸退出了大中型飛機領域,其被取代的主要原因:①飛行速度限制,活塞發動機外形阻力大,螺旋槳高速旋轉時效率低;②工作原理限制,活塞式發動機中進氣、加壓、燃燒和排氣四個工作階段是通過活塞在一個氣缸的往復運動分時依次進行的,每個汽缸能發出的功率受到工質溫度的限制,隨著功率增大,活塞發動機汽缸數增多,重量急劇增加,功重比嚴重降低。
但由於活塞發動機具有效率高、耗油率低和價格低廉等優點,在功率需求小於200千瓦的小型低速通用飛機上仍有一定優勢。在小型公務機、農業飛機、支線和一些小型多用途運輸機(森林滅火、搜索、救援和巡邏等),活塞發動機仍被廣泛地採用。
2.2. 渦噴發動機:已逐步被渦扇發動機取代
渦噴發動機一般由進氣裝置、壓氣機、燃燒室、渦輪以及噴管等部件組成,其中壓氣機、燃燒室、渦輪組成了發動機的核心機。渦噴發動機的主要流程都是在核心機中完成,包括空氣的壓縮、燃燒、渦輪做功等。空氣經進氣道進入發動機後,首先經過壓氣機,加壓後進入燃燒室,與燃料摻混,點火燃燒,形成高溫氣體,高溫氣體膨脹驅動渦輪工作,經過渦輪後的燃氣通過噴管排出而產生推力。現代戰鬥機需要短時間增加推力時,就在渦輪後再加上一個加力燃燒室噴入燃油,讓未充分燃燒的燃氣與噴入的燃油混合再次燃燒,可使發動機的推力增加至1.5倍左右。
渦噴發動機的發展經過20世紀40~50年代馬赫數1一級的第一代單軸發動機,50~60年代的馬赫數2~3一級的第二代雙軸加力式渦噴發動機,到70年代初用於「協和」超聲速客機的Olympus 593渦噴發動機,從此再沒有重要的渦噴發動機問世。雖然渦噴發動機使航空飛行進入了超聲速時代,但渦噴發動機產生推力時會高速噴出燃氣,高速高溫燃氣噴出發動機後直接散溢造成巨大的能量損失,因此渦噴發動機的經濟性差、油耗高。目前除了尚未退役的部分二代戰鬥機用渦噴發動機外,大多數已被渦輪風扇發動機所取代,當前小型渦噴發動機主要應用於中高空無人機、靶機和彈道飛彈領域。
2.3. 渦扇發動機:軍民用飛機主要動力
渦扇發動機由渦輪噴氣發動機發展而成,在核心機基礎增加了風扇和低壓渦輪。風扇轉動壓縮空氣,經壓縮的空氣分為兩股。外股氣流平行流動,經噴管直接排出,產生推力;內股氣流與普通噴氣發動機一樣,經過壓氣機、燃燒室和渦輪之後由噴管排出。外股與內股氣流的流量之比稱涵道比或者流量比。在核心機相同的條件下,由於渦輪風扇發動機總空氣流量大,排氣速度低,所以與渦輪噴氣發動機相比,推力大、推進效率高、耗油率低。
渦扇發動機首先用於民用飛機,隨後擴展到軍用飛機。20世紀60年代出現風扇化熱潮,70~80年代以後渦扇發動機高速發展,開始取代渦噴發動機成為軍民用飛機的主要動力,分別向小涵道比的軍用加力發動機和大涵道比的軍民共用發動機兩個方向發展。
(1)小涵道比渦扇發動機,戰鬥機用
小涵道比加力渦扇發動機兼具亞音速巡航低油耗和超音速機動性的特點,適合作為戰鬥機動力。戰鬥機用渦扇發動機涵道比為0.3-1.0,以推重比為主要發展指標。根據戰鬥機的性能,現役及在研的戰鬥機的代數可以分為五代,與之對應的航空發動機也被劃分為五代。當前,發達國家裝備主戰機種是第三代戰鬥機,未來將逐步過渡到四代戰機。戰鬥機的發動機市場主要由PW、GE、土星、SNECMA以及歐洲噴氣動力公司瓜分。
(2)大涵道比渦扇發動機,軍民用運輸機、商用大飛機用
大涵道比發動機具有耗油率低、噪聲小的特點,通常廣泛用於大型民用客機、軍民用運輸機,例如C-5銀河運輸機、波音747客機。大涵道比渦扇發動機採用「三高」循環參數設計:高涵道比、高總增壓比和高渦輪前溫度。按照發動機所採用的循環參數與設計技術,大涵道比渦扇發動機的大致可分為四代。當前,第三代大涵道比渦扇發動機是民用客機、軍民用運輸機主力,四代發動機正在進入市場。
目前,在國際市場上,大型飛機發動機的研製主要依賴GE、PW和R&R三大公司,各公司發動機系列化發展,已成壟斷格局,推力範圍覆蓋了100~500KN。而俄羅斯研製的大涵道比渦扇發動機主要配裝本國生產的大型飛機。
2.4. 渦槳發動機:應用於中小型運輸機和通用飛機
渦槳發動機的驅動原理與活塞式發動機基本相同,是以螺旋槳旋轉時所產生的力量來作為飛機前進的推進力,結合了渦噴功率大和螺旋槳推進效率高的優點。在第二次世界大戰中,英國首先研製成功渦輪螺旋槳發動機,美、法、蘇等國也都積極發展了這項技術。因為它耗油率低、經濟性好、起飛推力大,曾得到較為充分的發展。目前在中小型運輸機和通用飛機上仍有廣泛用途,但由於速度、功率受限制,在大型遠程運輸機上,已被渦扇發動機所取代。
渦槳發動機市場主要由PWC(普惠加拿大公司)、GE、Honeywell和R&R四家公司分享,而隨著空客公司的A400M大型軍用運輸機開始交付,為其提供動力(TP400-D6大型渦槳發動機)的歐槳國際(EPI)的市場佔有率將在未來將獲得明顯提升。
2.5. 渦軸發動機:直升機唯一動力
渦軸發動機是直升機最主要的動力,其工作原理與渦槳發動機類似,燃氣流經驅動壓氣機的渦輪後,再流經一個驅動減速器的自由渦輪,最後從尾噴管中噴出,減速器的輸出軸與傳動直升機旋翼的主減速器相連,驅動旋翼的旋轉。渦軸發動機具有功重比高、油耗低等特點。渦軸發動機經過不斷改進改型和更新換代,已成功研製到第四代並開始陸續投入使用。目前,直升機市場上普遍採用的是第三代渦軸發動機,僅少數直升機採用第四代渦軸發動機。
同運輸機用渦扇發動機一樣,直升機用渦軸發動機也有明顯的軍民共用的特點。渦軸發動機市場主要由GE、R&R、Turbomeca(透博梅卡)、PWC(普惠加拿大)和Klimov(克裡莫夫)五家公司瓜分。
2.6. 槳扇發動機:目前僅有一款成功機型
槳扇發動機既可看作帶先進高速螺旋槳的渦輪螺旋槳發動機,又可看作除去外涵道的超高涵道比渦輪風扇發動機,結合了渦輪螺旋槳發動機耗油率低和渦輪風扇發動機飛行速度高的優點,其有效涵道比為15~20。槳扇發動機克服了一般螺旋槳在飛行馬赫數到達0.65後效率就急劇下降的缺點,而使推進效率較高的優越性保持到飛行馬赫數0.8左右。但由於槳扇發動機噪聲、振動及減速器性能差,特別是沒有外涵機匣,使用安全性沒有保證等問題未能得到很好的解決,槳扇發動機尚未被廣泛採用,唯一投入生產的槳扇發動機是用於安-70運輸機的D-27發動機。
3. 航空發動機產業特點
3.1. 基於核心機衍生發展
航空發動機的研製流程可分為預先研究、工程研製和使用發展三大階段。
(1)預先研究階段:為發展新型發動機提供技術儲備,縮短研製周期,降低研製風險,不斷提高技術水平,同時,為改進現役發動機性能、可靠性提供實用的技術成果。
(2)工程研製階段:根據主要作戰使用性能指標,研製滿足裝備使用要求的發動機產品。工程研製階段結束後,將最終給出是否可以大批量裝備使用的結論。
(3)使用發展階段:是發動機全壽命科研工作的重要組成部分,發動機裝備使用後應不斷解決使用中暴露的技術質量問題,提高可靠性,並根據裝備發展需求和新技術研究成果進行改進改型發展。
據《跨世紀航空發動機預研技術的發展》,國外航空發動機研發經費佔航空科研總經費的35%,其中型號(包括型號研發、技術基礎、預先發展和後續工程發展)與預研費各佔科研費50%;而我國預研經費佔航空發動機研發經費比重相對偏低,根據《中國航空工業技術政策》,我國航空發動機研發經費中預研只佔25%左右。
航空發動機預研階段主要展開核心機的研製,在新型發動機研製中具有十分重要的意義。核心機從物理概念講,是在燃氣渦輪發動機中由壓氣機、燃燒室和驅動壓氣機的渦輪組成的核心部分,它不斷輸出具有一定可用能量的燃氣,因此又稱為燃氣發生器。核心機的研製是發展各種型號發動機的基礎,可以增加幾型發動機的通用零件數、改善互換性,大大緩減發動機研製周期長於飛機研製的矛盾,降低成本和提高可靠性。
(1)核心機系列化派生發展
國外的實踐經驗證明,走核心機及其派生發動機的發展道路,同時發展幾型核心機,通過匹配不同的低壓系統,形成一定範圍的推力覆蓋。GE公司在同一核心機的基礎上,發展出轟炸機用的F101、F16戰鬥機用的F110和民用的CFM56系列發動機。前蘇聯的伊伏琴柯設計局於20世紀60年代中期,為了研製大推力、三轉子高涵道比渦扇發動機,先進行了小尺寸的技術驗證發動機D-36的研製工作,在D-36的核心機的基礎上發展了D-18T三轉子高涵道比渦扇發動機,D-136渦軸發動機,D-236槳扇發動機、D-336地面用燃氣輪機以及D-436高涵道比渦輪風扇發動機、D-436T民用發動機。
(2)世界航空發動機預研體系
西方發達國家積極推進和實施各種研究計劃。美國空軍航空推進實驗室於1959年向國防部提出燃氣發生器計劃。1965年該計劃正式命名為「先進渦輪發動機燃氣發生器計劃」(ATEGG),開啟了「核心機衍生發展」之路,ATEGG計劃自啟動以來已經發展了9代核心機。同時展開的聯合技術驗證發動機(JTDE)計劃將ATEGG計劃獲得的核心機與其它先進低壓部件組合成技術驗證發動機,在真實的發動機環境中評估核心機和低壓部件技術。20世紀80年代到本世紀初,美國相繼提出IHPTET(綜合高性能渦輪發動機計劃,1987~2005,原來的ATEGG、JTDE被併入該計劃)、VAATE(先進渦輪發動機計劃,2003~2017)等預研項目,分別投入50億和42億美元。以英國為主的西歐也有與美國IHPTET計劃相類似的計劃——軍用發動機先進技術綜合驗證計劃ACME(Advanced Core Military Engine)和英法合作軍用發動機技術計劃AMET(Advanced Military Engine Technology);俄羅斯雖然經濟條件有限,但其技術的發展仍可與美、英、法等國相匹敵。
與發達國家相比,我國航空發動機發展走的是一條「維護使用-測繪仿製-型號研製-開展預研」的反過程。發動機預研開始於20世紀80年代,而那時國外已經形成成熟預研體系,但此後進行的系列預研項目使我國高性能航空發動機走上「技術預研-核心機-試驗驗證」的高速公路。原國防科工委還組織制定了以核心機為基礎的《航空發動機發展系列》,並將航空發動機核心機技術列為關鍵技術。
3.2. 高溫高壓高轉速,考驗現代工業技術極限
發動機雖然是飛行器的一個分系統,但其涉及的學科和技術領域之多幾乎與整個飛行器相同,而且有些要求還更高。航空發動機是知識密集、多學科集成的高科技複雜熱力機械,需要在高溫、高速、高負荷的苛刻條件下反覆工作,且技術性能、耐久性、可靠性及經濟性要求日益提高。航空發動機製造涉及氣動、熱力、控制、材料、強度、製造等諸多學科和技術領域,是最為複雜的工程技術之一。
現代航空發動機主機內的溫度達到1800~1950K,壓強達到50個大氣壓,轉速達到50000/min,這些都對發動機葉片、軸承的材料提出了嚴峻挑戰。航空發動機部件之間的相互幹擾大,上下遊部件的流場和溫度場的相互幹擾影響了發動機工作穩定性,也增加了發動機的研製難度。航空發動機的超高研發、製造難度,集中考驗了一國工業技術所能達到的極限。
3.3. 高投入長周期,伴隨巨大經營風險
發動機的型號發展往往需要大量投入,一般新研渦扇發動機需要20億美元左右,而且市場競爭激烈,發動機研製進度的拖延可能造成嚴重經濟損失,如GE公司的F120在競爭中失利;R&R公司在RB211研製中採用當時尚不很成熟空心風扇葉片而導致公司破產等。
3.4. 壁壘門檻高,經濟回報高
如美國《國家關鍵技術計劃》所描述:這是一個技術精深得使新手難以進入的領域,它需要國家充分保護並利用該領域的成果,需要長期數據和經驗的積累以及國家大量的投資。航空發動機產業因為技術極其高端,處於寡頭壟斷的環境中,一款成熟產品能夠銷售30~50年,面臨的競爭威脅很小,製造商可以安心享受技術和產業鏈升級帶來的好處,幾乎不必擔心競爭和市場回報問題。據日本通產省統計,按照產品單位重量創造的價值來計算,如果船舶為1、則汽車為9、電視機為50、電子計算機為300、大型飛機為800、航空發動機為1400。
3.5. 軍民通用性強
大涵道比渦扇發動機的軍民結合主要表現為軍用運輸機和大型客機發動機的相互借鑑和選用。早期的大涵道比渦扇發動機(如JT9D、CF6等)均源自美國空軍的戰略運輸機計劃。而隨著民用航空的發展,大型軍用運輸機都不再專門研製發動機,而是直接選擇成熟的民用發動機,在不經修改或稍作修改的情況下,便可用於裝備加油機、運輸機、預警機和其他大型軍用飛機。如美國空軍的C-17大型運輸機配裝的F117-PW-100發動機對應的民用型號就是用于波音757的PW2037發動機;美國空軍的C-5「銀河」運輸機換發計劃所採用的CF6-80C2發動機,亦是波音767、空客A300等民用客機的動力裝置。
渦軸、渦槳發動機的軍、民用界限則更為模糊,選裝渦槳或渦軸發動機的軍、民用飛機的飛行包線差別並不大,發動機的安裝條件也沒有實質性區別。配裝渦槳發動機的運輸機、初/中級教練機等機種都可以軍民兩用,除了專門的武裝直升機外,絕大部分直升機也都是軍民通用的。例如,普惠加拿大公司的PT6系列渦槳/渦軸發動機,累計產量已經超過4.4萬臺,其配裝對象既有比奇1900、肖特330、EMB-312等支線飛機,也有貝爾212、貝爾412、S-58T、S-76B、H-76N等軍、民用直升機,已經很難嚴格區分其軍、民屬性了。
二、產業格局:美俄英寡頭壟斷,中國從測仿到自研
1. 航空發動機產業格局
1.1. 全球寡頭壟斷
航空發動機是戰鬥機等軍機的核心組成系統,屬於一個國家的戰略裝備,因此擁有一流技術的發達國家對其他國家實行嚴格的技術封鎖。同時由於發達國家的經濟實力較強、起步較早,有能力持續投入巨額的研發資金以維護自身的領先地位。據《裝備工業研究》統計,美國、英國和法國的航空發動機產業研究經費分別佔其國內生產總值的0.05%,0.08%和0.06%。這也促成了航空發動機產業行業形成了金字塔形的發展格局:
①第一梯隊,美國的GE和PW公司、英國的R&R公司、CFM國際公司(SNECMA與GE的合資公司)、國際航空發動機公司(IAE、R&R與PW的合資公司)以及EA公司(GE與PW的合資公司)由於其出色的航空發動機整機研製、總裝集成、銷售及客戶服務能力位於金字塔的頂層;
②第二梯隊,俄羅斯的土星公司和禮炮公司、法國的SNECMA、美國的Honeywell、德國的MTU以及義大利的AVIO公司本身也具有較完整的航空發動機整機研製能力,並在各自的技術領域具有很強實力,但由於缺乏民品或者中大型航空發動機,主要為塔尖位置公司提供大部件及核心機;
③第三梯隊,具有強大的航空發動機零部件加工製造能力,包括日本的三菱重工、川崎重工、石川島播磨重工和韓國的三星科技公司等。
1.2. 軍民協調發展
世界大型航空發動機企業也非常重視軍民航空發動機的協調發展。一個企業如果單純依靠軍用航空發動機很難長期生存,必須輔以民機和燃機的高額利潤來維持運轉。世界發動機產業格局早期以軍機為主,軍民用航空發動機的銷售額比約為4:1。這種情況當前已出現了根本性的轉變,2017年,GE軍民用航空發動機的銷售額比約為1: 5.2,R&R為1: 3.5。
1.3. 主承包商-供應商發展模式
在打造行業巨頭的同時,航空發動機行業逐步形成了主承包商-供應商發展模式。 以R&R公司為例,至少從2004年開始,就只生產其最終產品所有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。R&R公司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進行生產;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. 軍用航空發動機市場寡頭壟斷,美俄佔比超八成
2.1. 軍用航空發動機:美俄英佔九成
當今世界能夠獨立研製航空發動機並形成產業規模的也僅僅有中美俄英法等國家,軍用航空發動機被美俄英主導。我國由於航空發動機研製起步較晚,目前軍用航空發動機進展較民用航空發動機更快,但仍落後於美英法等國家,而俄羅斯航空工業發展長期以軍用為主,民用航空發展失衡,故在民用航空發動機方面也相對落後。
根據2017年《WORLD AIR FORCE》統計,對全球裝備數量前十的戰鬥機、運輸機和直升機進行統計:
①按產地分,美、俄、英三國分別佔比為55%、27%、9%,合計91%;
②戰鬥機裝備數量前三發動機廠商為GE、ODK、PW、,佔比分別為42%、34%、14%;
③運輸機裝備數量前三發動機廠商為R&R、PW、ODK,佔比分別為39%、37%、21%;
④直升機裝備數量前三發動機廠商為GE、阿維科·萊卡明、ODK,佔比分別為50%、17%、11%;
⑤三種機型合計,裝備數量前三發動機廠商為GE、ODK、PW,佔比分別為35%、27%、16%。
2.2. 美國:以引進起家,通過」調控」式競爭推動發展
美國是公認的當今航空發動機技術最為先進的國家,但美國的航空發動機也是以引進英國發動機技術起家的。美國通過政府主導的」調控」式競爭推動航空技術進步,從1984年到1989年,美國空軍每年都要將F-16發動機的訂單在普惠和通用之間進行分配,每年的份額都有所不同,這導致兩家公司每年的激烈競爭。但如果把6年間的總份額累計來看,兩家公司基本上是平分秋色。作為競爭的統籌規劃者,美國軍方在研發和採購過程中並未由於競爭的存在而節約多少資金,但通過對競爭的有效統籌,美國空軍從更優秀的廠商那裡獲得了性能更優、更為可靠且維護性更好的噴氣發動機。從上世紀八十年代至今,美國憑藉其在發動機遙遙領先的技術和地位,成為全球航空大國和軍事大國。
2.3. 俄羅斯:整合重組發動機企業形成競爭力
俄羅斯前蘇聯航空發動機產業也以仿製起步,二戰後與歐美強國處於同一水平。前蘇聯鼎盛時期建立了強大的航空工業體系,形成了「設計單位百花齊放,生產單位三強並立」的格局。隨著蘇聯的解體,由於缺乏資金,許多在研和預研項目被取消,一批國有航空發動機設計局和批量廠被民營資本和海外資本收購。這直接導致俄羅斯民用航空發動機產品幾乎完全退出國際市場。為了扭轉這一現狀,一向以鐵腕著稱的普京總統上臺後,對國內的航空發動機產業進行了鐵腕改革。
從2007年開始進行了3個階段的航空發動機行業改革與重組:
①2007年整合國內航空發動機行業的資源,成立4個控股公司:「禮炮航空發動機聯合體」、 「留裡卡-土星航空發動機聯合體」、克裡莫夫股份公司、薩馬拉航空發動機製造中心;
②2008年,把4個控股公司整合成立聯合發動機製造集團控股公司(ODK),ODK整合了俄羅斯發動機行業85%以上的資產,已經成為俄羅斯航空發動機的領軍企業;
③2013年,將ODK旗下多家企業進行專業化整合,根據不同的產品線,成立了4個發動機部,分別是軍機發動機部、民用飛機發動機部、直升機發動機部和燃氣輪機部。
值得一提的是,在對發動機產業整合過程中,俄羅斯開始吸納社會資本參與航空發動機產業的發展。
3. 國產軍用航空發動機的自主之路
3.1. 國產軍用航空發動機發展歷程
我國航空發動機的研製是在新中國成立後一片空白的基礎上發展起來的,從最初的修理、仿製、改進改型到今天可以獨立設計製造高性能航空發動機,走過了一條十分艱辛的發展道路。
(1)仿製和改進
上世紀50年代,中國航空發動機工業從零起步,走過了一條充滿荊棘的道路。1956年,中國第一臺渦噴-5發動機根據蘇聯BK-1φ發動機的技術資料在瀋陽仿製成功,此後很長一段時間,中國航空發動機都以仿製和改進為主,例如渦噴-6、渦噴7和渦噴8。
(2)部分自主設計
進入上世紀70年代,我國開始對航空發動機進行了部分的自主設計,如基於渦噴-7研製的渦噴-13系列發動機和基於英國斯貝MK202的渦扇-9系列發動機。其中,渦噴-13於1985年開始裝機試飛,滿足了殲-8Ⅱ飛機研製進度的要求。
(3)擁有自主智慧財產權
直至2002年,國產渦噴-14」崑崙」發動機定型,中國才首次走完了自行研製的全過程,也一躍成為繼美、俄、英、法之後的第五個航空發動機生產國。2005年12月,渦扇-10也就是俗稱的」太行」發動機研發成功,成為我國首個具有自主智慧財產權的高性能大推力渦扇發動機。
經過60多年的發展,我國已建立了相對完整的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。國產發動機主要裝配在殲擊機、強擊機、轟炸機、殲擊轟炸機等主戰飛機上,只有少量三代戰機裝的是進口發動機。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。直升機方面,隨著直-9、直-8、直-10等整體技術的成熟,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,為我國快速擴大的國產直升機群提供了可靠的動力來源。
3.2. 航發集團:軍用航空發動機製造國家隊
2016年8月28日,中國航空發動機集團公司成立大會在京舉行。作為中央管理的國有特大型企業,中國航發註冊資本人民幣500億元,是實施航空發動機專項的責任主體,由國務院、北京市人民政府、中國航空工業集團公司、中國商用飛機有限責任公司共同出資組建,是國有控股的集團公司。
航發集團的成立,將研製周期長於一般機體的發動機獨立於整機製造之外,使之不受制於整體飛機製造的限制,從而具備了更大的靈活性。航發集團的成立標誌著我國航空發動機產業將形成全新格局,對我國航空工業未來發展具有重要意義。航發集團將建立「小核心、大協作、專業化、開放式」的研發生產體系,真正走出一條從基礎研究到關鍵技術突破,到戰略性航空發動機產品研製的自主創新研製的發展道路,同時也帶動我國科學技術和工業技術水平的提升。
3.3. 民營企業:積極投身航空發動機領域,以零部件配套為主
航空發動機高投入、長周期,經營風險大,對一般民營企業構成較高的壁壘和門檻。近幾年來,隨著國家「兩機」專項的實施,軍民融合政策的深入推進,再加上資本市場助力,我國發動機逐步形成「小核心、大協作、專業化、開放式」的模式,民營企業逐步成為一支不可忽視的力量。
當前民營企業主要從零部件切入航空發動機領域,且多為同國際巨頭合作,許多企業利用靈活的機制,引進國際知名專家隊伍,定製國際先進的專業化設備,在高溫合金材料製備、精密鑄造、葉片機加等方面承擔了多項航空發動機和燃氣輪機科研生產任務。雖然目前尚沒有可以獨立製造發動機整機的民企,但未來可能性依然存在。
3.4. 中國航空發動機與燃氣輪機兩機專項
過去,我國對於航空發動機研製工作的艱巨性、長期性和高投入認識不足,與發達國家在這兩方面資金投入上差距巨大。為支持第四代發動機的研製和開展推重比 15~20 一級的先進軍用發動機關鍵技術研究,美國的 IHPTET 計劃在1988~2003 年的15 年中總計投資 50億美元。而我國1980~2000 年實施的兩項高性能發動機預研計劃,20年的總投入只有美國一年經費的幾分之一,專項資金匱乏是制約我國航空發動機發展的重要因素。
在這一背景下,從2011年開始,國家對航空發動機與燃氣輪機啟動調研與論證,突破瓶頸後逐漸被提上日程。2017年3月,航空發動機與燃氣輪機兩機專項啟動,在兩機專項資金與政策的支持下,航空發動機體系將有能力自主籌備研發方案,大規模開展預研項目,切實做到「動力先行」,將有望縮小我們與歐美國家的差距。我們預計「航空發動機與燃氣輪機」國家科技重大專項的直接投入在1000億元量級,加上帶動的地方、企業和社會其他投入,專項投入總金額約3000億元。
兩機專項的推出必定會給兩機行業帶來巨大的政策紅利,將從根本上解決長期困擾我國航空發動機與燃氣輪機產業的投入不足問題,在政策和資金的有利支持下,將推動我國航空發動機與燃氣輪機技術趕超世界先進水平,實現歷史性飛躍。我國航空發動機和燃氣輪機產業將加速發展,並有望在未來打破巨頭壟斷進入國際市場。
三、軍用航空發動機產業鏈
航空發動機產業鏈包括研發設計、原材料製備、零部件製造、分系統製造、整機裝配、整機試驗和維修保障等環節;我國目前已基本建立了完整的航空發動機研製和生產體系。
1. 整機
軍用發動機研製以航發集團主導,自研太行發動機已量產。軍用發動機方面,太行發動機目前主要用於裝備中國第三代戰鬥機,其性能指標與美軍F-16戰機F110發動機相當,這意味著未來太行發動機有可能逐步取代俄制AL-31F,裝備殲-10、殲-11、殲-15、蘇-27等戰機。當前渦扇-10處於量產過程,且質量穩定性提升,適合我國四代、五代機的渦扇-15發動機仍在研製過程中,但距離正式配裝還較為遙遠。我國短期內很難擺脫依賴進口發動機局面,國產發動機競爭力不足的現象將長時間存在。
近年國家持續推進軍民融合項目開展,鼓勵民企參與軍工產品競爭,開始引入市場競爭機制,軍工產品生產逐步與市場接軌。客戶對軍工產品及服務質量提出了更高的要求,這進一步加劇了國內軍工企業與有實力、有資質民企間的競爭。雖然目前尚沒有可以獨立製造發動機整機的民企,但未來可能性依然存在。同時我國也在海外積極尋求併購機會,如中航國際於2011年收購美國大陸航空活塞發動機公司。
商用航空發動機方面,商發成立,尚不具備自主研製能力,目前主要承接外國公司轉包業務。商發公司於2009年成立,目標是提供商用大涵道比渦扇發動機系列產品及相應服務,商發總經理馮錦璋2017年8月透漏,「長江1000(CJ-1000A)」發動機將近期完成總裝下線,裝配C929的「長江2000(CJ-2000)」發動機也正在進行大部件、大單元體的試製和試驗。我國民用發動機起步晚,發展道路也將更加漫長。
2. 原材料
根據Global Commercial Aero Turbofan Engine Market數據,鎳合金、鈦合金和特鋼是航空發動機的主要材料,分別佔比40%,30%及25%。陶瓷基複合材料等新興材料,因其優良屬性而在未來有著巨大的應用空間。
2.1. 高溫合金:先進發動機的基石
高溫合金一般是指以鐵、鎳、鈷為基體元素,能在應力及高溫(600℃以上)同時作用下,依然具備良好工作性能的金屬材料。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的最為關鍵的結構材料。軍用航空發動機通常可以用其推重比來綜合地評定發動機的水平。提高推重比最直接和最有效的技術措施是提高渦輪前的燃氣溫度,因此高溫合金材料的性能和選擇是決定航空發動機性能的關鍵因素。隨著航空裝備的不斷升級,對航空發動機推重比的要求不斷提高,發動機對高性能高溫合金材料的依賴越來越大。
高溫合金主要用於發動機四大熱端部件:燃燒室、導向器、渦輪葉片和渦輪盤,此外,還用於機匣、環件、加力燃燒室和尾噴口等部件。
高溫合金行業需要依託強大的生產和研發技術方能保障企業的正常運行,同時該行業無論軍品和民品均涉及到產品認證問題,特別是軍品的認證,周期長,審核嚴,可以說為該行業構築了天然的進入壁壘,國內外能夠形成較為完善產業鏈的國家也僅有美國、英國、德國、法國、俄羅斯和日本等少數國家,從事高溫合金的企業全球範圍內也僅有50家左右。
美國在高溫合金研發以及應用方面一直處於世界領先地位,年產量約為50000噸,其中近50%用於民用工業。歐盟國家中英、德、法是世界上主要的高溫合金生產和研發代表,英國是世界上最早研究和開發高溫合金的國家之一。日本則在鎳基單晶高溫合金、鎳基超塑性高溫合金和氧化物晶粒彌散強化高溫合金領域取得較大的突破,近年來,日本一直致力於研發新型的耐高溫合金,並成功開發出了在1200℃高溫下依然能保持足夠強度的新合金。
經過50多年發展,我國已經形成了比較先進,具有一定規模的生產基地。國內廠商主要包括鋼研高納、撫順特鋼、齊齊哈爾特鋼、寶鋼特鋼、長城特鋼、中科三耐、圖南股份、鍊石航空、應流股份和萬澤股份等企業,這些大型鋼企擁有大噸位冶煉設備以及變形加工能力,主要生產在航空航天領域用量最大的變形高溫合金,因此在大批量生產高溫合金母合金、板、棒、鍛材上有很大的優勢。
2.2. 鈦合金:低密度、高強度
鈦合金是以鈦為基體加入其他元素組成的合金,根據所摻雜的元素(鋁、鉬、釩、鋯等金屬)不同,鈦合金可以擁有不同的特性。由於鈦合金具備優良的力學性質和化學性質,可以滿足先進飛機發動機高可靠性和長壽命的要求,同時能在500℃高溫下長期工作,在發動機的中等溫度部位(如壓氣機)可取代高溫合金和不鏽鋼,主要應用於壓氣盤、靜葉片、動葉片、機殼、燃燒室外殼、排氣機構外殼、中心體、噴氣管、壓氣機葉片、輪盤和機匣等零件部位。
國際領域主要的鈦合金生產商有美國鈦金屬公司(Titanium Metals Corporation)、俄羅斯(VSMPO-AVISMA)、日本東邦鈦公司(Toho Titanium)、住友公司尼崎分公司等,在技術上擁有較大優勢。在軍用領域,由於準入條件限制,這些企業與國內企業並無競爭關係;國內市場集中度很高,2014年我國生產航空航天領域用鈦銷售量合計4861噸,其中寶鈦股份、西部超導和西部材料三家企業繼續穩居行業前三甲,佔比合計81%。
2.3. 陶瓷基複合材料:製造高推重比航空發動機的理想材料
陶瓷基複合材料(CMC)是以陶瓷為基體與各種纖維複合的一類複合材料,具有密度低、耐高溫、高溫抗氧化性能優異的顯著優勢。對於航空發動機來說,提高渦輪前燃氣溫度是提高發動機推力的主要技術途徑,但是目前的渦輪前燃氣溫度已經逐步接近高溫合金自身的熔點,溫度上升空間很小,因此需要有替代材料。陶瓷基複合材料具有耐高溫特性,可用於熱端構件。研究表明陶瓷基複合材料可將渦輪前燃氣溫度在現有的基礎上提高300K以上。同時陶瓷基複合材料密度小,有利於發動機減重。
CMC被視為取代航空發動機高溫合金、實現減重增效「升級換代材料」之首選。
①對於軍用發動機:提高推重比、降低服役成本是研製焦點。現有推重比10一級的發動機渦輪進口溫度達到1500℃,如F119渦輪進口溫度達到1700℃左右;正在研製的推重比12~15的發動機渦輪進口平均溫度超過1800℃。然而,目前耐熱性能最好的鎳基高溫合金材料工作溫度在1100℃左右,且必須採用隔熱塗層以及設計最先進的冷卻結構。因此,現有的高溫合金材料體系(鎳基等)已接近其使用溫度的極限,難以滿足先進航發的熱結構用材需求;CMC工作溫度高達1650℃,將成為替代航發高溫合金最具應用潛力的材料。
②對於民航發動機:降低油耗、提高發動機使用壽命是研製焦點。以Boeing-787為例,使用超過50%的先進複合材料,油耗下降了20%左右。根據英國宇航專家Andrew Walker教授預測,截至2020年飛機飛行燃油成本還會進一步下降29%~31%,其中17%~19%源於發動機,特別是受益於陶瓷基複合材料的廣泛應用。
國外CMC在航空發動機的應用層面已逐漸打開,呈現出從低溫向高溫、從冷端向熱端部件、從靜子向轉子的發展趨勢。短期應用目標為:尾噴管、火焰穩定器、渦輪罩環等;中期應用目標為:低壓渦輪葉片、燃燒室、內錐體等;遠期應用目標為:高壓渦輪葉片、高壓壓氣機和導向葉片等。CMC在國外已成功應用於多款發動機型號並實現工程化生產,將成為航空發動機製造的主流趨勢,市場空間巨大。國內CMC增強纖維材料研製單位有:廈門大學、國防科技大學;並且均通過產-學-研形成以下纖維供應商:火炬電子、蘇州賽菲及寧波眾興新材。國防科大是國內最早研製SiC纖維的單位,已形成SiC纖維體系化的發展格局,綜合性能達到或接近國外同類產品水平;廈門大學特種陶瓷先進材料實驗室從2002年底開始研發SiC纖維,目前已經製得連續SiC纖維。
國內CMC材料製備商:西安鑫垚陶瓷複合材料有限公司、西安超碼科技有限公司、中航複合材料有限責任公司等多家公司公司均有CMC相關業務。根據張立同院士2006年在第十四屆全國複合材料學術會議上的論文中的表述「我國已經打破國際封鎖,自主攻克了碳化矽陶瓷基複合材料構件批量製造技術,但是由於缺少高性能SiC纖維,目前只能用碳纖維代替」判斷,碳化矽纖維的量產將直接推動相關CMC材料的量產,進而推動我國碳化矽陶瓷基複合材料的大量應用。
3. 零部件
航空發動機的主要零部件按其功能可以分為葉片、輪盤、軸、齒輪、鈑金件和機匣等(葉片為發動機重要部件,下文中單獨列出)。零部件按毛坯提供方式可以分為鍛件、鑄件和鈑金件。
(1)鍛件
鍛造是指對金屬坯料施加壓力,使其產生塑形變形的工藝。 航空發動機風扇和壓氣機葉片、盤、軸、齒輪和部分機匣零件採用鍛造工藝。①葉片鍛造技術隨著航空發動機工藝製造技術的發展,形成了與其他零件不同的葉片無餘量精鍛工藝,精鍛葉片葉身不需要切削技工,只需要砂帶磨削、化學銑削或精拋光;②其他盤、軸、齒輪和機匣等零件鍛件以渦輪盤鍛件工藝最為先進,由普通的鍛造、等溫鍛造發展為等溫鍛造粉末盤。
(2)鑄件
鑄造是將液體金屬澆鑄到與零件形狀相適應的鑄造空腔中,待其冷卻凝固後,獲得零件或毛坯的方法。航空發動機渦輪葉片和部分機匣採用鑄造工藝,其中以渦輪鑄造技術最為先進。早期渦輪葉片採用變形高溫合金鍛造實心葉片,隨著發動機渦輪前溫度的提高,葉片冷卻結構越來越複雜,精密鑄造高溫合金渦輪葉片替代了鍛造渦輪葉片。渦輪葉片鑄造工藝經歷了等軸晶、定向晶到單晶的發展歷程。晶粒在各方向上尺寸相差較小的晶粒為等軸晶,平行排列的柱狀晶組織稱為定向晶,單個晶體為單晶,單晶可以通過選用不同的材料和控制結晶過程獲得。
(3)鈑金件
鈑金是將一些金屬薄板通過手工或模具衝壓使其產生塑性變形,形成所希望的形狀和尺寸,並可進一步通過焊接或少量的機械加工形成更複雜的零件,燃燒室和噴管機匣以鈑金件為主。
目前在航空發動機鍛件領域,英國、美國、德國和日本走在世界前列,技術實力雄厚,依託高端的生產設備及先進的加工工藝,能夠生產出大尺寸、高精度、高性能的產品,佔據著高端市場。主要廠商有DONCASTERS、FIRTHRIXSON、FRISA和SCOTFORGE等公司。國內企業目前技術實力有所欠缺,主要生產廠商是中航重機,其佔據國內航空鍛造市場60%的份額,另外還有貴州航宇科技等廠商也從事鍛件生產,鋼研高納也從事一部分難變形高溫合金和粉末冶金盤等高端鍛件生產。
在航空發動機鑄件領域,常規鑄件和非單晶葉片鑄造以中航重機和航發動力為主;單晶葉片的鑄造主要以研究機構為主,比如沉浸於這個領域已久的航材院、金屬所等材料研究。近幾年不少民企也積極進入這個領域,逐漸成為這個領域不可忽視的一股力量,比如萬澤股份、應流股份、鍊石航空等公司。
4. 葉片
葉片是航空發動機關鍵零件,它的製造量佔整機製造量的三分之一左右,是發動機中數量最大的一類零件。航空發動機葉片屬於薄壁易變形零件,如何控制其變形並高效、高質量地加工是目前葉片製造行業研究的重要課題之一。
航空發動機葉片按部件分為風扇葉片、壓氣機葉片和渦輪葉片。按運動方式又分為動葉和靜葉。風扇和壓氣機的靜葉稱作整流器葉片,而渦輪的靜葉稱作導向器葉片,渦輪盤上的動葉就是工作葉片。金屬材料葉片按工藝類別分,壓氣機葉片主要採用精密鍛造工藝,渦輪葉片主要採用精密鑄造工藝(高壓級單晶、低壓級定向晶)。
4.1. 民用渦扇發動機風扇葉片
隨著民用渦扇發動機風扇葉片涵道比增加直徑逐漸增大,風扇葉片減重成為了發展重點。為了降低風扇噪聲,民用渦扇發動機風扇一般為單級低壓比設計,出口溫度低,適合用於低溫環境的低密度高比強度的樹脂基複合材料實心葉片正在替代鈦合金空心葉片成為主流。
經過數十年技術積累的GE和Snecma公司,已經基本完成了在復材風扇方面的專利布局。英國羅-羅公司目前正將目光從其渦扇發動機上長期應用的鈦合金空心風扇葉片移開,轉而研製碳纖維增強複合材料風扇葉片。該公司與吉凱恩集團(GKN)一起碳纖維風扇葉片試驗件,有望在2020年前應用於TRENT-XWB之後的下一型新發動機。我國對3D編織結構/RTM工藝成型的大量研究始於20世紀90年代初,在航空發動機葉片上的應用更是最近幾年才開始。
4.2. 軍用渦扇發動機風扇葉片和壓氣機低壓級葉片
軍用小涵道比渦扇發動機為了在迎風面積限制條件下提高外涵流量,一般採用多級高壓比設計,葉片直徑和工作環境與壓氣機前幾級基本相當,材料與工藝的選用基本相同,主要選用鈦合金空心葉片,目前鈦基復材空心葉片正在研發中。
空心葉片主要採用超塑性成型/擴散連接技術(SPF/DB)。超塑性成型/擴散連接技術是金屬毛坯在一次加熱過程中同時完成擴散連接和超塑性成形的組合方法。超塑性通常是指材料在拉伸條件下表現出異常高的延伸率也不產生縮頸與斷裂的現象;擴散連接是指在一定的溫度和壓力下,經過一定時間,連接界面原子間相互擴散,實現的可靠連接。
鈦合金空心葉片超塑性成型/擴散連接技術(SPF/DB)由R&R公司首先研發成功,應用於RB211發動機上,隨後PW公司也開發了此項技術。PW公司目前正在研製連續碳化矽纖維增強的鈦基複合材料風扇葉片。我國擴散連接技術還僅僅局限在實驗室基礎研究和小批量生產之間,目前渦扇-15發動機採用實心鈦合金風扇葉片。
4.3. 壓氣機高壓級葉片
壓氣機高壓級葉片直徑逐漸減小,主要採用實心葉片。隨著壓氣機級數增多,壓氣機葉片工作溫度逐漸提高,材料選用由鈦合金變為變形高溫合金。另外,在高壓壓氣機末級,新型輕質耐高溫Ti-Al合金將逐漸取代變形高溫合金。
高壓壓氣機葉片生產多採用精鍛制坯,磨削技術精密加工成型。精鍛葉片可以更完整地保持金屬流線的連續,精鍛葉片餘量小、強度高、加工周期短、壽命長。
目前在航空發動機預葉片鍛件領域,英國、美國、德國和日本走在世界前列,技術實力雄厚,依託高端的生產設備及先進的加工工藝,能夠生產出大尺寸、高精度、高性能的產品,佔據著高端市場。國內企業目前技術主要生產廠商是航發動力、無錫透平葉片有限公司和無錫航亞科技股份有限公司。
4.4. 渦輪葉片
在航空發動機中,渦輪葉片由於處於溫度最高、應力最複雜、環境最惡劣的部位而被列為第一關鍵件,並被譽為「王冠上的明珠」。渦輪葉片的性能水平,特別是承溫能力,成為一種型號發動機先進程度的重要標誌,在一定意義上,也是一個國家航空工業水平的顯著標誌。
渦輪低壓級葉片工作溫度相對渦輪高壓級葉片溫度較低,主要採用定向結晶鑄造鎳基高溫合金。新型輕質耐高溫Ti-Al和陶瓷基複合材料也已經在部分機型上成功應用。
推比10一級的渦輪高壓級葉片工作溫度達到1700℃,主要採用耐溫1150℃的第三代鎳基單晶鑄造高溫合金,空心氣膜冷卻結構和陶瓷塗層的使用提高了渦輪葉片基體材料的耐溫水平。美國IHPTET計劃開發的高溫度基體材料-鎳鋁基單晶鑄造高溫合金也處於工程應用階段。單晶高溫合金已經發展到了第五代,當前主要應用為第三代。
目前單晶葉片的研製,美國、法國、英國和俄羅斯走在世界前列,美國的Howmet公司、GE公司、PCC公司以及Allison公司,英國RR公司,法國的SNECMA公司,俄羅斯的SALUT發動機製造廠等廠商均大量生產單晶零件。國內企業目前主要單晶葉片生產商是航發動力下屬貴陽航發精密鑄造有限公司。另外,民營企業也在進入葉片鑄造市場,主要包括萬澤股份、鍊石航空、應流股份和江蘇永瀚。
5. 動力控制系統
隨著航空發動機技術的不斷進步和性能的不斷提高,燃油與控制系統也由簡單到複雜,並由液壓機械控制發展到全權限數字電子控制(FADEC)。20世紀70年代初,英國開始研製數字式電子控制(FADEC)系統。美國等國家也繼而紛紛進入,美國後來居上,一直處於比較領先的地位。我國從80年代初就進行了FADEC系統的研究工作,已取得了很大的進展。
動力控制系統核心部件控制器方面,航發控制作為行業龍頭,已經壟斷軍用航空發動機控制系統領域市場份額。國內海特高新、晨曦航空等民營企業也具備一定的技術實力,試圖進入市場。
動力控制系統其他部件如電纜、傳感器、電機、元器件等方面,軍工股上市公司有中航機電、湘電股份、航天電器、中航光電,民營企業上市公司有火炬電子、高華科技。
四、軍用航空發動機價值拆分和市場空間
1. 軍用航空發動機價值拆分
軍用航空發動機的設計思想已出現三次跳越式的轉變:
①從重視性能到重視五性(適用性、可靠性、維修性、測試性、保障性)的轉變;
②從重視採購費用到全壽命周期費用的轉變;
③從重視效能或全壽命周期費用到二者的統一,即重視經濟可承受性的轉變,經濟可承受性已成為現代軍用航空發動機設計體系中不可缺少的重要組成部分,是各種新型號研製發展初期就必須考慮的重要指標。
航空發動機價值鏈條由從研發設計到售後服務的一系列環節組成。研製成本主要是在發動機演示、驗證、工程製造和發展過程中產生的非重複性費用。生產成本主要是第250臺發動機的成本。使用維護成本主要是直接維修成本和燃料成本。
發動機是飛機上的重要部件,一般而言,其價值佔整機價值的20-30%,機型越小,發動機價值佔比越高,機型越大,發動機價值佔比越低。
1.1. 按生命周期拆分
航空發動機全壽命周期要經歷研發、製造、使用維護三個階段。研發階段又分為預先研究階段和型號研製階段。在全壽命周期中,研發、製造、維護的比例分別為10%~20%、40%、50%左右。在和平時期,由於武器系統服役的時間更長,發動機的壽命達到15~25年,維護費用在發動機整個生命周期內的總費用佔比越來越大。
(1)研發階段
據《航空發動機-飛機的心臟》所述,航空發動機研發階段費用按成本構成拆分,設計費用佔比10%、試驗費用佔比50%、研發階段製造費用佔比40%。根據1990年編制的《中國航空工業技術政策》,航空發動機研發階段按研製流程拆分,可以分為預先研究階段和型號研製兩個階段,研發費用分別佔比40%和60%,其中各子階段研發費用佔比為應用基礎4%、先進部件26%、技術驗證機10%、型號驗證機50%、工程發展10%。
(2)製造階段
航空發動機製造成本(不含控制系統)主要由原材料成本和勞動力成本兩部分組成,分別佔比在40%-60%,25%-35%。航空發動機使用的原材料主要是高溫合金、鈦合金,兩者價值佔比分別在35%、30%左右。高溫合金涉及的主要材料是鎳、鈷金屬,鈦合金主要是鈦。發動機應用的其他材料還包括鋁合金、鋼等。
(3)維護階段
航空發動機維護費用約一半用於購買航材,發動機大修和零部件修理費用佔比22%,航線維修費用佔比10%,租賃備發費用佔比5%,外場更換周轉件費用佔比9%,發動機管理費用佔比3%。在修理的發動機零部件中,熱端部件是其重點,佔大修費用的70%以上。
1.2. 按部件價值拆分
航空發動機製造商根據部件分配任務,因此有必要對部件價值進行拆分。一般而言,無論戰鬥機、或運輸機用發動機,高、低壓渦輪的價值佔比都最高。對於戰鬥機發動機,其外涵道很小,有加力燃燒室,因此,風扇、外機匣的價值佔比較低,但加力燃燒室、控制系統佔比高;對於運輸機發動機(客運、貨運、軍用),外涵道大,無加力燃燒室,因此,風扇、外機匣的價值佔比高,控制系統佔比較低;直升機發動機中,控制系統、減速機構的佔比較高。根據蘭德公司統計,三代戰鬥機發動機F110全壽命周期部件維護費用分析,包括渦輪工作葉片、渦輪導向葉片和核心機在內的熱端部件佔發動機整機維護費用的41%
2. 軍用航空發動機價值拆分和市場空間測算
2.1. 全球軍用航空發動機市場
據《ABSOLUTE REPORT》測算,全球軍用航空發動機市場年複合增長率為4.96%,將從2017年的97億美元增加到2027年的141億美元,加上維修經費後,全球軍用航空發動機市場從2017年的145.5億美元增加到241.5億美元。
2.2. 中國軍用航空發動機市場
軍用航空發動機的發展和軍機發展相輔相成,而軍機發展依賴於航空兵部隊(包括空軍航空兵、陸軍航空兵、海軍航空兵等,空軍為主力)建設。
(1)戰略空軍轉型,軍機換裝列裝提速
我國空軍起步晚、底子薄,老舊機型比例高,代際差距嚴重,運輸機、轟炸機、直升機等短板明顯。2015年首次將空軍定位為戰略軍種,空軍建設由「國土防禦」向「空天一體、攻防兼備」的戰略轉變,成為了新裝備加速發展和列裝的主要驅動力。在新時期戰略空軍建設目標下,由「防」轉「攻」,將信息化作為發展方向和戰略重點,大力發展先進戰鬥機、戰略運輸機/轟炸機,提高縱深攻擊能力、遠程投送/打擊能力和立體攻防能力,彌補代際差,儘快實現代際換裝,提高信息化、自動化程度。
我國各類型軍機數量均低於美國,各機型數量比例不合理。據World Air Force統計,美國軍機數量為13772架,我國數量僅為2955架。和美國相比,我國直升機、運輸機、轟炸機比例明顯偏低,中美空軍數量和作戰能力相差巨大,難以達到覆蓋我國領土巡航的要求,距離戰略空軍目標尚遠。
戰鬥機:代際差距嚴重,換裝列裝需求急切。四代機列裝戰鬥機作為空軍最主要的作戰平臺,是空軍戰鬥力強弱的主要標誌,對於制空權的奪取有著舉足輕重的意義,我國與美國相比代際差距嚴重,老舊機型較多,整體水平顯著落後。我國二代機佔比依然高達55.5%,而四代機不足1%,相比美國,美國二代機僅佔14.8%,四代機佔比已達10%。我們認為,我國戰鬥機處於快速換裝和列裝期,三代機將保持開足馬力生產狀態,四代機將在固化狀態後迅速大批量部署。
轟炸機:遠程轟炸機力量薄弱,短板短期較難補齊。我國空軍當前的主力轟炸機型是批量列裝的轟-6,存在機體設計落後、航速/航程低、載彈量不足等諸多缺陷,從其本身來看只是一款中型轟炸機,並不是合格的戰略轟炸機。而且考慮到我國的戰略環境,僅擁有中遠程轟炸機遠遠不夠,不能從根本上彌補我國空軍的戰略打擊和戰略威懾短板。我國缺少遠程戰略轟炸機,需要一款突防能力的洲際戰略轟炸機。
運輸機:運-20列裝,戰略運輸機取得長足進步。大型運輸機、加油機、預警機和戰略轟炸機等大飛機是戰略空軍的基石,相比美俄等軍事強國,我國大型運輸機/加油機/預警機列裝極為有限,遠程隱形轟炸機更是空白,打造戰略空軍任重而道遠。運-20是中國自主研發的新一代重型軍用運輸機,已列裝部隊,將成為我軍重要的一款運輸機型,我們預計,運-20將迎來快速列裝部署,基於運-20平臺的預警機、加油機項目也將不斷推進。
直升機:陸軍轉型「立體防攻」戰略提升軍用直升機需求量,在研10噸級通用直升機為未來主要看點。未來空中打擊力量將是陸軍主要配置的主要戰鬥力,陸航部隊是我軍建設「立體防攻」的重要力量。根據美國詹姆斯敦基金會的報告顯示,此輪軍改之前我軍共有7個陸航旅和5個陸航團,到2017年5月已擴編為11個陸航旅和1個陸航團。由於陸航兵在現代作戰中的特殊性,預計我軍將進一步擴建陸航部隊。
(2)我國軍機發動機市場,未來十年年均467億
我們按照存量和增量兩部分,對未來十年我國軍用航空發動機市場進行測算,為了簡化計算,我們將存量飛機分為換發1次和2次兩部分,增量飛機分為不換發和換發1次兩部分,發動機單價取可參考型號價格。經測算,未來十年,我國軍用發動機購置經費共3114億,維修經費1557億,合計4671億;平均每年購置經費311億,維修費156億,合計467億。按各部分拆分費用,平均每年葉片179億、零部件202億、動力控制系統55億。
五、投資機會分析
1. 主機廠:國產化進程加速,受益於自研型號放量
①受益於軍機列裝提速,疊加發動機國產化比例提升。當前我國軍機發動機國產化比例已大大提高,但新型號發動機,尤其是四代發動機用的小涵道比渦扇發動機和大型運輸機、轟炸機用的大涵道比渦扇發動機,技術較為落後,存在明顯短板。隨著軍機換裝列裝提速,再疊加發動機國產化比例不斷提高,我國軍用發動機行業將迎來快速發展時期。
①軍用航空發動機整機製造,航發動力具有壟斷地位,一旦新型號突破將顯著受益。我國軍用航空發動機生產由航發集團主導,而航發動力具備渦噴、渦扇、渦軸、渦槳等全種類軍用航空發動機生產能力,是我國三代主戰機型國產發動機唯一供應商,極具稀缺性。當前我國量產的發動機型號較少,一旦WS-15、WS-20等型號定型量產,航發動力將顯著受益。但軍用航空發動機研製廠所分離,設計以科研院所主導,主機廠並不具備設計研發能力,這也是國內發動機主機廠和國際寡頭的主要差距之一。
②商用航空發動機起步太晚,中短期投資價值不大。預計國產CJ1000-A於2022年裝備C919大型客機,用於窄體客機的CJ-1000系列於2018年實現驗證機達標,2022~2025年完成適航取證;用於寬體客機的CJ-2000系列計劃2020年完成技術預研,2022年完成試驗驗證機達標,2025~2030年完成適航取證;而針對小型支線客機的CJ-500系列市場需求量有限,短期內不會啟動。
2. 民營企業:材料、葉片等領域尋求突破
航空發動機行業高投入、長周期、高風險,民營企業技術和資金實力相對有限,想要有所作為是極為困難的。正因如此,在發動機產業中逆流而上的民營企業就顯得難能可貴,而在引進、吸收國外先進技術的基礎上,同時在國家政策的大力支持下,不排除民營企業中會有明星升起閃耀。
大部分民營企業避開難度大周期長的整機研製,從材料、葉片等領域尋找機會。如火炬電子大膽前瞻布局陶瓷基複合材料,應流股份、鍊石航空則力求在關鍵部件葉片上尋求突破。近年來許多民營企業投身於航空發動機產業,這部分民營企業,是我國航空發動機行業中機動靈活的有生力量,關鍵技術一旦突破,將極大促進行業發展,同時也為自身打開巨大的發展空間。
六、風險提示
宏觀經濟表現低迷,軍工行業也很難獨善其身;
相關支持資金未按時按量下撥;
軍工集團發展戰略調整、上市公司定位發生變化;
技術與產品研製進程的不確定性。
七、重點個股
1. 航發動力:我國發動機製造龍頭企業
公司在發動機整機製造行業處於壟斷地位,具備渦噴、渦扇、渦軸、渦槳等全種類軍用航空發動機生產能力,是我國三代主戰機型國產發動機唯一供應商。公司主要產品包括WS-9(秦嶺)系列發動機整機,以及WS-10(太行)發動機約35%零部件。WS-10是我國第三代軍用發動機的代表型號,經過多年發展,目前已應用到殲-11B、殲-16等機型。2017年公司實現營收(225.55億,+1.52%),歸母淨利潤(9.60億,+7.78%)。
軍機換代漸入高峰,民機需求快速增長。在軍機領域,我國2020年之前將逐步淘汰二代機,以三代機為主體向四代轉變,三代機、大型運輸機等各類機型將陸續批量交付。在民機領域,我國民用航線網絡不斷擴大,相應基礎設施建設加速跟進,客、貨運流量持續高速增長,根據波音公司預計未來20年國內民機需求約為6330架,對應民用航空發動機市場價值為2572億美元。
加快回歸核心主業,盈利能力有效提升。2017年以來,公司陸續通過掛牌轉讓及減資方式加快回歸主業的進程。根據公司12月26日公告,南方公司擬通過減資方式退出其持有的深圳三葉精密機械股份有限公司;11月8日公告,為推進全資子公司飛浦工貿股權轉讓的工作,黎明公司擬降低股權轉讓底價繼續在上海聯合產權交易所掛牌;9月21日公告,南方公司擬通過上海聯合產權交易掛牌轉讓株洲易力達28.8%股權;8月30日公告,黎明公司擬通過減資方式退出其持有的中航動力株洲航空零部件製造有限公司。
完成非公開發行,公司資本結構得到有效改善。2017年9月27日,公司完成非公開發行新增股份的登記託管手續,本次非公開發行股份價格為31.98元/股,發行數量為3.01億股,由中國航發、陝西航空產業集團、貴州產投、貴陽工投等機構認購。本次募集資金有效改善了公司資本結構,資產負債率由截止6月30日62.42%下降到目前42.25%。
2017年公司對科研經費核算及政府補助相關會計政策進行變更,變更後符合收入確認條件的科研經費將計入當期科研項目收入,與日常經營活動無關的政府補助將直接計入營業外收支。此次會計政策調整,直接帶來營業總收入提高、科研成本費用降低、公司毛利率提升。
風險提示:軍機換代更新不及預期,民用航空市場發展不達預期。
2. 航發控制:國內軍用發動機控制系統主要配套企業
公司主要從事發動機控制系統及衍生產品、國際合作和非航民品三大類業務,控制系統包括航空發動機控制系統、燃氣輪機控制系統等,國際轉包業務主要為國外航空企業提供聯合設計開發和轉包業務。2017年公司實現營收(25.53億,+1.98%),控制系統、國際轉包、非航民品營收佔比分別為80.10%、9.87%、10.03%,整體實現歸母淨利潤(2.18億,+4.21%)。
國內軍用發動機控制系統龍頭企業,有望受益於兩機專項及軍機加速列裝。發動機控制系統是發動機的重要管理系統,決定著發動機的性能和可靠性。公司作為國內主要航空發動機的控制系統研製生產企業,在軍用發動機控制領域保持領先地位,與國內各發動機主機單位均保持密切合作關係。公司擁有航空動力控制系統國家級技術中心,並積累了控制系統中各類燃油泵及調節器的研製和批產能力。同時公司是國家兩機專項的實施者之一,我們預計公司自主產品研製和生產能力建設將進一步提高。
國際轉包業務穩步推進,與多家國際著名企業建立良好合作關係。公司常年深耕國際轉包業務,和國際知名廠商GE、霍尼韋爾等建立了長期穩定的夥伴關係。公司主要為國外客戶提供民用航空精密零部件生產服務,如民用飛機的控制系統零部件、航空發動機搖臂、航空發動機燃油控制系統的裝配和調試等。2017年公司持續深化與羅羅、斯奈克瑪、MOOG、GE等客戶的合作關係,穩定按期交付率和產品質量,提高合作層次。2017年公司國際轉包業務實現營收2.52億元,同比增長15.28%。
確立2018年經營目標,堅持「小核心、大協作」科研生產模式。公司將全力開展航空發動機控制系統的研製生產與維修工作,以兩機專項為重點,強力推進航空動力控制系統和燃機產品等重點型號研製任務;持續推進供應鏈管理,按照「小核心、大協作」的科研生產模式,發展外部合格供應商;同時公司將加快推進民用航空研製業務,按節點分步完成民用航空動力控制系統的研製交付任務。公司作為我國軍用發動機的重要配套企業,有望受益於兩機專項及軍機列裝放量對發動機的加速需求。
風險提示:軍機列裝不及預期,國際轉包業務發展不達預期。
3. 航發科技:外貿業務穩步增長,內貿需求逐步增強
公司主要承接國際知名航空發動機公司的委託加工業務,以及國內航空發動機零部件的研製生產。為集中精力完成「內貿航空及衍生產品」和「外貿產品」兩大業務,公司逐漸收縮民品業務,實現公司產品結構的優化升級。2017年公司實現營收(22.59億,+6.26%),歸母淨利潤(0.47億,+10.16%)。
併入中國航發集團,加強協同發展效應。根據公司2017年6月6日公告,航空工業按照國務院國資委關於中國航發組建方案的要求,將發動機控股100%股權轉讓給中國航發。本次收購完成後,中國航發間接持有航發科技36.02%股權。2017年公司內貿航空營收同比增長56.4%,預計依託於航發集團平臺,公司國內航空業務有望實現進一步增長。
注重國際轉包產品結構,著力提高盈利能力。公司轉包業務經過30多年的發展,已經形成機匣、葉片、鈑金、軸類產品的專業製造平臺,並成為多家國際知名發動機公司在亞太區的重要甚至是唯一的供應商。公司2017年外貿營收實現1.86億美元,同比下降11.46%,主要因為公司更加關注由「量」到「質」,主動放棄附加值較低、技術價值較差的產品,著力開發利潤高技術含量高的產品,由零部件、短期訂單向單元體、長期協議發展。2018年公司計劃實現外貿產品收入2.15億美元,佔公司總營收比例近47%。
根據前瞻產業研究院數據統計,每臺航空發動機平均有三萬個以上的零部件,其中70%以上都依靠外部採購,降低發動機的零部件製造和採購成本。航空發動機零部件質量決定著整機的質量,因此整機廠商通常對外貿轉包企業進行較長考核及認證,一種型號產品需要通過生產設備配置、小批量試產、技術工藝管理改進、批量生產等多個考核過程。目前我國在全球航空發動機零部件的外貿轉包市場中所佔份額較小,未來仍存在較大的市場空間。
推動內、外貿業務深度融合快速發展。公司堅持瘦身健體、推進AEOS等各項工作,大力推進改革調整同時將繼續堅持聚焦主業、軍民融合的發展思路,以內貿航空及衍生產品科研生產為主線,同步發展國際國內兩大市場。公司作為我國軍用發動機的重要配套企業,有望受益於兩機專項及軍機列裝放量對發動機的加速需求。
風險提示:國際轉包業務的變動風險,國內軍機列裝不達預期。
4. 鍊石航空:收購Gardner,戰略布局航空製造全產業鏈
公司原主營業務為鉬、錸及其他有色金屬礦產的開發和冶煉,2013年後積極拓展航空製造相關產業發展,逐步設立成都航宇、中科航發、朗星無人機等公司。2017年公司實施對英國Gardner 100%股權的收購事項,航空業務成為公司主要業務。2017年公司實現營收(7.53億,+5848.69%),歸母淨利潤(0.58億,+252.20%),本年度營收主要來源於所收購的Gardner公司,並收到政府補助2.80億元。
原主營產品為鉬精粉,近期已恢復生產。公司擁有一座礦山及一個選礦廠,日採選能力5000噸,年採選能力130萬噸。從2016年4月14日開始,子公司陝西鍊石礦業由於產品價格持續低迷,產品銷售價格與成本倒掛現象嚴重,暫停採、選礦生產。根據公司2018年4月16日公告,子公司鍊石礦業經過前期運行,於4月16日全面恢復生產。
依託原材料優勢,構建航空製造全產業鏈。公司託自身獨有的錸金屬資源(保有儲量錸金屬176.1噸,約佔全球已探明儲量的7%),逐步構建「錸元素-高溫合金-單晶葉片-航空零部件-航空發動機-大型無人機整機」產業鏈。目前成都航宇已建成一條年產80噸含錸高溫合金生產線和一條年產5.5萬片單晶渦輪葉片生產線,單晶葉片已有小批量認證訂單,預計高溫合金和含錸單晶葉片將成為未來公司利潤的高速增長點。中科航發未來將建成滿足新版國軍標要求750kg推力渦扇發動機總裝線,郎星無人機從事高級別大噸位系列軍/民用無人機研製,到2025年將達到年產無人機60架的能力並具備完善的無人機系統運行服務能力。
現金收購Gardner,拓展全球業務版圖。2017年6月,公司實施完成對英國Gardner 100%股權的收購事項。Gardner主營業務為航空航天零部件的生產和加工,主要產品為飛機及發動機零部件,主要應用於空客A320家族、A330、A350、A380等機型。通過此次併購,公司稀有金屬資源優勢及成都航宇高溫合金材料和單晶渦輪葉片技術優勢轉化的產品可通過 Gardner 打開歐美市場; Gardner可在公司支持下開拓中國市場、擴大全球業務版圖。標的公司Gardner 與原有產業協同效應顯著,將進一步增強公司可持續發展和盈利能力。
風險提示:單晶葉片發展不及預期,傳統採礦業務停業風險。
5. 火炬電子:軍用MLCC龍頭,布局特種陶瓷材料開啟新成長
火炬電子主要布局「新材料、電容器、貿易」三大業務,布局高性能特種陶瓷材料,開啟新成長。公司於2015年定增募投8.265億元用於CASAS-300特種陶瓷材料產業化項目,該特種陶瓷材料作為增強纖維特別適用於製備陶瓷基複合材料(CMC)。2017年,公司實現營收(18.88億,+25.66%),歸母淨利潤(2.37億,+22.38%)。
火炬電子供應特種陶瓷材料填補國內空白,將充分受益新興行業的快速成長。CMC具有耐高溫(工作溫度高達1650℃,遠高於鎳基高溫合金的1100℃)、密度低(僅為金屬合金的1/3,強度卻是其2倍)、高溫抗氧化性能優異等突出優勢,被視為取代航空發動機高溫合金、實現減重增效「升級換代材料」之首選。三大航發製造商之一GE已明確將CMC作為未來發展的核心技術,並且一直在加大CMC投產力度。根據GE公司官方預測,未來10年航空發動機市場對CMC的需求將遞增10倍。CMC屬于禁運軍事敏感物資,國內供應商十分稀缺,僅有火炬電子、蘇州賽菲及寧波眾興新材等3家。
軍用MLCC龍頭,眾多新產品放量形成新的業績增長點。公司作為軍民用高端電容器的龍頭企業,充分受益於軍用裝備信息化建設、工業裝備智能化發展趨勢、電子產品消費升級等帶來的電容器產品需求擴增;此外,鉭電容、脈衝功率陶瓷電容、超級電容等產品都將在2018年形成新的業績增長點。同時公司電容器代理業務主要以全球知名電容器廠商太陽誘電、AVX、KEMET等原廠的產品為主。受智慧型手機等消費需求帶動,下遊客戶需求持續增長。在競爭愈發激烈的代理行業,火炬電子擁有的資金和資源優勢將繼續鞏固、行業地位將繼續強化,並由此可獲得穩定的現金流、把握電子元器件技術發展前沿。代理業務先期介入部分自產業務的民品目標客戶,為自產業務民品業務的開拓提供基礎。
公司已完成3條陶瓷材料生產線的建設,可釋放5噸/年的產能;其他3條生產線籌備也正在積極推進,預計2019年初全部達產將形成10噸/年的產能。根據公司發布的可行性報告,按特種陶瓷材料單價5.6萬元/kg、10噸/年產能輸出計算,預計新增營業收入5.29億元/年,新增淨利潤3.05億元/年,相當於再造一個火炬電子。
風險提示:特種陶瓷材料市場規模不及預期;研製進展不及預期。
6. 應流股份:「兩機」葉片有望量產,鑄造龍頭終成航空核電精兵
公司主要產品為泵及閥門零件、機械裝備構件等,應用在航空、核電及國防軍工等高端裝備領域。2017年公司的單晶葉片通過燃氣輪機公司的審核和驗證。2017年前三季度,公司實現營收(13.75億,+7.79%),歸母淨利潤(0.60億,+10.04%)。
拓展航空領域表現不俗,「兩機」葉片有望量產。公司2010年開始布局,恰逢十三五國家大力發展「兩機(航空發動機和燃氣輪機)」戰略出臺,主攻「兩機」先進材料和核心零部件取得不俗成就。在兩機領域,公司航空發動機定向和單晶葉片列入國家軍民融合重點項目,承擔某型號航空發動機高溫合金葉片科研生產任務,面向國內外市場開發燃氣輪機定向單晶葉片。
設立應流航源、收購嘉遠智能,持續布局軍工產品供應鏈。應流航源是應流股份的全資子公司,主要從事航空發動機零部件、燃氣輪機零部件及航空新材料的研發和生產,每年提供500萬件產品發往全球30多個國家。根據公司2018年3月3日公告,應流航源於今日收到《裝備承制單位註冊證書》,為公司進一步開拓軍工市場奠定堅實基礎。另外應流股份於2016年收購霍山嘉遠智能100%股權,實施「船舶和海洋工程裝備關鍵設備高溫合金及耐腐蝕合金部件產業化項目」、「航空發動機高溫合金零部件產業化能力提升項目」,提升高端零部件數控及加工技術水平。
三代核電進展順利,招標密集有望釋放產能。公司是國內少數具備核一級主泵泵殼研製能力和資質的企業之一。目前公司已經完成華龍一號、CAP1400、CAP1000 等堆型的國產化核島核一級主泵泵殼的研發,打破壟斷,正批量生產交付。公司自主研製、生產的燃料貯存格架用中子吸收板順利通過國核工程有限公司專家驗收。本次產品交付是中國首個CAP1000核電機組格架用中子板實現國產化,標誌著國產化核燃料貯存格架用中子吸收板已經開始進入批量供貨階段。自主化三代技術關鍵設備捷報頻傳,海外項目進展順利,央視重提「核電國家名片」釋放重大信號,未來核電有望密集招標,顯著增厚公司利潤。
風險提示:主要原材料價格波動,核電後市場發展不達預期。
7. 海特高新:航空產業加速布局,業績增長符合預期
公司主營業務包括航空技術研發、航空維修、航空培訓、航空租賃、微電子五大業務,公司通過向航空產業鏈上下延伸布局,實現從航空基礎服務到高端航空新技術研發製造的全面覆蓋。2015年公司收購海威華芯涉足高端晶片研製領域,完善多元化發展戰略。2017年公司實現營收(4.26億,-13.88%),歸母淨利潤(0.34億,-15.70%)。
維修業務實現全覆蓋,全面推動業務升級。航空維修為公司傳統業務,在國內民營獨立第三方維修企業中市佔率較高。2016年公司航空維修業務已從整機大修、工程改裝業務、飛機拆解等業務線全面鋪開。根據《民用航空工業中長期發展規劃(2013-2020年)》,2017年國內民航運營機隊規模繼續保持增長達到3296架,未來五到十年我國民用航空市場規模和產業規模將迎來黃金髮展期。
充實航空培訓產業鏈,培訓業務穩步增長。公司是國內唯一具有海內外培訓基地的獨立第三方航空培訓企業,業務布局於昆明、新加坡、天津三大基地,以實現航空培訓多領域、多機種、業務全覆蓋的戰略布局。2016年9月,公司以1290萬美元收購讓羅克韋爾柯林斯藍天(天津)飛行模擬系統有限公司所持的部分股權並向其增資取得50%的股權,本次交易大力提升公司航空培訓業務的實力水平。據智研諮詢,預計2020年中國民航在冊運輸飛機期末在冊架數將上升至4360架,航空培訓業務市場也將隨之擴大。
下遊集成電路快速增長,高端晶片有望成為中長期支柱業務。 2015年公司收購海威華芯部分股權並增資控股,進入微電子領域。主要從事第二代/第三代化合物半導體集成電路晶片的研製,產品主要面向5G、雷達、新能源、物聯網等高端晶片市場。公司已建成國內第一條具備自主智慧財產權的6英吋第二代化合物半導體集成電路晶片生產線,是國內高端晶片研發製造的先行者。2017年公司在砷化鎵研發方面IPD和PPA25產線試生產階段良率達到預期水平,具備初步量產能力;2017年9月公司獲得國軍標GJB認證;2017年11月公司獲得國家集成電路生產企業認證。
風險提示:新產品研發進度放緩,業務拓展不達預期。