近年来,全球航空发动机产业的年产量基本稳定在 14000 台以上、年产值约为 700 亿美元附近,其中 2019 年因波音 737Max 停飞事件影响而略有下降。
1)三代军用发动机五大常任理事国标配,四代军用发动机仅中美俄竞技,商用大涵道比发动机美英三寡头垄断。
2)百年未有之大变局下,发展航空发动机产业是大国崛起的必然选择,中短期着眼周边局势国防安全带来的需求增长;中长期高度关注航空发动机在国家产业升级中的巨大经济带动效应、航空发动机衍生技术及工艺在其余领域的新应用。
1)中国航空发动机产业起步偏晚、道路曲折,长期以来先进型号依赖进口。航发集团成立、两机专项实施,飞发分离、自主研制,目前在役及在研型号覆盖我国各类型军、民用飞机需求。
2)先进军、民用发动机的技术突破与时代、国家的战略需求相契合,前后接力驱动我 国航空发动机全产业链迈上一个新台阶。
1)军用领域,我用飞机在数量、质量上均与美国存在较大差距,为保障、支撑大国崛起,我们预测军用领域或催生年均 900 亿市场。从 2020~2027 建军百年年均复合增长约 18%,2027 年后随规模增大、增速逐渐放缓至 2035 年的约 10%。
2)商用领域,C919 已收获上千架订单,国际商用航空 ABC 格局动力基础必须自主可控,长江-1000A 研制紧锣密鼓,预计 2030 年商用发动机整机市场向国产航发打开大门,逐鹿年均千亿市场。
3)综合军民市场,未来 15 年我国航发产业链整机市场年均规模超 1,000 亿、复合增速超 15%,前 10 年军用放量、10 年后民机接力,行业发展走出一条“微笑曲线”。
2) 零部件领域:航发控制与中国航发控制系统研究所“厂所结合”、垄断产业链中价值 占比 13%的控制系统,业绩增长确定性不输整机。压气机涡轮叶片、轮盘价值占比 40%、附加值高、市场化程度不断提升,蕴含投资机会。
4) 维修保障:“全面聚焦备战打仗”背景下实战化训练损耗加剧,预计利润率更高的维修保障环节将对相关公司带来较大利润增长,重点看好军用航发维修保障龙头航发 动力。
航空发动机以化石燃料作为能源,将化学能转化为机械能、为飞行器提供动力,是飞机、火箭等各类飞行器的心脏和动力之源,更是整个航空工业的动力之源。因其高度的技术难度和复杂性,被称为“工业皇冠上的明珠”和“工业之花”。
航空发动机产业是国家经济的重要分支、的重要保障,其综合水平的高低是一个国家综合国力的重要体现。目前世界范围内具备军用航空发动机研制能力并形成产 业规模的国家仅有美、俄、英、法、中五大联合国常任理事国,具备商用大涵道比涡轮风 扇发动机研制能力并形成产业规模的则仅剩美、英两国三大巨头企业及其合资公司。
根据推力产生原理、氧化剂来源、有无压气机等的差异,航空发动机可以分为活塞式发动机、火箭发动机、冲压式发动机、涡轮发动机等多个类别。冲压式发动机和脉冲式发动机目前应用范围还较为有限、暂不具备形成大规模市场空间的能力。当前,涡轮风扇发 动机以其高效率、低油耗、大推力等优势成为应用最广的航空发动机,广泛装备于各类 型军民用飞行器,其产值占燃气涡轮发动机的 90%以上。
从 1842 年第一份关于航空发动机的专利出现到现在,世界航空发动机产业走出了一 条从活塞式到涡轮喷气式再到涡轮风扇发动机的发展道路,这个过程中,以美、英为代表的西方国家凭借其起步早的先发优势持续积累在技术和产业上的优势壁垒、不断引领着航空发动机领域的发展方向。
进入 21 世纪,高温合金和先进涂层等技术为涡轮风扇发动机性能的进一步提高提供了可能。当前军、民用领域航空发动机技术和产业均已发展至。
军用领域,美国的 F135 发动机(装备 F-35 战斗机)、F119 发动机(装备 F-22 战斗 机)牢牢占据着头部位置,F135 发动机最大推重比 11.7,最大推力近 19 吨,是目前推力最大的军用小涵道比涡轮风扇发动机。其余处在第一梯队的军用航空发动机还包括俄罗 斯的 AL-41、AL-31FN,英国的 EJ-200 等,这些产品在满足美、英、俄、法等国自身国防军队建设需要的同时,还单独或伴随飞机整机大量出口至其他国家。
民用领域,用于窄体客机的 Leap-X、PW1000G、用于宽体客机的 GE9X、Trent XWB 等发动机技术先进、代表了当前商用航空发动机领域的最高水平。
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 3-4 之间、第二代 5-6、第三代 7-9、 10-12。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,乌克兰接收前苏联军事工业遗产也具备一定的发动机研制生产能力,其航空发动机产品主要用于出口。
根据《World Air Forces 2021》统计数据计算,产自五大常任理事国的军用航空发动 机数量占当前世界所有在装军用航发总数的 90%以上。这其中,又尤其以美、俄占比最 大,其军用航空发动机产品除满足本队装备建设需要外,还随着飞机一起大量出口至 其盟友、部分新兴国家等。
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 AL-41F。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 F-22 猛禽战斗机,俄罗斯的 AL-41F 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,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 F-35、F-22、歼 20、苏-57 等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。
相较于军用航空发动机,商用航空发动机高经济型、高可靠性的要求使得它的研制技术难度更高。经济性要求航空发动机不断提高其运行效率、降低耗油率,为航空公司带来经济效益。可靠性要求民航客机发动机在各种可能出现的极端工作状态下依然能保证发动机稳定安全运转、避免出现安全事故。此外,商用航空发动机还要能实现技术成功前提下的商业成功。
以上因素作用之下,商用航空发动机产业寡头垄断的格局更加明显。目前世界范围内独立掌握商用航空发动机研制核心技术、并有能力实现其产品商业化成功的企业仅美国 通用电气(GE)、美国普惠(PW)、英国罗罗(RR)三家公司,世界范围内商用航空发动机市场基本被这三家公司及其与其他公司组建的合资公司所垄断。
俄罗斯历史上曾推出过 D-30、PS-90 等商用航空发动机产品,但由于苏联解体、俄罗斯经济发展缓慢等原因,其生产量、使用量均极为有限。近年来,俄罗斯联合航空发动机制造集团下属的彼尔姆航空发动机公司为其国产单通道客 机 MC-21 推出了 PD-14 航空发动机,用于其国产宽体客机的 PD-35 发动机也正处在研制 当中。PD-14、PD-35 两款发动机寄托着俄罗斯重新打入世界商用航空发动机市场的愿望。
同样谋求进入该市场的中国以其单通道客机发动机长江-1000A、宽体客机发动机长江-2000、支线 成为这个市场一名最新的参与者。
从 1954 年新中国第一台航空发动机试制成功到现在,中国航空发动机产业已经走过 了近 70 年的发展道路。其间实现了多个具有重要里程碑意义的“第一次”,也经历了多个型号发动机随飞机一起下马的曲折。总的来讲,发展早期主要采取国外型号测绘仿制的模式,之后在涡喷-13 等部分型号上初步尝试自主改进设计,直到最终在涡喷-14 等型号上实现自主研制。
进入 21 世纪初期,空军装备建设提速对航空发动机提出了更高的要求,但由于前期航空发动机产业特别是涡轮风扇发动机发展的相对缓慢,这一时期对新型先进军用航空发动机的需求只能通过进口来满足。如歼 10、歼 11、歼 20 等第三代、战机对大推力小涵道比涡扇发动机的需求;从俄罗斯进口的苏-27、苏-30 侧卫系列战斗机的换发需求;国产轰-6 的后续改型、战略运输机运 20 等对大涵道比涡扇发动机的需求等。
2005 年,国产第一型三代大推力军用涡扇发动机涡扇-10 通过了定型审查,并再随后的使用中不断提高其可靠性和稳定性,直到最终趋于成熟,这一步在中国航空发动机产业的发展历史中意义巨大。
目前涡扇-10 及其改进型号可用于装备歼-10、歼-100、歼-15、歼-16 乃至歼-20 等中 国当代主力三、四代战斗机。我国对外军用航空发动机的进口额、依赖度也在 2015~2017 年之间逐步企稳下落。
1)起步晚:中国第一台活塞式发动机落后世界近 50 年,第一台涡轮喷气发动机落 后世界约 16 年,第一台涡轮风扇发动机落后世界 4 年(但第一款投入量产的涡轮风扇发动机落后世界 44 年),且早期涡轮喷气和涡轮风扇发动机的研制生产均为国外型号的引 进仿制、缺乏自主研制和独立的技术攻关;
2)发展历程曲折:中国航空发动机产业发展过程中长期存在(1)依赖于国外型号的引进仿制;(2)发动机型号依附于飞机,多个型号发动机特别是后期主流技术方向的涡 轮风扇发动机因飞机下马而终止研制两个问。