中国航空发动机行业发展概况及市场发展前景分析.docx

中国航空发动机行业发展概况及市场发展前景分析    航空发动机：飞机心脏，工业之花    航空发动机是飞机的心脏，被誉为现代工业“皇冠上的明珠”和“工业之花”。航空发动机不仅是飞机的动力，也是航空技术发展的动力，人类在航空领域的每一次重大突破，无不与航空动力技术的进步相关；飞机的需求和发展又促使发动机向更高水平迈进，二者相得益彰。航空发动机行业的发展水平是一个国家工业基础、科技水平和综合国力的集中体现，也是国家安全和大国地位的重要战略保障。作为一种典型技术密集型产品，航空发动机需要在高温、高压、高转速和高负载的特殊环境中长期反复工作，其对设计、加工及制造能力都有极高要求，因此具有研制周期长，技术难度大，耗费资金多等特点。目前虽然许多国家都可以自主研制生产飞机，但具备独立研制航空发动机能力并形成产业规模的国家却只有美、俄、英、法、中等少数几个。    我国商用大飞机起步较晚，民用航空动力发展更为滞后，中短期内缺乏投资机会；而军用航空发动机正处在快速自主化进程中，故本文侧重于研究和分析军用航空发动机。    航空发动机分类    自1903年问世至今一百多年以来，航空发动机经历了两个主要发展时期，1903年至1945年为活塞式发动机统治时期，1945年至今是喷气式发动机时代。在喷气式发动机时代，航空上广泛应用的是有压气机空气喷气式发动机。在压气机空气喷气式发动机中，压气机是用燃烧室后的燃气涡轮来驱动，因此这类发动机又称为燃气涡轮发动机。按燃气发生器出口燃气可用能量利用方式的不同，燃气涡轮发动机分为涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨、涡轮轴和螺旋桨风扇发动机。航空发动机分类及用途航空发动机性能特点及应用    中国航发产业趋势：从不行到行，行业增速或迎向上    中国航发产业历经三阶段，从测绘仿制到自主研制    60多年来，我国航空发动机的发展，经历了从无到有，从测绘仿制到自行研制的过程，目前已经有了一定技术积累，在生产上已具有相当大的规模；在实验方面，建成了亚洲第一的高空台及其他研究实验设备。总体来看，我国航空发动机行业的发展经历了以下三个阶段。    第一阶段：1950-1965年前后，在苏联帮助下仿制自制涡喷。当时，我国根据苏联BK-1F技术资料仿制出了涡喷5，随后完成涡喷6研制，并开始着手研制涡喷7和涡喷8发动机。这一阶段我国航空动力行业快速发展不断突破，实现从完全依赖外援技术到开始自助设计研制的转变。    第二阶段：1966-1990年，进入独立发展阶段。20世纪60年代中苏关系出现问题，我国开始着手完整的自主研制航空发动机。1965年，为配合我国首架自主研制的主力战斗机型歼8，我国开始进行涡喷7甲发动机研制，是我国第一个完整走完设计、试制、零部件加工及整机地面调试、高空模拟实验到最后试飞定型的发动机型号。期间，我国自行设计了涡喷13发动机，获得国家科技进步一等奖，并仿制英国罗罗公司的斯贝MK202制造出涡扇9发动机。    第三阶段：1990年至今，开始了新一代核心机预研计划，构建核心机体系的整体发展思路逐步形成，科研系统逐步成熟。2002年，我国自行设计研制的涡喷14发动机设计定型；2005年，我国自主研制的第三代大推力涡扇10发动机通过设计定型，这两种发动机的研制成功标志着我国在核心机上取得巨大突破，并使我国成为少数能自主研制航空发动机的国家之一。中国航空发动机产业发展三阶段    横向看：中国航发技术预计落后美国近30年    美国航空发动机产业从技术及管理上都较为成熟。管理上，美国一直实行“飞发分离”、美国政府持续开展研究计划，并在航空发动机研制中强化竞争等措施，技术上，预计中国航空发动机落后美国30年，发动机技术水平差距一代以上。    中国航空发动机从仿制开始，起步较晚，预计从时间上看落后美国近30年，从代际上看，落后美国一代以上。上世纪80年代美国F15战机已经装备推重比达到8的F110发动机，我国同类型的WS10发动机到2010才投入生产，用于装备歼11B战机。WS10中间推力及加力推力略高于F110，质量也比F110略轻。美国装备F22的F119发动机20世纪90年代就以后投入生产，我国与F119同代际的涡扇-15在2020年后才有望完成研制。主要三代/四代战斗机发动机比较主要五代战斗机发动机性能参数比较中美军用航空发动机发展对比    美国新一代航空发发动机研制项目取得重大突破，技术优势或更加明显。美国新一代航空发发动机研制相关技目前已获重大突破，预计将在2020年之后投入使用，装备在F35联合战斗机上。美军下一代“自适应变循环发动机”推力高达20吨，处于全球领先水平。    制约因素逐步消除，追赶欧美确定性强    2016年航发集团挂牌成立，标志着我国从管理体制上实现“飞发分离”；效仿欧美等国实施预研计划，2016年实施的两机专项预计投入将超千亿元，有效支持我国重点型号航空发动机、燃气轮机及高温材料的研制；中国制造2025要求未来10年要突破高推重比、大涵道比等技术，建立自主发展体系。同时，我国在高温合金等材料问题上不断突破。制约我国航空发动机产业发展的体制、经费、技术上的制约因素有望逐步消除，我国航空发动机产业发展有望加速。我国航空发动机产业制约因素逐步消除    “飞发分离”，优化体制机制    航发研制旧体系制约我国航空发动机的发展。在实现“飞发分离”模式之前，我国的航空发动机研发体制一直仿照前苏联的模式，遵循“飞机型号在先，发动机型号在后”的顺序，这种模式把发动机视为飞机的附属品，确定了具体型号的飞机，然后对与该机型配套的发动机立项，立项之后才能获得人力和经费的支持，从而开展基础研究和系列测试工作；如果飞机型号下马，则该飞机型号所对应的发动机的研制也必须下马。这样的模式大大限制了航空发动机的研制自由，且不利于相关技术的积累和储备，大大增加了发动机研制失败的风险。    世界航空工业强国如英、美等，均实行“飞发分离”的研制模式。例如美国的波音公司专注于飞机制造，而发动机则由通用、普惠或者罗罗等航空发动机公司进行研制。航空发动机的研制周期一般比飞机更长，因为在确定具体的发动机型号之前，需要事先进行长期的基础研究和预研工作，这种“飞发分离”研制模式更符合航空发动机研制生产的客观规律。    “飞发分离”新体系终于在2016年尘埃落定。2016年3月2日，航发动力、航发控制和航发科技发布公告确定了中国航空发动机集团有限公司主要领导的任职，并且确定新成立的“中国航发”将取代中国航空工业集团公司成为这三家上市公司的实际控制人。从此，中航工业集团下属的中航发动机控股有限公司等航空发动机业务相关企（事）业单位将从原来的飞机制造体系中分离出来，纳入新成立的中国航空发动机集团有限公司，标志着我国飞机和航空发动机的研制真正实现了“飞发分离”。“飞发分离”利于提高发动机制造商的灵活性和研发效率，也有利于两机专项等预研计划的开展。    实施“两机”专项、中国制造2025，政策扶植力度加强    我国航空发动机发展一直落后于欧美发达国家，其原因是我国航空发动机基础研究薄弱、技术储备不足、试验设施不全和管理体制落后等。受启发于美国的IHPTET计划和VAATE计划，我国亟需出台类似的国家级航空发动机专项发展计划，集中政府和工业部门的资源并长期给予大量资金扶持，以期改变我国航空发动机研制的落后现状，跻身全球航空发动机产业的竞争舞台。    2015年，航空发动机和燃气轮机“两机”项目首次被写入政府工作报告。随后，中国制造2015规划也将航空发动机作为重点发展领域。在2016年3月公布的“十三五”规划纲要草案中，航空发动机和燃气轮机“两机”项目位列未来五年中国计划实施的100个重大工程及项目名单之首。“两机”专项已经确立了详细的工作重点。航空发动机专项方面，将重点聚焦涡扇、涡喷发动机领域，同时兼顾有一定市场需求的涡轴、涡桨和活塞等发动机领域，主要研发大涵道比大型涡扇发动机、中小型涡扇发动机、中小型涡喷发动机和中大功率涡轴发动机等重点产品。为了快速有效地推进重点产品的研发，“两机”专项将突破“两机”关键技术，推动大型客机发动机、先进直升机发动机、重型燃气轮机等产品研制，初步建立航空发动机和燃气轮机自主创新的基础研究、技术与产品研发和产业体系。中国航空发动机产业获政策支持    中国制造2025明确突破发展航空航天装备重点领域。由于航空发动机集中了工业制造和信息行业中的高精尖技术，最能体现国家的工业基础、科技水平和国防实力，被誉为现代工业“皇冠上的明珠”，可以充当军民融合和智能制造的典型项目，并对实施创新驱动战略起到引领作用。2015年5月8日国务院印发“中国制造2025”计划，提出十大重点工程，其中排名第三的即为航空航天装备。计划要求突破高推重比、先进涡桨(轴)发动机及大涵道比涡扇发动机技术，建立发动机自主发展工业体系。作为一个跨度十年的规划，被列入重点突破工程的项目，将望获得后续系列政策扶持。    军费增速回升、“两机”专项实施，保障经费支出    2018年我国军费预算总额达到11069.51亿元人民币，同比增长8.1%。军费预算增速结束近三年的下行开始回升，预计未来随着国防与军队改革的持续推进，军费使用也有望优化，用于武器装备采购及研究支持的经费将快于整体军费增长。美国航空发动机的研发费用（包括型号研制和改进、改型）约占整个航空工业研发经费的25%，未来我国航空发动机研发费用也有望达到相应水平。近年中国军费开支情况    随着航空发动机和燃气轮机重大工程的正式立项，与之配套的专项资金业呼之欲出。专项资金预期1000亿元，加上社会配套资金，总的资金预期将达2000亿元。这将有效支持我国2-3款航空发动机的研制。    市场空间：未来20年我国军民用航发市场规模约四万亿    未来随着全球军民航机队规模的增加及老机型的更新换代，将有效带动全球航空发动机市场增长。我们综合考虑备件及更新维护、维修需求，认为未来20年我国军用航空发动机市场空间约2.2万亿元。当前，我国主要军机架数约占全球数量的10%，随着我国军机加速列装，未来比例有望增至15%，则全球军用航发市场空间约为中国的7倍左右，达到14万亿元。预计未来20年我国民用大中型客机的航空发动机市场空间约2万亿元，考虑到未来中国新增民机是全球规模的12%左右，全球民用中大型客机发动机市场规模约16万亿元。    预计我国军用航空发动机市场空间约2.2万亿元    当前我国军机架数总量仅约为美国的1/5左右，且随着我军军费预算增速的回升，装备建设将加快推进，武器装备采购投入增速将有望维持10%-15%水平，且三代以下机型占有相当高比重。我们预计，到2038年我国军用航空发动机市场空间约8800亿元。当前我国部分重点装备出口约占内部需求的6%。随着我国军机性能的不断提升，预计到2038年我国军机出口占比也望达到国内需求的6%左右。加上军贸出口，2038年我国军用航空发动机市场空间约1.1万亿元。航空运营维修市场基本与整机价值相当，加上运营维修，预计我国军用航空发动机市场空间约2.2万亿元。我国军用航空发动机市场空间测算    预计战机发动机需求空间5500亿元    假设未来20年，我军战机数量达到美军70%的水平，战机的结构占比基本与美军相当，并按战机全生命周期更换一次发动机，装备比2：1，发动机价值占飞机整机价值的25%左右计算，则到2038年战机发动机需求空间将达到5500亿元。假设1：十九大对我国国防和军队现代化作出战略安排，指出到2035年基本实现国防和军队现代化，假设未来20年我国二代机全部被替换，五代战机比例达到美国同期水平；假设2：近年来美国提出“重返亚太”“战略重心东移”“亚太再平衡”等概念，美海军多次强调要将60%以上的兵力部署到太平洋，假设未来20年我国战机数量达到美军数量的70%水平，略强于美军在太平洋60%的部署。假设3：美国近3年战机规模复合增速约1.6%，伴随着美国军事进入扩张周期，未来美军四、五代战机将以2%的增速增长，且四、五代机各替换402架三代机各一半。按照上述假设条件，中国战机需求空间测算（单位：架）    预计军用大飞机发动机市场空间2400亿元    运-20标准载重量为60吨，属于战略战术运输机。按美国的配置比例，战略战术运输机占大型运输机总运输量的48.9%，接近一半。假设我国运-20负责运输的比例占未来大型运输机运输量的50%，同时假设我国装甲师和机步师的重量占美国同等编制的70%左右，则一次性运输一个装甲师或机步师需要运20的数量在200架左右。同时，运-20可以作为空中加油机、预警机、电子战飞机等特种作战飞机的载体，综合来看预计未来20年潜在需求量约为400架，由此带动的发动机市场空间约2400亿元。不同情境假设下我国战略投送用途大运需求量预测    特种飞机方面，目前中国军用特种飞机国产化率较低，其中大型特种飞机平台对外依赖较大，加油机数量严重不足。随着大型加油机与预警机的国产化工作的稳步推进，以及我国空军现代化战斗机比例的提升与活动半径的扩大，我们预计，未来20年我国大型加油机、预警机数量将达到美军的70%左右，则大型加油机约180架，预警机约110架左右，其中大型预警机约20架（基本与预警机数量保持同比例增长）。美俄加油机与预警机列装概况（架）    预计主要型号直升机发动机未来市场空间1000亿元    对标美、俄等国，我国直升机数量缺口较大，从结构上来看，美俄中型多用途直升机占比近年来不断提升。考虑到冷战结束以来各国直升机换代速度放缓，预计未来20年，直-20数量将达到美国的同类型号数量的30%左右，达到1000架，直-10、直-11数量达到美国的50%，直-19、直-18等基本可达与美军同等数量水平。综合来看，预计未来20年，我国主要直升机需求量约2000架，在考虑备件的情况下，假设每架直升机发动机价值0.5亿元，由此带来发动机市场空间约1000亿元。我国军用直升机需求空间测算    预计我国民用大中型客机航空发动机市场空间约2万亿，通用航空发动机市场近千亿    未来20年民用大中型的航空发动机市场空间超过2万亿元。未来20年中国需要新增民航大中型飞机超过6300架以上，潜在民用航空发动机新增需求超过1.4万台，加上更新、维修、保养等业务的市场价值，民用航空发动机市场空间合计有望超过2.0万亿元。未来20年我国民用大中型飞机航空发动机新增市场空间测算    未来20年我国通航用航空发动机市场规模有望接近1000亿元。低空空域放开将有望打开我国通用航空发展的瓶颈，拉动中小型航空发动机需求。2016年5月17日，国务院发布关于促进通用航空业发展的指导意见，计划到2020年，通用航空器达到5000架以上，当前不足3000架。近年来我国通用航空器增速维持10%以上，我们预计未来20年，中国通用航空器有望达到20000架，按平均1台发动机人民币200-500万元测算，未来20年通航发动机市场规模将在1000亿元左右。