航空发动机产业链梳理扬帆起航正当时.docx
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1、目录1 .航空发动机:现代工业“皇冠上的明珠”,核心机是发动机研制关键的一环 41.1 航空发动机三大特点41.2 核心机是发动机研制关键的一环5.航空发动机产业链包括上游研发设计、中游分系统制造和下游整机制造 61.3 整机制造61.4 叶片锻造及铸造71.5 动力控制系统91.6 零部件(包括锻造件、铸造件和饭金件)91.7 高温合金101.8 陶瓷基复合材料及铁合金 12.军用航空发动机市场空间测算132 .相关上市公司:142.1 航发动力(600893) 142.2 钢研高纳(300034) 14.风险提示15相关报告汇总16插图目录图1:国产太行发动机4图2:普惠公司的F119发动
2、机被应用在F22上5图3:GEF-110核心机5图4:航空发动机产业链6图5:疑似换装ws-20的大运7图6:航空发动机叶片7图7:航空发动机涡轮叶片 7图8:涡轮叶片气膜冷却结构开展历程8图9:航空发动机中高温合金应用部位11图10:陶瓷基符合材料 12图11:航空发动机构成材料12图12:航空发动机生命周期示意图 13表格目录表1: 我们预测的局部重点机型发动机配套情况 4东富证券DONGXING SECURITIESPH东兴证券行业报告国防军工行业:航空发动机产业链梳理,扬帆起航正当时资料来源:高温合金外分类)(热处理,2018年05期)、高温合金一般应用于四大领域。新型的先进航空发动机
3、中,高温合金用量占发动机总重量的40%60%以上,至 用于燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘四大热端部件,此外还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部 件。燃烧室是发动机各部件中温度最高的区域,燃烧室内燃气温度可高达15002000C,作为燃烧室壁的高温合 金材料需承受800-900C的高温,局部甚至高达1100C以上。除需承受高温外,燃烧室材料还应能承受周期 性点火启动导致的急剧热疲劳应力和燃气的冲击力。用于制造燃烧室的主要材料有高温合金、不锈钢和结构 钢,其中用量最大、最为关键的是变形高温合金。导向器也可称为涡轮导向叶片,用来调整燃烧室出来的燃气流向,是涡轮发动机上承受温度最高、热冲击最 大
4、的零部件,材料工作温度最高可达1,100以上,但涡轮导向叶片承受的应力比拟低,一般低于70MPa。 该零件往往由于受到较大热应力而引起扭曲,温度剧变产生热疲劳裂纹以及局部温度过高导致烧伤而报废。 因此,导向器材料大多采用精密铸造锲基高温合金。涡轮叶片是涡轮发动机中工作条件最恶劣也是最关键的部件,由于其处于温度最高、应力最复杂、环境最恶 劣的部位而被列为第一关键件。涡轮叶片又称工作叶片,涡轮叶片在承受高温的同时要承受很大的离心应力、 振动应力、热应力等。其所承受温度低于相应导向叶片50-100,但在高速转动时,由于受到气动力和离心 力的作用,叶身局部所受应力高达140Mpa,叶根局部达28056
5、0MPa,涡轮叶片材料大多也是精密铸造锲 基高温合金。涡轮叶片其结构与材料的不断改进已成为航空发动机性能提升的关键因素之一。涡轮盘在四大热端部件中所占质量最大。涡轮盘是航空发动机上的重要转动部件,工作温度不高,一般轮缘 为550-750C,轮心为300c左右,因此盘件径向的热应力大,特别是盘件在正常高速转动时,由于盘件质 量重达几十至几百千克,且带着叶片旋转,要承受极大的离心力作用,在启动与停车过程中又构成周期性的 大应力低周疲劳。用作涡轮盘的高温合金为屈服强度很高、细晶粒的变形高温合金和粉末高温合金。在我国, 涡轮盘中变形高温合金GH4169合金用量最大、应用范围最广。高温合金行业需要依托强
6、大的生产和研发技术方能保障企业的正常运行,同时还涉及产品认证的问题,尤其 是军品认证周期长、审核严,故高温合金行业的准入门槛高,行业内企业少,国内目前的主要厂商有钢研高 纳、ST抚钢、图南股份。图9:航空发动机中高温合金应用部位P12东富证券DONGXING SECURITIES低压涡轮索烷室高温合金高暹合金应由发动机输高压缰器钛/器报画飘钛混合金图11:航空发动机构成材料图10:陶瓷基符合材料资料来源:百度百科,资料来源:GE公司网站,东兴证券行业报告国防军工行业:航空发动机产业链梳理,扬帆起航正当时先进航空发动机中关键的热襦承力部件(红色局部)全部为高温合金资料来源:钢研高纳招股说明书,2
7、.6陶瓷基复合材料及钛合金陶瓷基复合材料就是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结 构陶瓷,这些陶瓷材料具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能,但其致命的弱点是 比拟脆,容易出现裂纹甚至断裂。而采用高性能纤维与陶瓷基体复合,就可以显著提高陶瓷韧性和可靠性。 纤维能阻止裂纹的扩展,从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。这样的陶瓷基复合材料具备了类 似金属的断裂行为,即受力较大时先发生拉伸,拉伸大到一定程度时才会发生断裂,只有具备这样优良韧性 的材料才具备在发动机涡轮叶片上使用的条件。目前国内厂商有火炬电子等企业。钛合金指的是多种用钛与
8、其他金属制成的合金金属,强度高、耐蚀性好、耐热性高。根据加入的元素不同, 钛合金的属性也不同。主要应用于压气盘、静叶片、动叶片、机壳、燃烧室外壳等零件部位。2014年我国生 产航空航天领域用钛销售量合计4861吨,其中宝钛股份、西部超导继续稳居行业前列。东富证券DONGXING SECURITIES资料来源:全球分析网( cn),P13P13东兴证券行业报告国防军工行业:航空发动机产业链梳理,扬帆起航正当时3 .军用航空发动机市场空间测算军用航空发动机主要包括新增市场和存量维护保养市场:新增市场方面,我们分别假设未来十年我国新增各类型军机数量、发动机数量和单机价格。存量维修和保养市场方面,航空
9、发动机每运行一段时间(50-100个小时)需要进行一次专检,检查易损件和承 力件以及油滤油泵的性能,飞行6001000小时再进行一次大修,更换局部易损承力部件,一台发动机设计 寿命要比实际寿命小。一般航空发动机整个生命周期大修次数为3次左右,第一次大修周期约为600小时,畿 的间隔时间逐次递减,一般间隔时间是上一次的80% 航空发动机后续维修和保养费用较高,我们维修和保 养费用价格为新机的12倍。图12:航空发动机生命周期示意图表3:发动机增量市场测算架数发动机数换备系数单价(万美元)增量市场存量维修和(亿美保养市场(亿合计市场(亿美类型二元)美元) U 战斗机10001.5(假设)1.550
10、0112. 5135247. 5直升机150021.5100455499教练机120021.51505464. 8118. 8舰载机30021.5500455499大型运输机30041.54007286.4158. 4中小型运输机20021.55033. 66. 6燃气轮机3021.54003. 64. 327. 92合计335. 1402. 12737. 22资料来源:中国产业信息网、我们预计未来十年军机航空发动机增量和存量市场分别为335.1亿美元和402.12亿美元,合计为737.22亿藐 平均每年约为516亿元(假设美元对人民币汇率为7) oP14东兴证券行业报告国防军工行业:航空发动
11、机产业链梳理,扬帆起航正当时东富证券DONGXING SECURITIES东富证券DONGXING SECURITIES4 .相关上市公司:整个航空发动机产业链都将随着十四五期间我国主战机型的放量和航空发动机上先进材料占比的提升而受 益,我们认为认为最为受益的环节相关公司包括,航发动力(发动机整机)、钢研高纳(高温合金龙头)、 图南股份(高温合金龙头)和中航重机(航空发动机锻造龙头)。我们重点跟踪的公司为:航发动力、钢研 图纳。4.1 航发动力(600893)国内航空发动机谱系最全,科研生产能力最强的企业。航发动力是国内大型航空发动机制造基地企业,国内 唯一的生产制造涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、活
12、塞全种类军用航空发动机的企业。公司主要业务分为三类:航 空发动机及衍生产品、外贸出口转包业务、非航空产品及其他业务。主要产品和服务有军民用航空发动机整 机及部件、民用航空发动机零部件出口、军民用燃气轮机、军民用航空发动机维修保障服务。目前已具备涵 盖航空发动机全寿命周期的设计、制造、总装、试车、维修整套技术和发动机综合服务保障能力,综合技术 水平国内领先。公司在叶轮、盘、轴、机匣加工、整体结构件、精密铸造、精密锻造等关键点上具备了国内 一流的制造能力。航发动力将受益于机型列装和国产替代等逻辑,产能释放和产品交付有望走上正轨。航发动力的十四五逻辑 除了与中航沈飞、中直股份和中航飞机一样受益于假设
13、干主战机型放量以外,还将受益于国内现有飞机航发的 国产替代、现存军机航发的维修替换市场以及未来民机市场爆发的逻辑。产能和交付方面,对于需求方面市 场并没有过多的忧虑,而从供应端来看,市场一直在担忧公司的产能和交付问题,不过从我们对于发动机产 业链的调研情况来看,或许十四五的产能和交付问题相对于十三五来说会有显著改善,主要原因就是十四五 的任务保障被放到了非常重要的位置,同时如果公司自身产能受限,不排除或会通过军民融合来解决产能问 题,所以产能和交付的问题其实可以更加乐观。未来的看点在于假设干型号定型和量产。十四五期间主战机型的全状态版本、各种改型都会加快列装,对大推 涡扇、大涵道涡扇、中推涡扇
14、、大功率涡轴都有强劲的需求,从研制时点来看,涡扇的三大型号和涡轴的一 大型号将在十四五期间定型,型号从定型到量产将令产业链上下游公司显著受益。公司在三季报中已经预测 2020年全年将向中国航发系统内关联方销售商品、提供劳务的金额比年初计划数大幅提升101.22%,关联 交易规模大幅超公司预期显示非计划需求大幅增加。4.2 钢研高纳(300034)高温合金龙头企业,航空航天用高温合金产能超千吨。钢研高纳是国内航空航天用高温合金重要的生产基地, 国内电力工业用高温合金的重要供应商,从事航空航天材料中高温合金材料的研发、生产和销售。公司目前 是国内高端和新型高温合金制品生产规模最大的企业之一,拥有年
15、生产超千吨航空航天用高温合金母合金的 能力以及航天发动机用精铸件的能力,在变形高温合金盘锻件和汽轮机叶片防护片等方面具有先进的生产技 术,具有制造先进航空发动机亟需的粉末高温合金和ODS合金的生产技术和能力。航空发动机是高温合金重要应用领域:先进发动机高温合金重量占比或到达70%高温合金在材料工业中主 要是为航空航天产业服务,需求占比约为55%,其次为电力和机械,需求占比分别为20%、10%,另外工 业领域占比7%,汽车、石油和其他领域占比分别为3%、3%和2%。在先进的航空发动机中,5070%重量东富证券东富证券东兴证券行业报告DONGXING SECURITIES国防军工行业:航空发动机产
16、业链梳理,扬帆起航正当时P15来自于高温合金,越先进发动机高温合金占比越高。发动机越落后变形高温合金的比重越大,发动机越先进 铸造高温合金的比重越大,铸造高温合金的本钱高、设计更复杂。航空装备进入快速列装期,航发新增和替代市场空间巨大。中国各类机型方面与美国相比还有大幅度的差距。 战斗机方面未来二代机将逐步退出历史舞台,三代机、四代机占比将逐步提升。运输机方面未来运-20的市 场需求量或达数百架。直升机方面我们认为我军最新研制的10吨级中型通用直升机直-20也将和黑鹰直升机 所取得成绩一样成为我军陆、海军的主力机型参与各种军事行动。我们假设未来15年几款战斗机、运输机 和直升机完成全部列装,航
17、空发动机领域新增合计市场空间约为1,730亿元,每年新增的航空发动机市场约 为115亿元人民币。我们预测的每年维护和替代市场空间约为24亿元人民币。我们假设高温合金价值量占 发动机价值量比重为20%,那么每年高温合金在航发领域的市场空间约为28亿元人民币。5 .风险提示发动机型号研制不及预期;军机列装速度不及预期;军品订单不及预期。东兴证券DONGXING SECURITIES东兴证券行业报告国防军工行业:航空发动机产业链梳理,扬帆起航正当时P3表3:发动机增量市场测算13P4东兴证券DONGXING SECURITIES东兴证券行业报告国防军工行业:航空发动机产业链梳理,扬帆起航正当时.航空
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