航空发动机行业研究报告( 99 页)

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目录

1. 航空发动机：动力强军，科技强国 ...... 8

1.1 产业地位：工业皇冠上的明珠，高端制造业深水区 ...... 8

1.2 产业特点：高壁垒、长周期、高投入、高风险、高回报 ...... 11

1.2.1 研制特点：高技术壁垒、长研制周期、高投入成本、高研制风险 .... 11

1.2.2 经济特点：高壁垒带来稳定产业格局，一旦研制成功经济效益巨大 .... 13

1.2.3 产业特点：倒金字塔与小核心大协作、军民融合的产业格局 ...... 14

1.3 产业格局：全球呈现寡头垄断特征，中国军用航发三代机批量稳定交付 ....... 17

1.3.1 全球：全球仅5 大常任理事国具备独立研制航发能力，商用仅美英2 国 ..... 17

1.3.2 中国：军用航发三代机批量稳定交付，商用航发CJ1000/2000 加速研制 ..... 19

2. 成长逻辑：军工长坡厚雪最佳赛道，万亿市场纷至沓来 ....... 22

2.1 五大成长逻辑，铸就航发长坡厚雪大赛道 ...... 22

2.2 军用航发：主力型号批产提速，新型号带动产品线不断丰富 .... 23

2.3 军用航发维修：实战化训练加快耗损，航发维修后市场快速打开 ..... 28

2.4 商用航发：国产商用航空发动机研制进程加速，将带来巨大市场空间 ...... 30

2.5 燃气轮机：两机专项另一大赛道，预计未来10 年市场空间4940 亿元 ..... 31

3. 航空发动机产业链 .... 32

3.1 航空发动机价值拆分 .... 32

3.1.1 按全寿命周期：“研发、制造、维护”三大阶段 ....... 32

3.1.2 按整机产业链：“原材料、零部件、分系统、整机、维修”五大环节 ..... 33

3.2 原材料 .... 35

3.2.1 高温合金：先进航空发动机的基石材料，用量占比达40%~60% ....... 37

3.2.2 钛合金：航发减重必备材料，重量占比超25% ..... 46

3.2.3 复合材料：新材料、新工艺应用的重要方向 ...... 49

3.2.4 隐身材料：提高军机、航发作战效能必备材料 ...... 52

3.3 零部件 .... 54

3.3.1 铸造件 ....... 55

3.3.2 锻造件 ....... 59

3.3.3 钣金件 ....... 64

3.3.4 机加工 ....... 65

3.3.5 3D 打印 ...... 67

3.4 控制系统 ..... 69

3.5 整机 .... 72

3.6 航发维修 ..... 75

4. 投资策略：立足长期成长，“航发赛道+卡位核心”优选核心资产 ....... 77

4.1 航空发动机产业拥有非常好的商业模式，国内产业处于10 年以上黄金成长期的起点 .... 77

4.2 立足长期成长，选择“航发赛道+卡位核心”的优质资产 .... 80

4.3 重点标的 ..... 82

4.3.1 航发动力：我国军用航发总装唯一上市平台 ...... 82

4.3.2 航发控制：我国航空发动机控制系统垄断性企业，高确定性持续性的高增长 ....... 83

4.3.3 抚顺特钢：中国特殊钢的摇篮，军工装备放量建设的基石企业 ....... 84

4.3.4 钢研高纳：打造中国PCC，中国高温合金平台型龙头乘风起航 ....... 85

4.3.5 图南股份：布局高温合金“材料+精铸”，拥有航发爆款单品的稀缺性企业 .... 86

4.3.6 华秦科技：我国军用航发隐身材料核心供应商 ...... 87

4.3.7 西部超导：高性能合金材料龙头，引领我国高端合金材料产业发展 .... 88

4.3.8 宝钛股份：我国规模最大的钛材生产企业，军民双轮驱动成长 ....... 89

4.3.9 西部材料：立足航发、导弹、四代机等军工高增长赛道的核心钛材企业 ...... 90

4.3.10 中航重机：军民航空锻件龙头，“十四五”开启高成长之路 .... 91

4.3.11 派克新材：立足导弹、航发高景气赛道中的民营环形锻件龙头 ..... 92

4.3.12 航宇科技：深度布局航空发动机、导弹产业的民营环锻件企业 ..... 93

4.3.13 应流股份：两机叶片千亿美金赛道里的中国制造商 ...... 94

4.3.14 铂力特：进击的增材制造巨人，传统制造方式颠覆者 ...... 95

4.3.15 万泽股份：国内唯一具备“材料+构件”生产全流程研产能力的高温合金民企 ....... 96

4.3.16 航亚科技：布局全球两机领域的精锻压气机叶片核心供应商 .... 97

4.3.17 隆达股份：我国高温合金新锐，多个牌号已实现批量供货 .... 98

5. 风险提示 ...... 99

图表目录

图表1：航空发动机被誉为工业皇冠上的明珠 ...... 8

图表2：航空发动机产业集群一览 ....... 8

图表3：各种类航空发动机特点及发展情况介绍 ....... 9

图表4：燃气轮机产品分类及发展情况介绍 ..... 10

图表5：航空发动机技术衍生产品举例 ....... 10

图表6：航空发动机工作环境极端恶劣，进而带来非常高的技术壁垒 .... 11

图表7：航空发动机结构复杂，加工精度高，工艺难度大 ..... 11

图表8：航空发动机对产品可靠性及环境适应性要求极高 ..... 12

图表9：航空发动机研制流程极长 ...... 12

图表10：美国典型发动机研制经费与周期 ...... 12

图表11：GE 公司以F110 发动机核心机为基础派生发展出军、民用多种型号的发动机 ...... 13

图表12：CFM56 民用航发衍生产品众多，产品应用周期极长，收益确定性大 ....... 13

图表13：全球航空发动机产业格局 .... 14

图表14：我国航空发动机产业链上已有一批企业切入了全球两机赛道 ...... 15

图表15：航发产业链小核心大协作典型说明 ....... 15

图表16：“长江1000A”已有100 多家国内供应商..... 15

图表17：“长江1000A”拥有69 家国外潜在合格供应商 .... 15

图表18：国外部分典型军民两用航空发动机 ....... 16

图表19：2017-2021 年罗罗公司军用/民用航发营收情况 ..... 16

图表20：2017-2021 年罗罗公司军用/民用航发营收占比情况 ...... 16

图表21：我国军用航发产业链企业参与国产商发情况 ...... 16

图表22：全球主要军用航空发动机制造企业及其代表型号一览 .... 17

图表23：2020 年全球商用航空发动机市场格局 ...... 17

图表24：全球燃气轮机领域西门子和GE、三菱日立三足鼎立 ...... 18

图表25：中国军用航空发动机发展历程 ...... 19

图表26：我国军用航发相较美国在各项性能指标方面均存在较大差距 ...... 19

图表27：中、美、俄战斗机发动机发展对比 ....... 19

图表28：我国航空发动机制造企业及其代表型号一览 ...... 20

图表29：我国历代航空发动机及其代表型号情况 .... 21

图表30：CJ-1000A 商用航空发动机示意图 ..... 21

图表31：CJ-2000 商用航空发动机示意图 ....... 21

图表32：2014-2021 年黎明公司营收及增速 ....... 23

图表33：2014-2021 年西航公司营收及增速 ....... 23

图表34：与美国相比，我国各类军机在数量上均有明显的差距（架） ...... 23

图表35：我国战斗机代次与美国相比有明显差距（架） ...... 23

图表36：航发产业链上公司正在加大对于后续型号的研发投入（单位：亿元） ..... 24

图表37：未来10 年我国军用航空发动机新机市场空间测算 ..... 24

图表38：军机主机厂及航发产业链企业合同负债科目（亿元） .... 25

图表39：航发产业链企业现金流情况 ..... 25

图表40：航发产业链企业2022Q1 应付账款同比大幅增长，预示生产任务饱满（单位：亿元） ...... 26

图表41：航发动力、航发控制关联交易预示2022 年航发产业将迎来高增长 ..... 26

图表42：2021、2022Q1 航发产业链企业营收及利润增速情况 ..... 27

图表43：航发产业链企业2021、2022Q1 存货同比实现大幅增长，预示短中期收入端将迎来增长（单位：亿元） ...... 27

图表44：罗罗公司民用航空发动机原始设备和售后服务营收占比 ..... 28

图表45：罗罗公司军用航空发动机原始设备和售后服务营收占比 ..... 28

图表46：航空发动机维护价值构成 .... 28

图表47：修理航空发动机冷热端零部件占比 ....... 28

图表48：未来10 年我国军用航空发动机维修市场空间测算 ..... 29

图表49：“长江1000”国产商用航发研发历程 ...... 30

图表50：未来10 年我国商用航空发动机市场空间测算 .... 30

图表51：不同发电方式平均度电成本（$/MWH） ....... 31

图表52：重型燃气轮机的市场份额（3 年平均总装机容量） .... 31

图表53：航空发动机全寿命周期价值分布 ...... 32

图表54：航空发动机全生命周期价值拆分 ...... 32

图表55：我国军用航空发动机产业链 ..... 33

图表56：航空发动机按工艺环节价值拆分及对应供应商 ...... 33

图表57：几种典型航空发动机按部件价值拆分 .... 34

图表58：涡扇发动机拆解图 ...... 34

图表59：航发发动机材料发展趋势 .... 35

图表60：航空发动机中各原材料重量占比及所适用零部件（重量占比以Genx 为例） .... 35

图表61：航空发动机材料分布示意图 ..... 36

图表62：航空发动机材料应用趋势 .... 36

图表63：高温合金在航空发动机上的应用 ...... 37

图表64：高温合金按工艺分类及详细介绍 ...... 38

图表65：中国变形高温合金厂商及其产能 ...... 38

图表66：航空航天用高温合金冶炼具有非常高的壁垒 ...... 39

图表67：国内铸造高温母合金企业（钢研高纳、图南股份营收和毛利率均采用铸造高温合金制品，中科三耐采用航空发动机系列产品数据） ..... 39

图表68：航空发动机粉末涡轮盘 .... 40

图表69：粉末高温合金三条主要制备路线 ...... 40

图表70：钢研高纳新型高温合金业务处于快速增长期 ...... 40

图表71：未来10 年高温母合金需求量测算 .... 41

图表72：高温合金上市公司的相关业务增速相对于航发动力发动机业务收入更高 ...... 42

图表73：航发产业链上游高温合金相关上市公司盈利弹性相较于下游总装更强 ..... 42

图表74：2003 年至今沪镍价格走势情况 .... 43

图表75：航发产业链高温合金企业2022Q1 盈利能力受到镍涨价影响，股价已充分反映 .... 43

图表76：2020 年和2021 年抚顺特钢相关扩产公告情况 ...... 44

图表77：2022 年抚顺特钢相关扩产公告情况 ..... 45

图表78：钛合金优势突出，在航空发动机上得到广泛应用 ....... 46

图表79：钛合金在航空发动机中的应用 ...... 46

图表80：典型航空发动机钛合金重量占比情况 .... 46

图表81：我国军用航空发动机钛合金用量变化情况 ..... 46

图表82：我国军用钛材产业链一览 .... 47

图表83：我国钛材消费分布（吨） .... 47

图表84：国内钛合金领域主要企业对比情况 ....... 48

图表85：先进飞机钛合金用量不断提升 ...... 48

图表86：F-22 飞机机身构件用钛情况 .... 48

图表87：航空发动机用复合材料简介 ..... 49

图表88：航空发动机材料不同温度下力学性能 .... 49

图表89：复合材料在航空发动机上的应用比例逐年提高 ...... 49

图表90：GE 公司在CMC 方面的投资 ..... 50

图表91：CMC 材料制备工艺及产业链 .... 50

图表92：碳纤维增强树脂基复合材料工艺及产业链 ..... 51

图表93：航空发动机用复合材料上市公司相关业务经营情况 .... 51

图表94：隐身材料分类及介绍 ....... 52

图表95：航空发动机八大典型隐身措施应用难点及代价 ...... 52

图表96：隐身材料产业链上下游 .... 53

图表97：我国隐身材料相关企业（单位：亿元/%） .... 53

图表98：典型小涵道比涡扇发动机EJ200 机械部件示意图....... 54

图表99：航空发动机典型零部件工艺流程及对应供应商 ...... 54

图表100：典型精密铸造工艺流程图 ...... 55

图表101：航空发动机叶片示意图 ...... 55

图表102：航空发动机叶片内部结构图 ....... 55

图表103：铸造高温合金三种形式：普通、定向、单晶 .... 56

图表104：燃气轮机涡轮叶片材料及成形技术发展 ...... 56

图表105：航空发动机机匣示意图 ...... 56

图表106：航空发动机燃烧室机匣外形面示意图 ...... 57

图表107：航空发动机燃烧室机匣工艺对比 .... 57

图表108：未来10 年中国军用航空发动机新机精铸机匣市场空间测算 ...... 57

图表109：我国航空发动机精密铸件厂商（单位：亿元） .... 58

图表110：航空发动机锻造工艺分类 ...... 59

图表111：中国航空发动机锻件厂商（单位：亿元） ....... 60

图表112：中航重机营收/归母净利润/折旧与摊销情况..... 61

图表113：锻造类企业规模效应在盈利能力端的体现 ....... 61

图表114：中航重机、派克新材、航宇科技2020-2022Q1 季度归母净利润同比增速情况 ....... 62

图表115：中航重机、派克新材、航宇科技2021 年营业成本结构 .... 62

图表116：中航重机、派克新材、航宇科技航空锻件毛利率 ..... 63

图表117：中航重机锻造产品各营业成本占营收比 ...... 63

图表118：派克新材航空航天锻造产品各营业成本占营收比 ..... 63

图表119：航宇科技航空锻造产品各营业成本占营收比 .... 63

图表120：航发锻造企业近年来进行积极募投扩产 ...... 63

图表121：钣金加工图示 ....... 64

图表122：带单独头部的环形燃烧室火焰筒 .... 64

图表123：火焰筒正环结构 .... 64

图表124：航空发动机生产工艺流程图（红色为机加环节） ..... 65

图表125：航空发动机零部件机加工四大制造特点 ...... 65

图表126：航空发动机主要零部件机加工工艺及流程 ....... 66

图表127：我国航发产业链机加工环节主要参与企业情况 .... 66

图表128：3D 打印技术成形原理.... 67

图表129：金属增材制造技术与机床行业对比 ..... 67

图表130：中国3D 打印产业链 ...... 67

图表131：金属3D 打印产品优点 ....... 68

图表132：铂力特3D 打印产品在航空发动机的应用 .... 68

图表133：航空发动机控制系统发展历程 .... 69

图表134：军民用航空发动机内部控制变量不断提升 ....... 69

图表135：航空发动机全权限控制系统组成示意图 ...... 70

图表136：航空发动机控制系统燃油原理框图 ..... 70

图表137：三种航空发动机控制系统全方位对比分析 ....... 70

图表138：航发控制产品在发动机整机中价值占比约11%左右 ..... 71

图表139：中国航空发动机控制系统参与企业经营情况（单位：百万元/%） ..... 71

图表140：我国军用航空发动机整机研制生产企业一览（单位：亿元/%） .... 72

图表141：航发动力、航发控制2022 年关联交易、经营目标数据预示2022 年航发产业将迎来高增长 .... 73

图表142：2011-2021 年航发动力毛利率变化原因分析（单位：%） .... 73

图表143：RR 公司2007-2013 年间军用航发营收与营业利润情况 .... 74

图表144：规模效应下RR 公司军用航发营业利润率不断提升 ....... 74

图表145：军品定价模式已由单一“成本加成”向目标价格管理转变 .... 74

图表146：推力随使用时间/修理次数的变化曲线 .... 75

图表147：耗油率随使用时间/修理次数的变化曲线 ..... 75

图表148：加力作动机匣电阻焊缝裂纹故障随使用时间变化的趋势图 .... 75

图表149：转子叶片断裂故障随使用时间变化的趋势图 .... 75

图表150：不同翻修间隔下航空发动机的单位小时大修费用情况 ...... 76

图表151：航发动力维修类募投项目情况 .... 76

图表152：美国精密机件公司PCC 按产品划分的主要业务领域 ..... 77

图表153：PCC 熔模铸件主要应用于航空航天领域（百万美元） ...... 77

图表154：PCC 分产品毛利率 .... 77

图表155：PCC 公司客户结构（营收占比） .... 78

图表156：PCC 各个业务来自GE 的收入 ..... 78

图表157：PCC 历年营收与固定资产规模（亿美元） ....... 78

图表158：PCC 历年资本支出（亿美元） .... 78

图表159：PCC 历年营收与净利润情况（亿美元） ...... 78

图表160：PCC 历年毛利率与净利率情况 .... 78

图表161：PCC 历年净利润和经营现金流情况 ..... 79

图表162：2010-2015 财年PCC 各业务分部经营收益 ...... 79

图表163：航空发动机产业链各环节投资策略 ..... 80

图表164：航发产业链重点公司介绍及盈利预测一览（单位：亿元） .... 81

图表165：航发控制历年营收及增速 ...... 83

图表166：航发控制历年归母净利润及增速 .... 83

图表167：航宇科技历年营收及增速 ...... 93

图表168：航宇科技历年归母净利润及增速 .... 93

图表169：万泽股份历年营业收入及增速 .... 96

图表170：万泽股份历年归母净利润及增速 .... 96

图表171：航亚科技历年营业收入及增速 .... 97

图表172：航亚科技历年归母净利润及增速 .... 97

图表173：隆达股份历年营业收入及增速 .... 98

图表174：隆达股份历年归母净利润及增速 .... 98