航空发动机的演变及国内产业格局
--航空发动机行业研究报告
报告综述:
航空发动机是飞机核心部件,约占飞机整机价值量的 20%~30%,其设计研发水平、 制造工艺直接影响飞机的性能及可靠性。当前航空发动机主要包括涡喷、涡扇、 涡桨、涡轴发动机,其中涡扇发动机凭借高效率低油耗,成为当前大多数客机及 军机的主要动力类型。航空发动机全生命周期主要经历研发、制造、维护三个阶 段,目前我国已具备航空发动机完整的产业链,其中原材料配套主要以大型钢厂、 研究院所等传统国企为主;零部件制造主要以航发集团为主,部分民参军企业共 同参与;军民用航发整机生产由航发集团主导。
航空发动机是飞行器核心部件。航空发动机是飞机核心部件,约占飞机整机价 值量的 20%~30%。作为飞机动力的直接来源,其设计、研发、制造、工艺等均 需要精尖的科学技术水平,直接影响飞机的性能、可靠性及经济性,其发展水平 更是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。按照工作原理不同,航空发动 机可以分为活塞式和喷气式,早期飞机几
乎全部使用活塞式,但由于功率限制, 只适用于低速飞行,20 世纪 40 年代以来,喷气式开始成为飞机的主要动力。喷 气式按有无压气机又主要分为涡轮发动机和冲压发动机,涡轮发动机是目前最核 心的航空发动机。
涡扇发动机高效率低油耗,是当前主流应用类型。航空用燃气涡轮发动机主要 包括涡喷、涡扇、涡桨、涡轴发动机,不同的设计速度与油耗特性差异决定了各 自应用场景:涡喷发动机高速度高油耗,已逐步被涡扇发动机替代,主要用于部 分尚未退役的军用二代战机;涡扇发动机由于其高速度、中等油耗的特点,是现 在大多数客机及军机的主要动力类型;涡桨发动机油耗低、推力较大,但飞行速 度受限,多用于低速运输机、轻型飞机及加油机等;涡轴发动机功率大、易于起 动,主要用作直升机的动力。
我国已具备完整的航空发动机产业链。航空发动机全生命周期主要经历研发、制 造、维护三个阶段,三者的价值量比例分别为 10%、40%、50%。制造环节中, 按部件价值拆分,涡轮部分占比最高,约 30%,其次为压气机,约 20%-30%;按制造成本拆分,原材料占比最高,约 50%,用材主要以高温合金和钛合金为主, 人工成本占 25%。当前我国已具备完整的航空发动机产业链研发制造能力,包括 上游原材料制备、零部件制造、中游分系
统组装、下游主机厂总装和后续维修等 环节,其中原材料配套商主要以大型钢厂、研究院所等传统国企为主;零部件制 造市场主要以航发集团和中航工业为主,部分民参军企业共同参与;航空发动机 整机生产制造由航发集团主导,主要集中于集团旗下的四所七厂;军用航发维修 以军方维修厂和主机厂为主,民用航发维修以 OEM 厂家和民航投资企业为主。
航空发动机是飞行器核心部件
航空发动机产业是我们重点看好的细分产业方向,我们判断我国的航空发动机产业自 2020 年开始已出现明显的产业拐点,并将迎来至少 5-10 年黄金发展期。在航空发动机 专题系列报告一《航空发动机产业链的投资契机》(2020-2-17)中,我们已详细介绍了全 球航空发动机产业的市场格局和国内产业的发展历程及未来趋势。本篇报告是该专题的第 二篇报告,主要介绍航空发动机的型号演变、各部件的价值量拆分以及国内的产业格局。
航空发动机是航空器的“心脏”
油耗低航空发动机是为航空器提供飞行所需动力的装置,是航空器的“心脏”。航空发动机 是飞机
动力的直接来源,其设计、研发、制造、工艺等均需要精尖的科学技术水平,直接 影响飞机的性能、可靠性及经济性,在现代工业领域里占据重要地位,被誉为现代工业“皇 冠上的明珠”,其发展水平更是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。目前,世界 上能够独立研制高性能军用航空发动机的国家只有美、俄、英、中等少数几个国家,民用 领域则由美、英两国垄断,技术工艺门槛较高。
航空发动机约占飞机整机价值量的 20%~30%。航空发动机作为飞机最核心的部件, 其性能直接影响着飞机的服役行为和可靠性,且航空发动机工作环境严苛,内部结构复杂, 设计制造要求高,种种原因使得其制造成本高、价值量高。一般而言航空发动机制造成本 约占整机制造价值的 20-30%,仅次于飞机机体结构,且机型越小,发动机价值占比越高, 机型越大,发动机价值占比相对越低。
航空发动机分类
航空发动机通常由压气机、燃烧室、涡轮、排气装置等系统组成。压气机位于航空发 动机进气道后方,主要作用是吸收、压缩空气,提升气体压力;燃烧室位于压气机的后端, 涡轮的前端,是发动机中提高燃气温度的重要装置,从燃烧室流出的高温、高压燃气流入 涡轮进行膨胀做功;涡轮是航空发动机重要动力来源,处于航空发动机中工作温度最高、 转速最快的部位,从涡轮中喷出的高温高压燃气,在尾喷管中继续膨胀,以高速从喷口向 后排出,使得航空发动机获得了推力。此外,由压气机、燃烧室以及驱动压气机的高压涡 轮组成的装置用来提供高温高压燃气,称为燃气发生器,是发动机的核心部分,决定了发 动机的整体性能,也称之为核心机。
航空发动机从结构上可分为活塞式与喷气式。喷气式中按是否有压气机可以主要分为 燃气涡轮发动机和冲压式发动机。早期的飞机及直升机几乎全部使用活塞式发动机,由于 其功率的限制,只适用于低速飞行。20 世纪 40 年代以来,涡轮发动机开始成为现代飞机 与直升机的主要动力。冲压式发动机构造简单、重量轻、推重比大、成本低,具有较好的 经济性,但其不能在静止的条件下自行起动,而需要其它发动机做助推器,当飞机达到一 定飞
行速度后才能有效工作,不能自行起动限制了其在航空器上的应用,目前仅用在导弹 和在空中发射的靶弹上,本文主要讨论航空燃气涡轮发动机。
涡扇发动机高效率低油耗,是当前主流应用类型