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奇亿主管安信军工冯福章:航空发动机国产化势在必行58856关注两主线

导读: (奇亿主管: 58856)   ■航空发动机:飞机的心脏,国家安全的战略保障。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。航空发动机具有研制周期长,技术难度大,耗费资金多等特点,当今世界能够

 ■中国军用航空发动机:测仿起步实现自研,自主可控是大势所趋。我国航空发动机经历了“维护使用-测绘仿制-型号研制-开展预研”的反过程,当前已建立起了相对完整的发动机研制生产体系,具备了涡喷、涡扇、涡轴、涡桨等类发动机的系列研制生产能力,国产发动机已装配歼击机、运输机、轰炸机等多种机型。当前我国军机发动机国产化比例已大大提高,但新型号发动机,尤其是四代发动机用的小涵道比涡扇发动机和大型运输机、轰炸机用的大涵道比涡扇发动机,技术较为落后,存在明显短板。随着军机换装列装提速,再叠加发动机国产化比例不断提高,我国军用发动机行业将迎来快速发展时期。

  ■航发集团成立带动产业发展,“两机”专项带来政策红利。航发集团成立,飞发分离体系正式确立,航空发动机国产化高度可期;两机专项的推出必定会给两机行业带来巨大的政策红利,将从根本上解决长期困扰我国航空发动机与燃气轮机产业的投入不足问题,在政策和资金的有利支持下,将推动我国航空发动机与燃气轮机技术赶超世界先进水平,实现历史性飞跃,我国航空发动机和燃气轮机产业将加速发展,并有望在未来打破巨头垄断进入国际市场。

  ■航空装备尤其新型战机换装列装带来对发动机的巨大需求。发动机是核心分系统,军用航空发动机的发展和军机发展相辅相成,而军机发展依赖于航空兵部队(包括空军航空兵、陆军航空兵、海军航空兵等,空军为主力)建设。目前我国军机尤其是战斗机数量和结构与美国有较大差距,与战略空军建设目标还有较大的差距,预计随着国防预算的倾斜以及战略空军建设的要求,我国航空装备尤其战机换装列装有望加速,带来对航空发动机的巨大需求。

  ■我国军用航空发动机市场:未来十年年均420亿元。全球军用航空飞机发动机市场将从2018年的162亿美元增加到2028年的250.5亿美元;预计未来十年,我国军用发动机平均每年购置经费280亿,维修费140亿,合计420亿;按各部分拆分费用,平均每年叶片161亿、零部件182亿、动力控制系统49亿。

  ■投资建议:我们认为,航空发动机具有极其重要的战略地位,国产化势在必行,当前军用航空发动机投资主要围绕两条主线:

  ①具有垄断地位的国家队主机厂:我国军用航空发动机生产由航发集团主导,当前量产的发动机型号较少,新型号一旦定型量产,具备垄断地位和稀缺性的主机厂将显著受益;

  ②材料、叶片等领域寻求突破的民营企业:近年来许多民营企业投身于航空发动机产业,关键技术一旦突破,将极大促进行业发展,同时也为自身打开巨大的发展空间。

  ■相关上市公司:航发动力(50.120-1.09-2.13%)航发科技(31.300-1.13-3.48%)航发控制(21.720-1.44-6.22%)华伍股份(11.9000.050.42%)炼石航空(13.660-0.87-5.99%)应流股份(29.640-1.32-4.26%)海特高新(17.2400.171.00%)火炬电子(40.790-0.01-0.02%)

  ■风险提示:宏观经济表现低迷,军工行业也很难独善其身;相关支持资金未按时按量下拨;军工集团发展战略调整、上市公司定位发生变化;技术与产品研制进程的不确定性。

 报告正文

  一、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。

  1. 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。

2. 航空发动机发展历程

  2.1. 活塞式发动机:低速、通用飞机仍在应用

  活塞式航空发动机是一种往复式内燃机,通过带动螺旋桨高速转动而产生推力。为满足功率要求,活塞发动机一般由多气缸组合构成,多个缸体同时工作带动曲轴和螺旋桨转动以产生足够动力。1903-1945年,活塞式发动机作为飞机的动力装置,占据了统治地位。在两次世界大战的需求牵引下,活塞发动机不断改进完善,得到迅速发展,达到其技术的顶峰。战后随着涡轮喷气、涡轮螺桨和涡轮风扇发动机的发展,活塞发动机逐渐退出了大中型飞机领域,其被取代的主要原因:①飞行速度限制,活塞发动机外形阻力大,螺旋桨高速旋转时效率低;②工作原理限制,活塞式发动机中进气、加压、燃烧和排气四个工作阶段是通过活塞在一个气缸的往复运动分时依次进行的,每个汽缸能发出的功率受到工质温度的限制,随着功率增大,活塞发动机汽缸数增多,重量急剧增加,功重比严重降低。

  但由于活塞发动机具有效率高、耗油率低和价格低廉等优点,在功率需求小于200千瓦的小型低速通用飞机上仍有一定优势。在小型公务机、农业飞机、支线和一些小型多用途运输机(森林灭火、搜索、救援和巡逻等),活塞发动机仍被广泛地采用。

 2.2. 涡喷发动机:已逐步被涡扇发动机取代

  涡喷发动机一般由进气装置、压气机、燃烧室、涡轮以及喷管等部件组成,其中压气机、燃烧室、涡轮组成了发动机的核心机。涡喷发动机的主要流程都是在核心机中完成,包括空气的压缩、燃烧、涡轮做功等。空气经进气道进入发动机后,首先经过压气机,加压后进入燃烧室,与燃料掺混,点火燃烧,形成高温气体,高温气体膨胀驱动涡轮工作,经过涡轮后的燃气通过喷管排出而产生推力。现代战斗机需要短时间增加推力时,就在涡轮后再加上一个加力燃烧室喷入燃油,让未充分燃烧的燃气与喷入的燃油混合再次燃烧,可使发动机的推力增加至1.5倍左右。

  涡喷发动机的发展经过20世纪40~50年代马赫数1一级的第一代单轴发动机,50~60年代的马赫数2~3一级的第二代双轴加力式涡喷发动机,到70年代初用于“协和”超声速客机的Olympus 593涡喷发动机,从此再没有重要的涡喷发动机问世。虽然涡喷发动机使航空飞行进入了超声速时代,但涡喷发动机产生推力时会高速喷出燃气,高速高温燃气喷出发动机后直接散溢造成巨大的能量损失,因此涡喷发动机的经济性差、油耗高。目前除了尚未退役的部分二代战斗机用涡喷发动机外,大多数已被涡轮风扇发动机所取代,当前小型涡喷发动机主要应用于中高空无人机、靶机和弹道导弹领域。


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