航空发动机行业分析报告.docx

1、航空发动机行业分析报告航空发动机行业分析报告1 全球航空发动机制造技术状况 航空制造是制造业中高新技术最集中的领域，整个制造过程对材料、工艺、加工手段、试验测试等都有极高的要求，而航空发动机技术则是高新技术中的尖端代表。美国国家关键技术计划说明文件将航空发动机技术描绘成“是一个技术精深得使新手难以进入的领域，它需要国家充分保护并利用该领域的成果，长期数据和经验的积累，以及国家大量的投资。”航空发动机是为飞行器提供动力的装置。按照发动机的工作原理分，主要为活塞式发动机、燃气涡轮发动机和冲压式发动机，其中，活塞式发动机主要是早期低速飞机上使用，冲压式发动机主要应用在导弹、火箭等飞行器上，目前广泛应

2、用在飞机上的发动机主要是燃气涡轮发动机。航空用燃气涡轮发动机根据其结构和用途又分为涡喷、涡扇、涡桨、涡轴等，广泛应用于军民用飞机及直升机。航空发动机主要包括了压气机、燃烧室、涡轮3大部件和发动机控制系统、发动机附件等。 两次世界大战期间，活塞式发动机发展迅速，到了第二次世界大战结束时已经达到其发展的顶峰，以它为动力的螺旋桨飞机的飞行速度从16km/h提高到近800 km/h，飞行高度达到15000 m。在第二次世界大战结束后，活塞式发动机开始由顶峰逐步退出主要航空领域，但仍广泛应用在轻型低速飞机和直升机上，如行政机、农林机、勘探机、体育运动机、私人飞机和各种无人机。 60年来，航空燃气涡轮发动

3、机逐步取代了活塞式发动机，开创了喷气时代，居航空动力的主导地位。在技术发展的推动下，涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机等在不同的飞行领域内发挥着各自的作用。1.1 航空发动机技术特点 航空发动机的特点在于其工作状况复杂、制造要求高、研制周期长、研制费用高。经过半个多世纪的发展，全球航空涡轮发动机技术取得了较大的进步：国外的航空发动机制造已经达到了相当高的技术水平，其发展趋势主要体现在战斗机、运输机和直升机这三种类型的发动机上：我们可以从前文所述中看到，战斗机发动机和运输机发动机在性能的要求上是各有不同的，战斗机发动机追求的是极限性能和高负荷；而运输机发动机则要求的是

4、可靠性、经济性等指标。而越来越显著的特点就是高性价比则是军用和民用发动机都追求的目标。 处于航空发动机技术前列的国家不断实施各种技术发展计划，推动着发动机各项性能的提高，在实施这些技术发展计划的过程中，不断涌现着新技术。这些新技术的趋势显示出高效和经济性是发动机未来发展方向。1.2 国内外航空发动机应用 1.2.1 军用航空发动机国内外仍具有代差 军用航空发动机整机研制生产的国家不多，这与航空发动机技术在各国之间市场化交流相对较少，处于较封闭的状态有关。为了战略考虑，一般各国战斗机所装配的发动机在各国国内或联盟内采购。相比全球先进的发动机研制水平，我国的航空发动机研制水平仍然有较大差距。我国第

5、3代战斗机发动机“太行”于2005年底通过设计定型，与美国第3代战斗机配置的F100发动机1973年10月定型的时间名义差距为32年，美国的第4代战斗机发动机已于2005年12月装备飞机，具备初始作战能力；第5代飞机已经试飞。我国原有第一、二代战斗机所用发动机基本是仿制或改装研制生产，近几年来，我国发动机事业在过去50年的技术积累下取得了较大进展；目前我国第三代战斗机开始装备部队，对应的发动机原来采用的进口俄罗斯产品，但目前研制成功的太行发动机将实现第三代战机的国产化；用于配套高级教练机的岷山发动机、用于配套通用飞机的九寨发动机均在研制中；第四代战斗机已经在研制，还有舰载机等等，相配套的发动机

6、也处于研制之中。秦岭发动机是中等推力（6-9吨）双转子加力式涡轮风扇发动机，是英国斯贝(SPEY)MK202发动机的国产衍生型，而MK202发动机曾经给60-70年代第2代战斗机F-4“鬼怪”式战斗机配套。西航集团1975年12月通过中国技术进口总公司与英国罗尔斯罗伊斯公司签订了专利许可权和生产合同进行引进，一开始采购英国材料、附件等进行装配，后来进行材料、附件等国产化，同时吸取了更多的先进技术对其进行改进、提升性能，2003年开始批量生产。 秦岭发动机主要给西飞集团的飞豹战斗机配套发动机，西航是秦岭发动机的主要部件生产和总装负责单位。飞豹战斗机，西飞80年代开始研制，1988年首飞，1994

7、年开始量产，是我国第一个完全自行研制的超音速歼击轰炸机。该机主要装备海军航空兵，2000年后其改进型开始装备空军。飞豹战斗机需求较稳定。 昆仑发动机是沈阳发动机设计研究所按照国军标自行研制的第一台具有全部知识产权的中等推力加力涡轮喷气发动机，80年代开始研制，经过259项严格考核，2002年7月通过国家设计定型，可以满足歼7、歼8改进型推力增大的需求。昆仑的研制标志着我国的航空发动机从测绘仿制、改进改型跨入了自行研制的新阶段。西航是昆仑发动机的协作单位，主要负责研制高压压气机单元体。 以昆仑发动机为基础改型研制的中等功率的QD128燃气轮机，功率等级为120m千瓦，热效率约30%。首台QD12

8、8燃机和发电机组于1999年3月开始研制，首台QD128燃机和发电机组已交付中原油田安装调试。 太行发动机是我国自主研制的大推力涡轮风扇发动机，为了配合歼10飞机的研制，我国80年代开始立项研制大推力涡扇发动机，05年底完成定型审查，目前已部分列装歼10、歼11。太行发动机的总装单位是中航工业下属单位，西航是主要协作单位之一。 太行发动机的研制成功在中国航空发动机研制历史上是一次重要跨越，使中国跨入了第三代航空发动机研制国家的行列，在自主研制航空发动机方面，实现了从中等推力到大推力的跨越；从涡喷发动机到涡扇发动机的跨越；从第二代发动机到第三代发动机的跨越。由太行发动机衍生的船用燃气轮机还可以作

9、为驱逐舰等大型水面舰只的主动力，为我国海军国产主站装备提供国产动力装置。1.2.2 民用航空发动机：国外企业垄断、国内企业起步 全球民用航空发动机市场几乎全被国外GE、PW、RR及SNECMA等几大巨头或者是这几大巨头设立的一些合资公司所占领。这几大巨头同时也是全球除前苏联体系国家外军用飞机发动机的主要供应商。我国在军用发动机研制领域有了跨越式的进展，但在民用航空发动机领域则几乎是空白，甚至我国的新舟支线飞机以及自主在研的ARJ支线飞机目前也只能选择国外的发动机进行配套。我国的民用飞机制造（主要是大型商用飞机）以中国商飞为总承单位，以中航工业集团为重要的协作单位，并向全球发包。我国目前尚无大型

10、民用飞机产品，只有少量支线飞机。据悉，我国自主研发的80吨级的C919客机计划在2014年底至2015年年中首飞，投入市场将在2016年左右。 对于民用发动机，中航工业集团下单独设立了中航商发公司。根据商发公司拟定的商用发动机发展规划中初定的时间表，预计第一批国产商用飞机的发动机在2016年取得适航证，这主要是与国产大飞机时间匹配。商发公司已经与CFM公司签订了C919客机项目推进系统协议，明确CFM公司将是C919集成推进系统（发动机、短舱、反推装置）的供应商，LEAP-X1C发动机将是对应的发动机型号，这款发动机同时也为空客A320neo飞机提供动力。LEAP研发项目目前正在顺利进行，并将

11、按计划于2016年投入运营。在民用航空制造领域，由于航空产品系统性和复杂性，整机供应商和发动机供应商控制着核心的研发和集成环节，在众多的零部件制造环节则是执行着核心的标准在全球范围内广泛采购。目前空客有1,500多家供应商，分布在27 个国家，波音的60 以上的零部件也都转包给其他供应商。全球航空制造业全部市场规模约为2,900亿美元，其中以波音和空客为代表的干线飞机市场规模约为780 亿美元，每年的对外转包生产总额约有290亿美元，而这其中，日本每年要承担100 亿美元转包生产额，韩国也有超过6亿美元的转包合同。GE、RR、PW等发动机制造寡头生产的民用航空发动机每年有70%以上的零部件依靠

12、外部采购。我国航空发动机制造企业在整个民用航空发动机制造链中处于低端环节。根据DMS（美国防务市场服务公司）的预测，2005-2008年仅发动机零部件转移生产的产值就达220-250亿美元，每年年均约60亿美元，预计未来10年，世界航空发动机零部件转移生产年均产值将达100亿美元。 中国一直是未来也将继续是飞机和发动机的最大买家。虽然中国为国产商用大飞机C919设立了专门的商业发动机公司，但短期内我国尚无能力研制出能通过适航认证的民用大涵道比涡扇发动机，仅能参与航空发动机转包业务。 2008年我国航空发动机零部件外贸转包生产约占全球市场份额的7%，近年来该比例有所上升，目前有近百种关键零部件被

13、国外发动机公司确定为唯一的供应商。我国主要的航空发动机转包业务约有80%以上集中于中航工业集团内。1.2.3 工业用燃气轮机应用广泛 工业用燃气轮机与航空用燃气涡轮发动机基本原理相似，只是输出功率用途更加广泛。 石油化工：包括油田、海上平台、气田的发电、增长、注水、注汽，我国已经开工的西气东输输气管线增压站需要2万千瓦等级燃气轮机作为压缩机的动力。已经完工的一线工程中所用到的燃机大多为GE、RR的产品。 舰船、机车动力：美、英、俄等国的水面舰艇已基本上实现了燃气轮机化，现代化的坦克用燃气轮机为动力。我国舰船多用柴油机、蒸汽轮机等，所用的不多的燃气轮机也大多为进口。 据了解，西方海军有各种舰只1

14、300余艘，采用了3000余台燃气轮机作动力。我国舰船多用柴油机、蒸汽轮机等，所用不多的燃气轮机也大多为进口。但是舰船用燃汽轮机国产化率将会进一步提升，国产的燃机型号将越来越多的出现在我国的海军舰船上。据媒体报道，QC185、QC70、R010 等燃气轮机已经陆续由中航工业集团推出，这标志着我国在装备国产舰用燃气轮机道路上迈出了关键一步。 发电：发达国家燃气涡轮发动机用于地面燃机和航空用途的比例约为2：3，而这一比例仍在不断上升。与传统燃煤发电机组相比，燃气轮机发电机组具有供电效率高、投资低、建设周期短、占地面积小、用水节约、调峰性能和环保性能好等诸多优点，成为洁净燃煤发电技术中的关键技术，也

15、是继蒸汽轮机后的主要动力装置。 最近几年世界上新增加的发电机组中，燃气轮机及其联合循环机组在美国和西欧已占大多数，亚洲平均也已达36%。简单循环和联合循环燃机电站占世界发电机组的比重将呈现上升趋势。近几年，美国、日本、英国的燃气轮机市场规模年均增长均超过了15%。而我国2008-2010 年燃气轮机行业年进口量均超过了8,000 万千瓦，2011 年进口量同比增长16%，预计2012 年进口量还将同比增长17%。 2010 年，中航工业与中国海洋石油总公司签署战略合作协议，将在国产重型燃汽轮机及航改型燃气轮机领域开展全面战略合作，以填补中国燃气轮机领域的空白。中航工业发动机公司作出了“十年规划

16、”燃气轮机产业的产值于2015 年将达到50 亿元，2020 年达100 亿元。 目前，全球燃气轮机设计和制造技术形成了高度垄断的格局，仅有GE、西门子/西屋、ABB、三菱等五六家企业掌握了重型燃气轮机的设计和制造技术，轻型燃气轮机则以GE、PW、RR 三家为主导企业。 我国重型燃气轮机制造主要以南京汽轮机厂、哈尔滨汽轮机厂、东方汽轮机厂、上海汽轮机厂、杭州汽轮机厂等为主要单位，并联合各科研院所单位进行；轻型燃气轮机的研制则集中在航空发动机制造单位，但总体上，研制技术水平与世界先进水平差距较大，主要的燃气轮机发电机组进口比重占90%以上。2航空发动机需求状况 根据RR公司董事会主席对未来20年

17、航空发动机市场的论述，全球民用航空发动机整机市场需求将达到8000亿美元，民用航空发动机服务需求达6000亿美元；而军用航空发动机整机需求达1550亿美元，军用航空发动机服务需求达2600亿美元；此外，与航空发动机技术同源的燃气轮机作为舰船动力未来20年全球的需求将达2150亿美元，相应的服务业务需求达1250亿美元。 2.1 军用航空发动机需求在于更换、升级和装备扩张 军用航空发动机需求主要来自于：（1）各国军力的维持，即军用飞机的循环小时数决定发动机的更换和大修周期， 保有的飞机对发动机的更新需求；（2）军用飞机的不断更新换代带来新的发动机产品的推出和老产品的退出；（3）更多国家近年来空军

18、装备扩张的倾向。 中国东边近邻朝韩日、南边接近年争执不断的南海诸岛以及争端不断的印巴、西边是争议热点的中东地区，北面是大国俄罗斯。处于这样的局势之下，强国已经不是一句空口号，强国已经关系到国家的经济利益和外向发展的前途。中国的军费开支占比水平已经由历史最低水平（1.03%左右）有所回升，但与其他国对比还是处于较低水平。按08年的军费开支水平和军队规模，中国军人平均军费大概为3万美元，美国约50万美元，英国约35万美元，日本约20万美元。在目前局势下，我们判断，中国的军费开支总体增速仍将趋于稳定。从军费开支结构上，与美国相比，中国的军费中人员开支占比明显较大，而美国的军费中训练维持费用占比则明显

19、较大。从军费的不同兵种结构来看，据估计中国陆军所获得经费份额大约占国防费的2/3， 海、空军则不到国防费的1/3。近年来经过不断调整，我国军兵种结构有所改善，但陆军经费占国防费的比重仍然偏高。美国则各兵种军费结构相对均衡。陆军海、空军2012 年1 月公布的美国新国防战略中提出战略要求保持美军的全球存在，强调在亚太地区和中东地区的安全利益，同时继续保持对欧洲和北约的防务承诺，并加强所有其他地区的同盟与伙伴关系，总的来说就是重亚太、稳中东、平欧洲、放美非；将抛弃冷战时期的系统，并将资金重点用于“情报、侦察、监视、反恐、对抗大规模杀伤性武器以及在敌对环境中作战的能力等”方面。我们判断美国的各军种费

20、用结构上，陆军费用占比可能将会有一定幅度的下降。 而从我军和美军的军费结构和兵力结构可以看到，我国军队的陆军比例需要进一步下降，陆军装备需要精良化、信息化；海、空军比例仍有提升空间，对应的装备也需要增加，需要继续优化结构，进一步缩小技术差距。 据Aviation Week & Space Technology 预测，全球军用航空发动机产量将在未来几年内趋于稳定，主要是由于目前各国战斗机正逐步进行着更新换代。PW 公司研制的配套美国第五代飞机的F119 和F135 发动机在研制过程之中，F/A-18E/F 所配的GE 公司的F414 在飞机换代之前仍将继续生产。随着全球军用教练机也在逐步淘汰落后

21、教练机队，将给军用教练机配套的低涵道比涡扇发动机市场带来机会。 我国的军用航空发动机需求主要来源于：（1）第三代飞机发动机国产化率进一步提高； （2）第三代飞机的列装量逐步加大或其他新型飞机列装量产； （3）各类在役飞机发动机的正常更换和维修； 中国的国防新白皮书曾指出，我国空军着眼于建设一支攻防兼备的信息化空中作战力量，重点发展新型战斗机、防空反导武器，加强指挥控制系统建设。 中国空军已初步建成高、中、低三层配置的作战力量，空中预警机、空中加油机、电子战飞机等新机种的陆续服役，战斗力水平有质的飞跃；但我国第二代飞机数量仍占较大比重，按照发展趋势来看，第二代飞机短期内仍将维持规模，我国第三代飞

22、机从俄罗斯的SU27进口开始逐步装备部队，到目前歼10、歼11列装，但占比仍然较小；第四代飞机还处于研制阶段，2011年初国内媒体披露了国产四代机的首飞，而到正式定型量产估计至少要5年以上。 歼10是我国自主研发的飞机，实现了第二代飞机向第三代飞机的跨越，而太行发动机的研制成功在中国航空发动机研制历史上是一次重要跨越：使中国跨入了第三代航空发动机研制国家的行列，使中国在第三代飞机在大批列装时有配置基础；在自主研制航空发动机方面，实现了从中等推力到大推力的跨越；从涡喷发动机到涡扇发动机的跨越；从第二代发动机到第三代发动机的跨越。 据媒体报道，我国第三代飞机的发动机目前主要还是以前期进口发动机为主

23、，因此国产发动机替代进口发动机是必然趋势；国防白皮书上介绍，目前我国第三代飞机已经开始作为骨干装备，但第二代及二代半飞机仍为主体。我们认为未来第三代及第三代以上的飞机数量扩充也将是趋势，配套的发动机也将会是国产发动机。 我国大型军用运输机、特种飞机载机依赖进口，国内自主研制生产的中型运输机只有使用了几十年的运8及其改型载机等。大型运输机对远程军力投放、物资供给等具有重大作用，是具有战略意义的机型；以此为载机衍生的预警机、电子侦察机等特种飞机对于战略海、空军的建设、打赢电子战、信息战的目标同样具有重大意义。这些大型军用运输机、特种飞机的发动机一般都配置大涵道比涡扇发动机。我国想要突破这些飞机的研

24、制难点，重点之一就在于发动机的突破。2.2 民用航空发动机需求在于通用航空、干线和支线航空市场 对于航空产业来说，军用产品的需求量并不能真正体现出这一高端技术的全部价值，民用方向才能真正使技术产业化、产品规模化。 空中客车公司预测：未来20年的客运周转量将从2009年的4.76兆客公里增长至2029年的12.03兆客公里，年均复合增长率4.8%；货运周转量（FTKs）也复合增长率也将达到5.9%； 波音预计，2012-2031年全球乘机客运周转量复合增速约5%，货运周转量复合增速约5.2%。航空运输周转量的持续稳定增长将直接带来对民用客机的需求，波音公司预计未来20年内，全球将需要3.4万架新

25、民用飞机，总价值达4.5万亿美元。中国商飞预测2011-2030年将有价值约37,000亿美元（以2011年目录价格为基础）的超过30,900架新机交付，其中大部分仍为单通道喷气客机。全球航空旅客周转量（RPK）将以平均每年4.9%的速度递增。预计到2030年，全球航空旅客需求量将是现在的2.5倍，全球客机机队规模将近36,000架，是现有机队（17,600架）的两倍多；未来20年，中国的航空公司将有约4700架新飞机交付，市场价值超过5000亿美元。到2030年，中国占全球客机机队比例将从现在的9%增至15%。 根据世界航空发动机制造商罗罗公司发布的2012-2031年市场展望报告预测，未来

26、20年中全球对新民用飞机（包括通用航空飞机、支线和干线飞机）的购买需求将达到6.8万架，形成一个14.9万台发动机、总价值达9750亿美元的巨大市场。3国外航空发动机发展道路 3.1 航空发动机强国从国家层面都高度重视航空发动机产业 美国对航空发动机一直非常重视，其国防部制定的2010 年联合构想和2020 年联合构想中，都凸显了航空发动机的重要战略地位：“航空平台成功的关键是推进系统，燃气涡轮发动机有着无与伦比的优点，在增强航空平台性能、机动性、武器控制和任务灵活性的同时，能实现最小的综合成本”。并将发动机列为构成美国军事战略基础的九大优势技术之一（优于核技术）。 2000 年之后美国政府对

27、推进技术的研究和技术计划的投资锐减，2006 年AIAA （美国航空航天学会）推进技术委员会经AIAA 理事会的批准发表了一份关于VAATE计划的立场报告，呼吁政府从财政上支持VAATE计划，他们在报告中指出“飞机涡轮发动机多年来在美国武装部队建立和保持空中优势方面作出了卓越的贡献。未来的军事要求继续追求能力更强、更耐久、成本效益更好的飞机系统；然而这些系统只有在推进系统的能力继续提高时才能实现。为了以经济可承受和及时的方式实现这些进步，必须有一项健全的航空推进系统研究计划。这样的一项计划对国家安全利益是具有关键性的减少推进系统的科学和技术的投资是要冒风险的，因为痛苦也许不会马上感觉到。然而，

28、如果今天的决定导致美国涡轮发动机领导地位的丧失，在下一个十年将会感到极其的痛苦。” 罗罗公司在70 年代由于三转子发动机这样的新技术的研发，经营陷入绝境时， 英国政府全力注资救助收归国有，将同一品牌下的汽车业务分拆出去，后来罗罗发动机业务恢复正常重新私有化后，国家仍保留优先股以阻止超过15%的股权落入外国投资者手中。我们认为国内航空发动机的发展也应该从国家、军队和企业整个产业链共同努力，发动机重大专项的实施也是要全产业链的配合和努力。 3.2 国外航空发动机研发的技术基础：独立于特定型号之外的基础研究和预先研究 国外会花费大量财力和精力在预研工作上，预研工作到达一定程度时才会转入研制的工程制造

29、与发展阶段。美国军方、政府和企业1988年联合组织实施了“高性能涡轮发动机综合技术”(IHPTET)计划，之后又从2006年开始实施IHPTET计划的后续计划“经济可承受的通用先进涡轮发动机”(VAATE)计划，这两个计划的共同特点是不针对具体发动机型号，而是注重于关键技术的研究和试验验证，为型号发展提供技术基础和直接的技术支持。比如IHPTET计划下的子计划分别针对不同类型的发动机比如涡轴/涡桨发动机、涡喷/涡扇发动机和短寿命发动机，包括结构、材料、基础件、仿真技术、控制等等各方面，这些技术成果很多已经用于现有军民用发动机的改进改型和新型号发展中，使现有航空推进系统的性能达到了更高水平。 美

30、国从20世纪50年代就开始探索发展预研计划。初期预研计划由军方与企业制定；后来预研计划由政府NASA主持，企业及高等院校制定；80年代后期预研计划由军方与政府NASA联合主持，企业制定。1988年美国空军发起制订实施高性能涡轮发动机技术（IHPTET）计划，海军、陆军、国防部、NASA和七家主要发动机制造商都参与了这项计划。计划目标是2005年使航空推进系统能力翻一番，即推重比或功率重量比增加100%120%，耗油率下降15%30%，生产和维修成本降低35%60%。以1995、2000和2005年为三个阶段的截止点，分别达到总目标的30%、60%和100%。这个计划在不同阶段主承包单位和备选承

31、包单位都推出了采用新技术的核心机以期达到各阶段目标。 20世纪70年代，英国国防部、皇家飞机设计院和国家燃气涡轮研究院发起了一个长期的军用航空发动机技术综合验证计划（ACME计划），计划的主要资助方为英国国防部和罗罗公司，其次还有德国的MTU公司和意大利的FIAT公司。迄今为止，ACME计划是英国和欧洲投资最多、规模最大的一个军用发动机技术发展计划。 ACME计划的总目标是提供未来先进战斗机发动机所需技术，但该计划的目标并不是研制一种发动机，而是有最终的技术目标：推力达到889611120daN，推重比达到10和12，总压气机级数减少到67级，总增压比达到24左右。 美国和欧洲为了不断保持航空

32、发动机的世界领先地位，实现战略垄断，每隔几年就出台一个航空发动机发展计划，在相关技术研发上投入几百亿到几千亿美元。例如，IHPTET计划在15年内总经费为50亿美元，平均每年为3亿多美元，政府拨款和工业部门投资各占一半。 据统计，美国航空发动机的研究和发展费用(包括型号研制和改进、改型)约占整个航空发展经费的1/31/4。其中不针对特定型号的发动机预研费约占全部发动机研究和发展费用的3035甚至更高。美、英、法发动机技术发展较均衡的国家每年的科研投资在10亿甚至几十亿美元；我国近几年也出台了发动机发展计划，经费在几千万到几亿元人民币。相形之下，研发经费差距甚远。0.005.0010.0015.0020.0025.0030.00亿美元美英 法中国外发展航空发动机一般走的都是“应用研究-先进部件-核心机-验证机”发展道路，美国国防部将科研阶段划分为应用基础、探索发展研究、预先发展、工程发展和使用发展等五个阶段,又将预先发展分为技术验证机和