一、航空发动机,飞机的 “心脏”

1.1 航空发动机的分类

航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械,为航空器提供飞行所需的动力,是飞机的 “心脏”。按照发动机产生推力原理的不同和发动机工作原理的不同,航空发动机主要分为两大类,即空气喷气发动机和活塞式发动机。空气喷气发动机又分为涡轮发动机和冲压发动机。其中,涡轮发动机是目前应用最广泛的航空发动机,根据涡轮发动机的特点和用途,又可分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。航空活塞发动机主要用于轻型飞机、直升机、无人机等,应用场景较为有限。

1.2 航空发动机的结构

航空发动机是典型的复杂产品系统,其结构复杂,零部件种类繁多。以涡轮风扇发动机为例,航空发动机一般由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管等部件组成。进气道的作用是将空气引入发动机,并对空气进行初步压缩;压气机的作用是进一步压缩空气,提高空气的压力和温度;燃烧室的作用是将燃油与空气混合并燃烧,产生高温高压的燃气;涡轮的作用是将燃气的热能转化为机械能,驱动压气机和其他部件运转;尾喷管的作用是将燃气排出发动机,产生推力。此外,航空发动机还包括控制系统、润滑系统、燃油系统等辅助系统,以保证发动机的正常运行。

1.3 航空发动机的工作原理

涡轮风扇发动机的工作原理如下:空气首先通过进气道进入发动机,在进气道中,空气的速度逐渐降低,压力和温度逐渐升高。接着,空气进入压气机,在压气机中,空气被多级压缩,压力和温度进一步升高。高压空气进入燃烧室后,与燃油混合并燃烧,产生高温高压的燃气。燃气在膨胀过程中推动涡轮旋转,涡轮通过传动轴带动压气机和风扇旋转。一部分燃气从尾喷管直接排出,产生推力;另一部分燃气则通过外涵道,与风扇排出的空气混合后排出,也产生推力。涡轮风扇发动机通过这种方式将燃油的化学能转化为机械能和热能,为飞机提供飞行所需的推力。

二、航空发动机产业链全景图

航空发动机产业链是一个庞大而复杂的体系,涵盖了从原材料供应、零部件制造、发动机总装到发动机维修和售后服务的各个环节。产业链的上游主要包括原材料供应商,如高温合金、钛合金、复合材料等;中游主要包括零部件制造商和发动机总装厂,零部件制造商负责生产发动机的各种零部件,如叶片、机匣、涡轮盘等,发动机总装厂则负责将零部件组装成完整的发动机;下游主要包括航空公司、飞机制造商和维修服务提供商等,航空公司和飞机制造商是发动机的主要用户,维修服务提供商则负责发动机的日常维护和修理。

2.1 产业链上游:原材料

航空发动机对原材料的要求极高,需要具备高强度、耐高温、耐腐蚀等性能。目前,航空发动机常用的原材料主要包括高温合金、钛合金、复合材料等。高温合金是航空发动机中应用最广泛的材料之一,主要用于制造发动机的热端部件,如燃烧室、涡轮叶片、涡轮盘等。钛合金具有密度低、强度高、耐腐蚀性好等优点,主要用于制造发动机的风扇叶片、压气机叶片、机匣等部件。复合材料具有重量轻、强度高、可设计性强等优点,在航空发动机中的应用越来越广泛,主要用于制造发动机的风扇叶片、整流罩、进气道等部件。

2.2 产业链中游:零部件制造与总装

航空发动机零部件制造是产业链的核心环节之一,零部件的质量和性能直接影响发动机的整体性能。航空发动机零部件种类繁多,制造工艺复杂,需要具备高精度、高可靠性的制造技术。常见的零部件制造工艺包括锻造、铸造、机械加工、焊接、热处理等。发动机总装是将各种零部件组装成完整发动机的过程,需要严格按照工艺要求和质量标准进行操作,确保发动机的性能和可靠性。总装过程包括零部件的清洗、检测、装配、调试等环节,对工人的技术水平和操作经验要求较高。

2.3 产业链下游:发动机应用与服务

航空发动机的下游应用主要包括民用航空和军用航空领域。在民用航空领域,发动机主要用于客机、货机、公务机等飞机,为飞机提供动力。在军用航空领域,发动机主要用于战斗机、轰炸机、运输机、直升机等飞机,是提升军队战斗力的关键装备。发动机售后服务包括发动机的维修、保养、升级等服务,对于保证发动机的安全运行和延长发动机的使用寿命具有重要意义。随着航空发动机技术的不断发展,发动机售后服务市场也在不断扩大。

三、航空发动机产业链的发展现状与趋势

3.1 全球航空发动机市场格局

全球航空发动机市场呈现出寡头垄断的格局,美国通用电气(GE)、普拉特・惠特尼(普惠)、英国罗尔斯・罗伊斯(罗罗)三大巨头占据了全球商用航空发动机市场的主导地位。此外,由 GE 和法国赛峰集团合资的 CFM 国际公司以及由普惠、MTU 航空发动机和日本航空发动机协会合资的国际航空发动机公司(IAE)也在市场中占据一定份额。这些企业在技术研发、生产制造、市场销售等方面具有强大的实力和竞争优势,掌握着航空发动机的核心技术。

3.2 国内航空发动机产业发展现状

我国航空发动机产业经过多年的发展,取得了显著的成就。在军用航空发动机领域,我国已经具备了一定的自主研发和生产能力,多款先进发动机相继研制成功并装备部队,如涡扇 – 10、涡扇 – 15 等。在民用航空发动机领域,我国也在积极推进国产发动机的研制工作,如 C919 大飞机配套的 CJ-1000A 发动机正在加紧研制中。同时,我国航空发动机产业链不断完善,一批具有较强实力的企业在原材料供应、零部件制造、发动机总装等环节逐渐崛起,为我国航空发动机产业的发展提供了有力支撑。

3.3 航空发动机技术发展趋势

随着科技的不断进步,航空发动机技术也在不断发展。未来,航空发动机技术将朝着高性能、高可靠性、低油耗、低排放的方向发展。在高性能方面,将不断提高发动机的推力、推重比等性能指标;在高可靠性方面,将采用先进的设计理念和制造工艺,提高发动机的可靠性和耐久性;在低油耗方面,将通过优化发动机的结构和工作循环,降低发动机的燃油消耗;在低排放方面,将采用先进的燃烧技术和尾气处理技术,降低发动机的污染物排放。此外,航空发动机技术还将与人工智能、大数据、增材制造等新兴技术深度融合,推动航空发动机产业的创新发展。

四、航空发动机产业链相关概念股

4.1 航发动力(600893)

航发动力是我国航空发动机整机制造的龙头企业,是国内唯一能够研制涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、活塞全种类军用航空发动机的企业,产品覆盖我国现役所有机型。公司依托全产业链覆盖能力,构建起了强大的护城河。在军用航空发动机领域,公司占据主导地位,其涡扇 – 10 系列已批量装备歼 – 20 等主力战机,技术迭代加速缩小与欧美差距。在民用发动机领域,公司通过旗下中国航发商发深度参与 C919 配套的 CJ-1000A 大涵道比涡扇发动机研制,尽管目前 C919 仍依赖进口 LEAP 发动机,但 CJ-1000A 已完成高空台试验,预计 2030 年前实现国产替代。公司还为 GE、罗罗等国际巨头提供零部件代工,通过技术反哺提升制造工艺。2024 年公司实现营业收入 478.8 亿元,连续 5 年增长,但净利润有所下滑,主要受研发投入激增、部分军品降价、存货规模增加等因素影响。随着 CJ-1000A 商业化临近、军品新型号列装提速,公司有望在 2025-2030 年迎来业绩爆发。

4.2 航发控制(000738)

航发控制是我国航空发动机控制系统的龙头企业,专注于航空发动机控制系统及衍生产品、国际合作业务、非航民品三大业务板块。公司在航空发动机控制系统领域拥有深厚的技术积累和丰富的生产经验,产品广泛应用于我国各类军民用航空发动机。公司积极推进技术创新,不断提升产品性能和质量,在新型发动机控制系统研制方面取得了重要进展。在国际合作业务方面,公司与多家国际知名航空发动机企业建立了长期稳定的合作关系,为其提供零部件配套服务。在非航民品业务方面,公司利用航空发动机控制技术优势,积极拓展民用市场,产品涵盖了汽车、船舶、能源等领域。随着我国航空发动机产业的快速发展,公司作为航空发动机控制系统的核心供应商,将迎来广阔的市场空间。

4.3 航发科技(600391)

航发科技主要从事航空发动机及燃气轮机零部件的研发、生产、销售,是我国航空发动机零部件制造领域的重要企业。公司产品涵盖了航空发动机的多个关键零部件,如叶片、机匣、涡轮盘等,具备较强的技术实力和生产能力。公司注重技术创新和产品升级,不断提升产品的质量和性能,在航空发动机零部件制造工艺方面处于国内领先水平。公司积极拓展市场,与国内多家航空发动机整机制造企业建立了长期稳定的合作关系,同时也在不断加强国际市场的开拓力度。随着我国航空发动机产业的不断发展以及国产发动机市场份额的逐步提升,公司有望受益于行业的快速增长。

4.4 中航重机(600765)

中航重机在航空锻铸领域处于龙头地位,业务涵盖了航空锻造、铸造、液压等多个领域。公司坚持 “航空为本”,以重点型号工程为业务主轴,推动锻铸产品向高端化、复杂化、整体化转型。2024 年重点型号收入达总营收的 76%,并成功开发新客户 33 户。在商用航空方面,公司抢抓国产大飞机量产契机,制定产业发展规划,推动 “商飞、商发一本账”787 项任务有序落地,全年商用航空收入突破 10 亿元,同比增长 71%。在国际市场,公司与波音、赛峰、罗罗等国际巨头达成战略合作协议,国际转包业务额超 1 亿美元。民用工程领域,公司开辟了华为超级充电桩、低空经济电子元器件、风电、核电、船舶等领域,民品收入 15.2 亿元,同比增长 9.8%。公司全年研发投入 6.80 亿元,在高端材料成形技术方面持续领先,如 3㎡级钛合金整体框、5 米级超大钢环锻件、1 吨级钛合金中介机匣铸件等填补国内技术空白。随着航空发动机产业的发展,公司在锻铸领域的优势将进一步凸显。

4.5 图南股份(300855)

图南股份专注于高温合金、特种不锈钢等高性能材料的研发、生产和销售,产品主要应用于航空发动机、燃气轮机、核电等领域。公司在高温合金材料领域拥有较强的技术实力,具备从熔炼、锻造、轧制到机加工的完整产业链生产能力。公司的高温合金产品广泛应用于航空发动机的热端部件,如涡轮叶片、涡轮盘等,为我国航空发动机产业提供了重要的材料支持。公司注重技术创新和产品质量提升,不断加大研发投入,与国内多家科研机构和高校建立了长期合作关系,在高温合金材料研发方面取得了多项成果。随着我国航空发动机产业对高性能材料需求的不断增加,公司有望迎来快速发展的机遇。

五、投资建议

航空发动机作为航空产业的核心装备,具有重要的战略地位和广阔的市场前景。随着我国国防现代化建设的加速推进以及民用航空市场的快速发展,航空发动机产业将迎来持续增长的机遇。从投资角度来看,建议关注航空发动机产业链上的优质企业,特别是在技术研发、生产制造、市场销售等方面具有竞争优势的企业。重点关注航发动力、航发控制、航发科技、中航重机、图南股份等相关概念股。同时,需要注意的是,航空发动机产业具有技术门槛高、研发周期长、投资规模大等特点,投资该领域需要具备较强的风险承受能力和长期投资的理念。投资者应密切关注行业动态和企业发展情况,合理配置资产,以获取长期稳定的投资回报。

六、风险提示

6.1 技术研发风险

航空发动机技术复杂,研发难度大,需要大量的资金和人力投入。在研发过程中,可能会遇到技术瓶颈、试验失败等问题,导致研发进度延迟或研发成本增加。如果企业不能及时突破技术难题,将影响产品的性能和市场竞争力,进而对企业的发展产生不利影响。

6.2 市场竞争风险

全球航空发动机市场竞争激烈,国外巨头在技术、品牌、市场份额等方面具有明显优势。国内企业在参与国际市场竞争时,可能面临来自国外企业的激烈竞争。同时,随着国内航空发动机产业的发展,国内企业之间的竞争也将日益加剧。如果企业不能在市场竞争中保持优势,将面临市场份额下降、盈利能力减弱等风险。

6.3 政策风险

航空发动机产业受到国家政策的影响较大。国家对航空发动机产业的政策支持力度、国防预算的投入规模、民用航空市场的政策导向等因素,都将对行业的发展产生重要影响。如果国家政策发生不利变化,将对航空发动机产业链相关企业的经营业绩产生负面影响。

6.4 宏观经济风险

航空发动机产业的发展与宏观经济形势密切相关。宏观经济的波动将影响航空公司、飞机制造商等客户的投资决策和市场需求。在经济下行压力较大的情况下,客户可能会减少对航空发动机的采购需求,从而对企业的生产和销售产生不利影响。

6.5 行业需求波动风险

航空发动机行业的需求受到多种因素的影响,如国防建设的阶段性需求、民用航空市场的发展状况、航空公司的运营策略等。如果行业需求出现波动,企业可能面临订单减少、产能过剩等问题,从而影响企业的经济效益。例如,在国防预算调整或民用航空市场不景气的情况下,航空发动机的市场需求可能会受到抑制。

6.6 原材料供应风险

航空发动机生产所需的原材料,如高温合金、钛合金等,供应相对集中,且部分原材料的生产受到资源、技术等因素的限制。如果原材料供应商出现供应中断、价格大幅波动等情况,将对航空发动机产业链相关企业的生产和成本控制产生不利影响。此外,随着全球贸易保护主义的抬头,原材料的进口也可能面临一定的风险。

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