航空发动机产业链发展现状与趋势.docx

航空发动机产业链发展现状与趋势一、航空发动机介绍（一）航空发动机发展与分类航空发动机起步于活塞式发动机具有油耗低、成本低、工作可靠等特点，但是活塞式发动机螺旋桨组合制约了飞机速度的提升，因此从20世纪40年代喷气式发动机出现后，因其能以较轻的重量产生很大的推力，首先用于战斗机上，随后用于轰炸机、运输机和民航客机上，因此逐渐取代了活塞式发动机。但是活塞式发动机仍有成本、油耗等优势，因此在中小型发行器以及部分直升机上还有使用。目前燃气涡轮发动机（有压气机）作为航空发动机中绝对的主流，主要包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、桨扇发动机W涡轮轴发动机五种，它们的工作场景和总体架构有所差别，但工作原理相似，并且均由涡轮喷气发动机这一基本构型发展而来。它主要分为五大部件，即：进气道，压气机，燃烧室，涡轮和尾喷管。其中压气机，燃烧室，涡轮又称为发动机的核心部件。（二）核心部件介绍1、压气机空气经由进气道后进入至压气机。压气机主要作用是通过高速旋转的叶片对空气做功，即对空气进行近绝热压缩，以提高空气的压力，为接下来气体在燃烧室中的燃烧创造条件。根据气流在压气机中的流动方向，可以将压气机分为离心式压气机和轴流式压气机两类:空气轴向流入又轴向流出压气机的称为轴流式压气机；空气轴向流入而沿离心方向流出的称为离心式压气机。评价压气机性能的指标包括：增压比、效率、外廓尺寸、重量、强度等。压气机每一级都由转子和静子组成，转子通过旋转对空气压缩做工，而静子可以改变气流方向，并通过微调以改善空气流动状态。目前轴流式压气机应用明显比离心式压气机多，主要由于其效率高。2、燃烧室燃烧室位于压气机和涡轮之间，虽然结构上并非循环部件，但是其核心作用是将高压空气和燃气充分掺混并且燃烧,从而将航空煤油中存储的化学能转化为热能，形成高温高压燃气。可以说，航空发动机的可靠性、经济性及寿命很大程度上取决于它一并且在全球倡导"双碳”背景下,能源利用效率以及最后排放指t示都倚重于燃烧室的设计。燃烧室由进气装置（扩压器）、火焰筒、燃油喷嘴、点火装置以及壳体组成。且在火焰筒内壁上涂覆有热障涂层满足其长寿命高效率的工作需求。现代高性能发动机对主燃烧室提出了越来越高的要求,军用发动机燃烧室需要具有更高的温升工作能力和更宽的工作范围，而民用发动机燃烧室的污染排放指标极为苛刻。为应对这些挑战，现在的燃烧室研究主要朝着高温升、低排放两个方向发展。3、涡轮高压空气经燃烧室后形成高温高压燃气，并进入涡轮部件。涡轮的作用是将高温燃气中的热能和压力势能转化为机械能,即高温高压燃气在涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶片带动涡轮盘旋转，从而经轴带动压气机工作。涡轮的工作特点是功率大、燃气温度高、转速高、效率高、重量轻、可靠性高，因此较之于压气机更加恶劣。同样，按照气流在涡轮中的流动方向，其结构可分为轴流式和离心式。民航发动机多采用轴流式涡轮，且轴流式涡轮也可进一步分为冲击式和反力式。涡轮的结构也是一级转子一级静子，涡轮转子由涡轮盘、涡轮轴、工作叶片和连接部件构成；涡轮静子由涡轮机匣和导向器等部件构成。涡轮是航空发动机中工作环境最为恶劣的部件，尤其是涡轮叶片需要在高温、高压、高转速的"三高环境下可靠长时工作。因此设计人员在其结构、材料和防护上下足了心思。在结构上不仅设计成更佳冷却效果的空心形式，材料上也选择具有更佳高温力学性能的单晶，更在其表面涂覆有热障涂层，以实现对其更加稳定可靠且高效的高温热防护。二、发动机市场分析（一）全球发动机市场L军用市场根据WorldAirforces2023数据统计，2022年美国军机保有数量遥遥领先，其次为俄罗斯和中国。2022年美国军机数量约为中国4倍。2、商发市场根据中国商飞公司预测，从2020到2039年，全球将增民航客机4万架，据此估算对应航空发动机的市场空间。测算过程中的重要假设如下：1)各型号发动机单价参考当前各发动机厂家官网订单信息2)发动机维护保养费考虑与新机采购费按照1:1预估据此测算，2021年-2039年全球商用航空发动机整机市场总规模约为13.4万亿元人民币,年均超6500亿人民币。艮机<x示包发船更亏单飞m发动版上(*)出他飞(M)<it()保界f(¼)*计(M)畲发动权上(«)发动加单管(¼A)单通通客1Ixap-IX229127582S40.7407784077»8ISS6uittXGE-NX272191443«IS2I6S72165743314支微客机CF-342431886360.5431843188636合计40664813»M7S2«6752I33SO5*HK:«中国直飞公司由“Mn年报20202039),京商让拿统文埼(二)中国发动机市场1、军用发动机中国的军用发动机最早是以仿制苏联发动机为主,直到20世纪初,我们自研产品出来，代表型号有涡喷14型发动机和涡扇-10系列发动机。涡喷14又称"昆仑发动机，是我国自行研制的第一台具有全部知识产权的中等推力级加力涡轮喷气发动机。涡扇-10系列发动机简称WS-IO,代号太行"，是由中国航空研究院606所研制的国产第三代大型军用航空涡轮风扇发动机,也是中国第一台大推力涡轮风扇发动机。根据WOrldAirfOrCS数据统计，我国战斗机、运输机、直升机、特种飞机、教练机2021-2030年的增量分别为961架、236架、897架、89架和334架。我们按照存量和增量两部分,对2021-2030年我国军用航空发动机市场进行测算，为了简化计算，我们将存量飞机分为换发1次和2次两部分，增量飞机分为不换发和换发1次两部分，发动机单价取可参考型号价格。经测算，2021-2030年,我国军用发动机购置经费共2587亿,维修经费1293亿,合计3880亿：平均每年购置经费259亿维修费129亿,合计388亿。2、商用航发截至2021年底，民航全行业运输飞机期末在册架数4054架，比上年底增加151架。单位：架飞机分类飞机数量比上年增加在运输机队占比瓶4054151100.0%客运飞机385613995.1%其中：宽体飞机465711.5%窄体飞机317812078.4%支线飞机213125.3%货运飞机198124.9%大型货机4301.1%中小型货机155123.8%数据来源：中国民用航天局3、无人机市场根据蒂尔集团的报告2020年-2027年全球军用无人机年产值含采购）逐年增长,到2027年产值预计达到143.99亿美元,市场保持可持续的稳定发展。国内市场来看，根据中研普华产业研究院数据显示，2020年我国军用无人机市场规模达到209.1亿元，预计2025年将达到400.47亿元,CAGR达13.88%o靶机属于耗材，空军、二炮和陆军航空等每年训练消耗量都很大，同时像沙特等国外贸出口需求也不小。根据新思界发布的2019-2023年中国无人靶机市场可行性研究报告2018年中国无人靶机行业市场规模为19.5亿元,年增速在15%以上。（三）竞争分析国际上以GEsRR、P&W、SAFRAN等为代表的欧美航空发动机先进企业，对其他国家企业形成明显的代际领先优势。发达国家的航空发动机技术和产品在不断发展，一方面积极推进自适应、新概念发动机等技术的发展，另一方面通过适航、排放等不断提高行业壁垒。L军用航发军用发动机更注重推动比和高机动性。GE、普惠、劳斯莱斯、赛峰、美国霍尼韦尔（HoneyWeIl）、德国MTU、意大利Avio、俄罗斯土星、俄罗斯礼炮等都具有较完整的生产能力。军用航空发动机不像民用航空发动机被美英法绝对垄断,但目前世界上能够独立研制高性能军用航空发动机的国家也只有美国、俄罗斯、英国、法国、中国等少数几个国家。全球主要军用机型所使用的航空发动机及生产企业统计如下：I类另"I代表型号发幼机配置生产企业1AH642*GenerolElectric-GE70KGeCH472mIycofningT55<>A714A栗明开机M-82*克翼矢TV5117*±三H602*GenerlElectricT700GE70KGeBeK2122*Por¼fPT6T5B6s«FU1*FT10-G-100tf8aFK)PW-229等GeM52F11OG6129«FKX)PW229GGF182<F404G-400GeF551mF119-PW-K)0s«F222*H19PW1SU27.SU-502*AL51F量卡士SU5711-5O2«AL41F1-117S亶卡土台风2“歌浦气洒就公司U2”等降风2mM882飞厮奈克玛C1504T56A15文*C174m1117PW1e场机1-764D-501M量卡上C1602-TyneRtyJOMk22KingAir2-PT6A-42KHM：际网产社科突除甫"经济学人APP在军用航空发动机领域,美国的FI35、欧洲的EJ200等国际先进的小涵道比涡扇发动机推重比已经达到10一级,MTBF已达到500飞行小时以上,热端零件寿命已超过2,000小时。便罗斯的A-41中也具备较高的技术水平，但由于经济等原因,近些年迭代较慢，被欧美拉开一定差距。发动机型号/参数美国1135-PW-100美国F119-PW-100欧洲EJ20俄罗斯A41中国-WSI5长度/cm559483400499505直径/cm117114.386.3128102净kg170113601035151633.7最大推力量级t19.519.59.316.518.5总压力比28：127：126：1.24.5：1<30:1最大推重比11.4711.5910.5'1110.8数据来源于各公司网站2、商业航发在商用航空发动机领域，全球市场经过近百年的发展，已经呈现出典型、明显的寡头垄断格局。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）、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）,占据着全球商用航空发动机约97%的市场,控制着商用飞机发动机的核心技术。中国10款常用民用飞机,只有一款用了中国航发的WJ6C发动机。WJ6发动机定型后,用作运8系列飞机的动力，交付数量超过800台，累计飞行时间超过300万小时，是目前我国装机数量最多、累计飞行时间最长的国产发动机。我国民用大飞机C919已经拿下超过1000架的订单、价值超3000亿元人民币。无论是从商用航空发动机本身巨大的经济价值角度、还是从支撑C919世界商用大飞机产业ABC格局的角度,发展先进商用发动机均是我国产业升级的必然选择。中国当前重点在研商用航空发