航空行业发动机专题研究动力强军打造最强中国心20190503国泰君安38页

动力强军，打造最强“中国心”2019年05月03日——航空发动机专题研究行业评级：增持证券研究报告姓名：彭磊（分析师）邮箱：[e-mail]电话：[phone]证书编号：S0880518100003姓名：邱日尧（分析师）邮箱：[e-mail]电话：[phone]证书编号：S0880517120005姓名：滕光耀（研究助理）邮箱：[e-mail]电话：[phone]证书编号：S08801180600752019年新兴产业峰会姓名：杨宇（研究助理）邮箱：[e-mail]电话：[phone]证书编号：S08801170801482/投资要点（行业评级：增持）国泰君安证券2019年新兴产业峰会01航空发动机作为战机“心脏”，是一国工业实力和科技水平的象征战机更新换代主要依赖航空发动机性能升级，因此航发技术水平高低很大程度上决定一国空中力量发展高度航空发动机行业壁垒较高，全球仅美/俄/英/法/中5国可独立研制；但回报高，单位重量附加值是飞机的1.8倍、计算机的4.7倍航空发动机经历了“活塞-涡喷-涡扇-高涵道比-推重比10以上低涵道比”四次变革，高性能涡扇仍是当前研发投入核心020304欧美航发发展经验：预研先行，飞发分离，坚持自主，寻求合作预研先行：预研可降低研发风险，美国IHPTET和VAATE等项目对航发预研投入数百亿美元，预研占科研费比例50%（我国25%）飞发分离：发动机核心机研发需要大幅提前于飞机研发，美欧航空发动机强国实行飞发分离，避免发动机研发受制于战机研发坚持自主，寻求合作：军用领域坚持使用自研产品；民用领域提倡国际间合作我国整机制造和高温材料是短板，政策支持催生万亿市场整机制造：我国涡喷研发制造体系完整，涡轴高原能力有待进一步提升，高性能涡扇寿命和可靠性与国外仍有差距高温材料：国产发动机寿命远低于国外，主要原因是国内高温材料耐受性较差，未来镍基超合金和高温陶瓷将是发展趋势政策支持：航发集团成立，飞发分离改变航发研制“一机一型”传统；两机专项启动，千亿投入助力集中力量打造“中国心”万亿市场：我们测算，未来10年我国军用航发市场空间将达到450亿美元，未来20年全球民用航发市场空间约14500亿美元投资主线与受益标的【整机制造】航发动力；【核心零部件】航发控制、航发科技；【上游高温材料】钢研高纳、火炬电子。3/01航空发动机是航空工业“皇冠上的明珠”国泰君安证券2019年新兴产业峰会4/现代战争中，夺取制空权至关重要，而战机更新换代主要依赖航空发动机性能升级，因此航发技术水平高低很大程度上决定一国空中力量发展高度。自20世纪40年代初以来，喷气式航空发动机已发展了五代，每一次升级均源于对战斗机性能的更高要求。各项性能参数中，推重比（推力与重量的比值）是军用航空发动机技术划代的标准。核心力量：战机之心、强国之魂01资料来源：《第三代战斗机》，《国外下一代战机的发展趋势浅析》，国泰君安证券研究（注：按美国洛马公司“新五代”概念）代际发展时间发动机性能特征推重比涡轮前温(K)代表机型代表发动机第一代1940s-1950s早期喷气式发动机2-41100-1300He178、Me262、流星、F80J-47，JF-65尼恩，德温特BK-1第二代1950s-1960s高亚声速、后掠翼5-61300-1500F86、米格15、F9FJ-57，J-79斯贝MK202，TF-30，P13-200第三代1960s-1980s高空高速7-81600-1800米格21/25、F4、F100/101/104、105/106、幻影III、萨伯37TF30-P-412,F100-PW-220第四代1980s-2000高机动性9-111850-2000F14/15/16、米格29、苏27/35、幻影2000、台风、阵风、JAS39、J10、J11F119，M-88-Ⅲ,WS10第五代2000s-至今全方位隐身能力15-202200F22、F35、T50、歼20F135，F120国泰君安证券2019年新兴产业峰会5/分门别类：种类众多，应用领域不尽相同01资料来源：《航空发动机原理》，国泰君安证券研究飞行器发动机吸气式发动机活塞式发动机燃气涡轮式发动机涡轴发动机涡桨发动机涡扇发动机涡喷发动机冲压/脉动喷气式发动机火箭喷气式发动机化学火箭发动机电火箭发动机核火箭发动机航空发动机是是否有燃气涡轮是否有动力涡轮动力涡轮连接部位是否有活塞否是是否输出轴螺桨风扇否分类判定国泰君安证券2019年新兴产业峰会6/02040608010000.511.5工作效率/%飞行速度/马赫涡桨高涵道比涡扇低涵道比涡扇涡喷推重比、耗油率和适用速度决定发动机适用领域，涡轮式应用范围最广。涡喷：推重比大、耗油率高，多用于高速战斗机。涡扇：解决高耗油与高推力矛盾，低涵道比多军用，高涵道比多民用。涡桨与涡轴：涡桨耗油率低，适用于中低速飞行；涡轴多用于直升机。分门别类：种类众多，应用领域不尽相同01资料来源：《航空发动机原理》，国泰君安证券研究推重比(功重比)适用速度(马赫)耗油率优势劣势应用领域低低速低制造成本低推力小、速度低无人机等通航领域高高于1.5高推力大耗油高、寿命短战斗机低涵道比高1左右较高推力大、耗油较低制造成本高军用战斗机高涵道比高0.8左右低推力大、耗油低运输机、大型客机等较高0.4左右低耗油低速度受限运输机、短途客机较高低速低耗油低速度受限直升机航空发动机涡扇活塞涡喷涡桨涡轴国泰君安证券2019年新兴产业峰会7/涡轮式发动机发展历经两条主线。涡喷发动机的涡扇化：克服高耗油率缺陷同时保持高推重比。飞机螺旋桨和直升机旋翼的喷气化：功重比提高，同时相较于活塞式发动机，重量轻、振动小。发展历程：从活塞到涡轮，两条主线、四次变革01资料来源：《航空发动机发展简述和思考》，国泰君安证券研究资料来源：军事科技，国泰君安证券研究二战以来，航空发动机经历四次变革。1940-1950s，航空发动机喷气化使飞机突破“音障”。1960s，涡喷发动机涡扇化，经济性大幅提高。1970s，高涵道比涡扇发动机推动高性能飞机问世。1990s，推重比10以上，涵道比军低民高。国泰君安证券2019年新兴产业峰会8/高壁垒：难度系数高于火箭、船舶和地面动力系统，全球仅5国可独立研制。既追求高性能又要求长寿命：发动机需要在高温、高压条件下连续工作10000小时以上，同时需考虑轻便性。高投入：航空发动机是拿钱“烧”出来的。很多零部件需要大量、反复试验才能最终确定规格和标准，零部件匹配、整机协调更是需要试验、试车。行业特点：高壁垒、高投入、高回报、长周期01资料来源：中华军事网81113130020406080100F135F100F119GE90专项补贴(亿美元)资料来源：Wiki，国泰君安证券研究国泰君安证券2019年新兴产业峰会9/高回报：产业链附加值远高于其他制造业。根据日本通产省统计，按照产品单位重量创造的价值来计算，如果计船舶为1，那么汽车为9、电视机为50、电子计算机为300、喷气式飞机为800、航空发动机则高达1400。一款核心机研制成功后，可在较短期限内衍生出改进机型，世界上经典的核心机均衍生了几十种改进型，整个产品生命周期可以达到30-40年，制造商可长期享受技术和产业链升级带来巨大价值回报。长周期：跨带航空发动机的研制周期长达20多年甚至几十年，而一款跨代飞机的研制周期不过十几年。行业特点：高壁垒、高投入、高回报、长周期011503008001400030060090012001500船舶电视机计算机喷气式飞机航空发动机单位重量创造价值40251001020304050航空发动机船舶汽车生命周期（年）资料来源：《数字化装配在航空发动机制造中的应用》，国泰君安证券研究资料来源：《航空发动机产业链锻造与经济分析》，国泰君安证券研究国泰君安证券2019年新兴产业峰会10/目前世界各国仍在发展的航空发动机主要包括涡扇、涡轴发动机，传统的活塞和涡喷发动机已经退出主流研发市场，涡桨发动机除了一些运输机和教练机继续使用以外基本没有其他用途。高性能涡扇是当前研发投入核心：军用涡扇发动机发展方向为自适应变循环发动机；民用涡扇向低噪音、低油耗、低排放方向发展，新材料应用比重增大。涡轴发动机突出高功率和高空性能：低油耗、低成本、高输出功率，特别强化高空性能。现状与趋势：涡扇、涡轴发酵新型号，研制仍在开展01资料来源：Wiki，国泰君安证券研究发动机型号应用机型列装时间公司功用油耗功率维护成本设计寿命高原能力LTS101-700D直-112010Honeywell商用下降58%提高34%下降35%提高33%是LTS101-850BAC3112010Honeywell商用下降45%提高32%提高28%是HTS900-2-1D贝尔4072015Honeywell商用下降40%提高38%下降42%提高30%是T700-701D黑鹰”、阿帕奇1978GE军用下降25%提高45%下降35%提高35%是T55-714ACH-47系列重型直升机2006GE军用下降35%提高50%下降45%提高30%是PW210EX4直升機2014PW军用下降20%提高38%提高30%是PT6C-67E法国EC-175直升机2007PW军用下降25%下降30%提高40%是AE1107C波音CH-47和西科斯基CH-532013RR军/民提高17%下降34%是RTM322EH-101、NH902004RR军/民下降40%提高32%提高35%是T800RAH-662004RR军用下降35%提高45%下降35%提高30%是国泰君安证券2019年新兴产业峰会11/02他山之石：国外航空发动机强国之路国泰君安证券2019年新兴产业峰会12/对于航空发动机研发而言，预研必不可少，原因有三：1）航空发动机研发周期显著长于飞机研发周期；2）预研可降低研发风险；3）突破材料、工艺障碍需要预先研究。美国对航空发动机预先研究投入数百亿美元资金支持。20世纪80年代到本世纪初，美国相继提出IHPTET（综合高性能涡轮发动机计划，1987-2005）、VAATE（先进涡轮发动机计划，2003-2017）等预研项目，分别投入50亿和42亿美元，项目目标也不局限于发动机产品，还包括高温材料、变循环发动机结构等多个领域，预研成果也得到广泛应用。前提：航空动力，预研先行02资料来源：《超级发动机计划：IHPTET/VAATE工程》，Wiki，国泰君安证券研究国泰君安证券2019年新兴产业峰会项目预研目的成果应用美国IHPTET（综合高性能涡轮发动机计划）推重比提高100%、耗油率下降30%~40%、成本降低35%美国VAATE（先进涡轮发动机计划）推重比提高200%、耗油率降低25%、发动机经济性提高20%、同时发展自适应通用发动机技术和高效嵌入式涡轮发动机技术发动机：高速涡轮发动机、高马赫数涡轮发动机、经济可承受发动机、高校嵌入式涡轮发动机、自适应循环发动机（F120）推进系统：高效小型推进系统性能：推重比提高70%、成本降低30%材料：新一代单晶合金（F119）、Ti-1720阻燃钛合金材料、纳米双合金粉末盘结构：小展弦比后掠风扇（F119）、整体式叶盘技术、超微孔洞式涡轮叶片（F135）、球形收敛调节片矢量喷管13/我国预研投入比重与国外相差较远。国外：航空发动机研发经费占航空科研总经费的35%，其中型号（包括型号研发、技术基础、预先发展和后续工程发展）与预研费各占科研费50%。我国：预研经费占航空发动机研发经费比重相对偏低，占比约25%左右。前提：航空动力，预研先行02资料来源：《跨世纪航空发动机预研技术的发展》，国泰君安证券研究其他65%预研费18%型号费18%发动机研发35%其他预研费型号费型号研发50%预先研究26%技术基础4%预先发展10%后续工程发