2024年航空发动机行业专题报告：锻飞机之心，铸制造强国

一、航空发动机：国之重器，皇冠明珠

（一）航空发动机在整机价值量中占比 20%至 30%，是衡量飞机性能的关键指标之一

航空发动机(aero-engine)，是一种高度复杂和精密的热力机械，作为飞机的心脏，被誉为“工 业之花”。它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体 现。目前，世界上能够独立研制高性能航空发动机的国家只有美国、俄罗斯、英国、法国、中国等 少数国家，技术门槛非常高。 因航空发动机的高技术门槛特征，其本身的价值量也较高。在飞机各分系统成本占比中，航空 发动机约占整机成本的 20%至 30%，仅次于飞机机体结构，是飞机的重要组成部分。

航空发动机产生推力基本分为四个阶段。喷气式发动机和活塞式发动机都需要经过进气、加压、 燃烧和排气四个工作过程。空气首先进入的是发动机的进气道，经过压气机加压后进入燃烧室与燃 料混合燃烧，燃烧室产生高温高压的能量气体传送给涡轮，涡轮做功经涡轮轴为发动机运行提供动 力，从而推动飞机运行。 航空发动机结构比较复杂，主要由进气装置、压气机、燃烧室、涡轮、排气装置五大部分组成， 其中压气机、燃烧室、涡轮是其三大核心部件，三者也被成为核心机的组成部分。核心机囊括了推 进系统中温度最高、压力最大、转速最高的组件，发动机研制过程中 80%以上的技术问题都与核心 机密切相关，是航空发动机研制难点较为集中的环节。

1、压气机：多级静子+转子构成，叶片可达 2000 片

压气机作为航空发动机的核心部件之一，具有压力大、转速高的特点。压气机在发动机中的主 要作用是利用涡扇输入的机械功对气体进行压缩，将机械能转化为气体内能，让气流的压力和温度 升高，从而满足航空发动机的热力循环要求。评价压气机性能的主要指标包括空气流量、增压比、 效率、喘振裕度、外廓尺寸。

压气机由多级组成，每级分为静子和转子。静子在前，转子在后，交错排列。按照空气流的方 向，压气机可以分为轴流式、离心式和混合式三类。轴流式压气机级数（即一圈转子叶片+一圈静 子叶片）一般较多，占用轴向空间较长，单级增压比低，但总增压比较高，是现代民用客机和军用 战斗机广泛采用的压气机结构。

压气机叶片：空气从进气道进入发动机后流入压气机部分进行减速增压。压气机中的叶片 根据不同功能可分为旋转叶片（动叶）和固定叶片（静叶）。旋转叶片旋转并将空气向后 推，固定叶片减少空气旋转的动量，为空气施加压力，该过程重复多次实现空气的减速增 压。压气机叶片级数较多，每台发动机压气机叶片数量一般在 2000 片左右。不同发动机 型号设计的叶片级数均存在差异。

压气机轮盘：压气机盘是航空发动机的转子部件，用于安装叶片以传递功率，承受高温、 高压、高转速环境下的复杂载荷。根据用途，压气机盘可以分为风扇盘、低压压气机盘和 高压压气机盘三种。随着技术的不断发展，发动机转子叶片和轮盘一体的“整体叶盘”被 高推重比发动机广为使用。整体叶盘是将盘片一体化设计的复杂转动件，可使发动机重量 减轻 20-30%、效率提高 5-10%、零件数量减少 50%以上。

压气机机匣：目前，航空发动机广泛采用双转子轴流压气机，包含低压和高压两部分转子。 由于低压和高压两部分压气机工作温度存在差异（低压 200-300℃，高压 300-500℃），不 同压气机机匣使用的材料也有所不同。低压机匣一般采用钛合金制造，高压机匣一般采用 合金钢制造。在机匣结构上，压气机机匣可分为分半式机匣和整环式机匣。分半式机匣结 构简单易于安装，但机匣沿周向分布不均匀，容易影响压气机效率。整环式机匣刚性分布 均匀，但不容易装配，维修性差。

2、燃烧室：发动机心脏，结构分为扩压器、外壳、内壁和旋流器

燃烧室是发动机的心脏，主要功能是燃烧化石燃料形成高温高压的气体（化学能转化为热能）， 从燃烧室排出进入涡轮并带动涡轮转动（热能转化为机械能），进而带动发动机转动。燃烧室结构 部件可分为扩压器（进气装置）、外壳、内壁和旋流器。 燃烧室 研 制 过 程 具 有 难 度 大 、 周 期 长 、 花 费 高 等 特 点 ， 其 燃 烧 释 放 的 燃 气 温 度 大 约 是 1800-2000℃，不适宜直接进入涡轮导向器。因此，总空气流量中约 60%未用于燃烧的空气将被逐 渐引入燃烧室，其中大约 1/3 的空气用于降低燃气温度，2/3 的空气用来冷却火焰筒的壁面。

燃烧室扩压器：空气经过压气机压缩后，首先经过扩压器，利用扩压器的喇叭形，在空气 流动方向上增大横截面积，从而降低空气流速（通常从超音速降低为亚音速），将高速空 气减慢到适合燃烧室的最佳速度。

燃烧室外壳：空气流经扩压器后会分成两部分，一部分空气流入燃烧室主体与燃料充分混 合后参与燃烧，另一部分空气进入外壳与燃烧室内壁的空腔以用于冷却。

燃烧室内壁：燃烧室内壁用于分离燃烧区域和空腔内空气，其上分布有大小不同的孔洞， 使内壁和外壳之间的部分空气可以流入燃烧区域。由于燃烧室内壁需要接触高温燃烧气体， 通常采用高温合金材料与冷却技术相结合的方式进行保证内壁正常循环使用。

燃烧室旋流器：用于使空气产生旋流，一方面产生湍流，促进燃料和空气的混合，有助于 燃料充分燃烧；另一方面在燃烧室中形成低压低速区域，以维持燃烧室的稳定燃烧。

3、涡轮：航空发动机动力部件，涡轮叶片占整机叶片总体价值的 60%左右

燃气涡轮是航空发动机的动力部件，在高温燃气的冲击下产生旋转，推动涡轮叶片带动涡轮盘 旋转，从而经轴带动压气机工作，实现热力循环。涡轮部件作为发动机中承受的热负荷、气动负荷 和机械负荷最大的组件，工作条件极其恶劣，面临高温、高压和高速等苛刻要求。

涡轮由不动的静子（导向器）与转动的转子所组成。静子包括涡轮导向叶片、外环和内环等部 件，转子包括工作叶片、轮盘和轴等部件。一个导向器和一个涡轮转子组合成一个涡轮级，涡轮由 一个或几个涡轮级组成，称为单级涡轮或多级涡轮。

涡轮叶片：涡轮叶片是目前“两机”所有零部件中制造工序最多、周期最长、合格率最低 的零部件之一。在航空发动机的叶片（风扇叶片、涡轮叶片和压气机叶片）中，涡轮叶片 占叶片总体价值的 60%左右。

涡轮叶片可以分为涡轮导向叶片和涡轮工作叶片两类。涡轮导向叶片主要用于调整燃烧室 排出的燃气流向，材料工作温度最高可以达到 1,100℃以上。涡轮工作叶片虽然所承受的 温度低于相应涡轮导向叶片 50-100℃，但在高速转动时，由于受到气动力和离心力的作用， 叶身部分所受应力达 140MPa，叶根部分达 280-560MPa。

涡轮叶片一般采用高温合金或钛铝合金，通过精密铸造加工而成。随着发动机性能的提升， 高压涡轮叶片已逐步发展到定向结晶和单晶材料叶片。

涡轮盘：涡轮盘是航空发动机上用于安装和固定涡轮叶片以传递功率的零部件，由轮缘、 辅板、均压孔、中心孔组成，在高温、高转速等复杂环境下运作。为满足强度、寿命及可 靠性的需要，涡轮盘材料既要追求高拉伸屈服强度，又要具备良好的蠕变抗力，同时还要 充分考虑断裂韧度和疲劳裂纹的扩展速率，因此涡轮盘一般采用高温合金材料锻造成型。

4、其他结构

进气道：航空发动机进气道的主要作用是将自由流空气吸入发动机中，并且对其进行“减 速增压”操作。

喷口：喷口主要作用是使发动机产生的燃气继续膨胀，将燃气的可用功转变为动能，并 高速排出产生反作用力。此外，喷口喉道面积的调节可以改变燃气在涡轮和喷管中的膨 胀比分配，即改变压气机和涡轮的共同工作点，实现对发动机工作状态的控制。

（二）航空发动机分类：涡扇发动机已成为军民用发动机主流

按照产生推力的作用机理，航空发动机可分为活塞式发动机和喷气式发动机两类。活塞式发动 机通过活塞承载燃气压力，在气缸中进行反复运动，并根据连杆将运动转变为曲轴的旋转活动，从 而产生动力，与汽车用的活塞式发动机原理基本相同。由于飞行速度和工作原理限制等原因，活塞 式发动机正逐步被喷气式发动机取代。 喷气式发动机依靠燃料燃烧时产生的气体向后高速喷射，通过反作用力推进飞机向前飞行，可 分为火箭式发动机和空气喷气式发动机。空气喷气式发动机按照是否有压气机可分为冲压式发动机、 脉冲式发动机和燃气涡轮发动机。

各类发动机由于工作方式不同，都有自己最适合的飞行范围。图 10 表示各类发动机的比冲随 飞行速度的变化，其中比冲表示推力与单位时间消耗的推进剂之比，反映推进剂利用的有效性。图 中分别给出各类发动机采用碳氢燃料和氢燃料的比冲变化，由于氢的热值远高于碳氢燃料，所以其 比冲也更高。 火箭发动机比燃气涡轮发动机在低速段的比冲低几个数量级，因此必需携带大量推进剂， 使起飞重量增加。 燃气涡轮发动机具有优异的低速性能，但不适于高速（Ma>3~4）工作。其最大飞行速度 约为 2.5Ma，飞行高度 0~25 km。

对比来看，涡喷发动机具备大推力、重量轻等特点，但是耗油率较高；涡轴发动机因直升机旋 翼的转速较低，通常需要比涡轮螺旋桨发动机更重、更大的减速系统，甚至占发动机总重量一半以 上，且主要应用于旋翼类飞机，场景有限；涡桨发动机虽然耗油率低，但由于受到螺旋桨限制，功 率不大；桨扇发动机虽然飞行经济性较好，耗油率低，但震动和噪音较大，安全性较差。而涡扇发 动机具备喷气速度大、噪声低、耗油率低且大推力的优势，广泛应用于战斗机、运输机、客机、无 人机，占比在 95%以上，是目前最为广泛的航空发动机。

（三）评价指标：军民发动机性能评价指标有一定差别

在航空发动机性能评价方面，主要使用的指标包括：涵道比、推重比、总压比。

1、军用发动机评价指标和趋势：追求推重比、单位推力、涡轮前燃气温度和加力状态耗油率

军用发动机的发展趋势是由飞机对动力装置的要求和技术进步 程度决定的。40~50 年代，涡 喷发动机得到了快速发展，但耗油率较高。为改善其经济性，60 年代，战斗机追求高空高速，航 空发动机进入涡扇发动机时代。七十年代中期开始强调中空格斗机动性和对地攻击能力，八十年代 中期开始研制的第四代战斗机，要求具有过失速机动和超音速巡航的能力，并要求具有一定的隐身 性能和降低全寿命成本，航空发动机进入新一代涡扇发动机时代。20 世纪末期，先进战斗机对发 动机提出了 5S 特性（隐身性、超声速巡航、短距起降、超机动性、高维修性），自此航空发动机 进入先进涡扇发动机时期。

评价军用发动机的关键参数有：推重比、单位推力、涡轮前燃气温度和加力状态耗油率。军 用发动机追求高的推重比，其单位推力和涡轮前燃气温度逐代提高，加力状态耗油率降低。但总增 压比从七十年代起一直保持在 20~30 范围内，大多在 25 左右，涵道比呈减小的趋势。为了保证战斗机高机动能力和加速性，须有高的飞机推重比。目前战斗机推重比一般为 1~1.3（发动机最大状态所产生的推力与飞机结构重力之比）。发动机的重量一般占这类飞 机总重量的 10～15%，因而发动机的推重比对飞机推重比有明显的影响，推重比成为发 动机最重要的综合指标。提高涡轮前燃气温度是增大单位推力的主要途径。为了提高发动机加力状态的推重比， 发动机的单位推力以及决定单位推力的主要循环参数涡轮前燃气温度也相应地不断提高。 单位推力从六十年代的至今约提高了 20%，由此可使推重比提高约 31%。发动机涵道比的选择与飞机的用途有很大关系。对于要求航程较远和飞行包线范围相对 较窄的歼击机和攻击机用发动机，需要选较大的涵道比(0.5~1.0)，而对于拦击机用发动机， 需要选较小的涵道比(0.2~0.6)。由于第四代战斗机要求具有超声速巡航能力，要求发动机 有较大的不加力状态推力，需要选取较小的涵道比(0.2~0.3)。

军用发动机总增压比较为稳定。随着涡轮前燃气温度的提高，无论从提高单位推力或从 降低耗油率出发，都要求增大发动机的总增压比，但是总增压比的提高意味着风扇及压 气机乃至涡轮级数的增加，间接影响推重比的提高，因此军用发动机的总增压比从七十 年代起就保持在 25 左右，提升有限。

加力状态耗油率显著降低。随着涡轮燃气温度的提高和涵道比的减少，以及部件效率的 提高，军用航空发动机加力状态耗油率已显著降低，不加力状态耗油率没有明显的增加。 第四代发动机具有高推重比、小涵道比、高总压比、高涡轮进口温度等特点。为满足先进战斗 机超声速巡航、良好隐身、高亚声速和超声速机动、远航程和短距起落、低全寿命期费用等要求， 第四代航空发动机主要性能特点为：推重比 9.0~10.0，涵道比 0.2~0.4，总增压比 26~35，涡轮进口 温度 1800~2000 K，耗油率降低 8%~10%，可靠性提高 1 倍，耐久性提高 2 倍。 第五代军用航空发动机多为推重比 12~15 的小涵道比加力涡扇发动机。2012 年 10 月，美国 启动的 AETD 项目，主要瞄准下一代涡轮发动机技术，目的是验证能用于第五代战斗机、未来轰 炸机和其它战术飞机的低油耗发动机技术。AETD 项目重点研究三外涵技术，除传统涡扇发动机的 高压核心机和低压外涵道，还将在外圈增加可开合的第三外涵，以满足未来自适应发动机的要求。

2、民用发动机评价指标和趋势：安全性、成本可承受性是最优先的考虑因素

民用航空发动机的研制有很高要求，多项参数将影响民用发动机的性能评价。对于民用发动机， 发动机的安全性/可靠性、可承受性/成本和价格是其最重要、最优先的考虑因素。当前大涵道比涡 扇发动机和各种改进型发动机占据民航动力的统治地位。由于军民飞机对发动机的要求不同，发动 机在发展过程中呈现出不同的趋势，特别是涵道比和总增压比两个参数。

民机发动机性能的提高与技术进步联系紧密。经济性一直是民用航空发动机追求的目标之一， 主要通过降低耗油率与全寿命费用来实现。根据《航空发动机科学技术的发展与创新》，美国 GE 公司与法国 SNECMA 公司于 1998—2003 年实施了 TECH56 研究计划，开发和验证了金属材料空心 弯掠风扇叶片、高载荷高压压气机、高载荷高压涡轮、对转低压涡轮、对转差动轴承、带冷却的全 功能发动机数字控制器等，实现了“与 1999 年的 CFM56 发动机相比，费用降低 15%~25%，耗油 率降低 4％~7％，维护费用降低 15%~20%”的目标。英国罗罗公司则以 Advance2 和 Advance3 项目 所发展的双转子或三转子发动机技术在 2020 年前达到成熟目标，实现发动机耗油率比遄达 700 发 动机至少降低 20%。

二、为何需重视航空发动机产业布局？

（一）航空发动机：集高经济性、高战略价值、高难度、高急迫性于一身

作为现代工业“皇冠上的明珠”，航空发动机附加值较高。航空发动机是关系国家国防安全、 国民经济发展的重大装备。同时它也以先进性和复杂性成为一个国家科技水平、军事实力和综合国 力的重要标志之一。它的发展可广泛带动电子、材料、精密加工、冶金、化工等产业的繁荣，被誉 为现代工业“皇冠上的明珠”。同时，航发也是典型的技术、知识密集型高科技产品，附加值较高， 根据《航空发动机科学技术的发展与创新》，其单位重量创造的相对价值是船舶的 1400 倍。航空发 动机产业因为技术极其高端，处于寡头垄断的环境中，一款成熟产品能够销售 30-50 年，面临的竞 争威胁很小，几乎不必担心竞争和市场回报问题，壁垒和门槛是经济回报的有力保证。

航发产业链溢出效应明显，军民深度融合实现良性循环。世界上主要航空发动机制造商，基本 通过“业务互补”为航空发动机及设备研发提供资金支持。GE（通用电气）的产品线十分广阔， 不仅研制航空发动机，还生产电梯、空调等等，用这些业务来保证发动机的持续研发。产业链垂直 整合的优势，除了“低成本”和“快捷的材料供给”外，更重要的是掌握着可以随时跟进前沿科技 创新、组合出优势产品的技术能力。航空发动机的产业链条非常长，将带动冶金、化工、电子、材 料、高温涂料、电控系统等相关产业，中国航空工业在航空发动机研制的探索中，有望实现深度军 民融合，通过发展更多赚钱的“业务组合”反哺航空工业的新技术投入，而新技术再“溢出”到民 用领域，形成良性循环。 然而，航空发动机研发、生产和制造难度都较高，需要长期的产业和人才积累，具有极高进入 壁垒。它的研发既需要坚实深厚的理论基础，又需要大量工程实践经验和坚实的工业基础能力。根 据《航空知识》数据，研制一台中大型发动机大概需要 15 至 30 亿美元，同时需要比飞机机体多 5 年以上的研发周期，是一个国家科技水平、工业基础、综合国力的集中体现。

航空发动机核心技术和市场牢牢掌握在美、英、法、德、日等国家的寡头企业中。目前，仅有 美国、俄罗斯、英国、法国等少数国家能够独立研制高水平的军/民用航空发动机，占据全球航空 动力产业链的主导地位。制造方面，目前能自行制造第三代战斗机的国家/地区共有 12 个，能自行 制造大推力军用涡扇发动机的国家有三个（美国、俄罗斯、中国），能自行制造大涵道大推力高性 能民用涡扇发动机的国家只有两个（美国、英国）。世界大型民用航发产业的顶级企业是美国通用 电气（GE）公司和普拉特惠特尼（PW）公司、英国的罗尔斯罗伊斯（RR），以及 GE 同法国赛峰 集团（Safran）合资成立的 CFM 国际公司，GE 同 PW 合资成立的 EA 公司，PW、德国 MTU 等 5 家 合资成立的 IAE 公司等。这些企业具有独立研制航发整机的能力，几乎控制了全球大型民用航发的 核心技术研发、总装集成、销售及客户服务等全产业链。

航空强国长期以来一直将航空动力产业作为国家高技术战略产业进行扶持，将燃气涡轮发动机 等动力装备视为保持国际竞争力的代表性产品。英国作为燃气涡轮发动机技术的发源地，始终坚持 航空动力产业的独立自主发展，甚至立法限制航空发动机企业的股权对外转让。美国一直将航空航 天动力技术视为国家、国防关键技术，持续通过国家级技术计划保持领先优势，同时以市场化形式 驱动航空动力产业竞争力提升。 航空动力产品技术密集度高、应用融合性强、产业带动面宽，兼具经济价值和军事价值，因此 发展航发产业势在必行。当前我国已在航发研制和生产中取得一定成就，但我国在全球产业链的参与度还十分有限。同时，我国面临“百年之未有大变局”，核心产业链环节和生产要素的自主可控 在当前时点显得尤为重要，我国航空发动机方兴未艾，未来发展有望进一步加速。

（二）世界竞争格局：寡头占据全球军民用航发主要市场

军用：在世界军用航发市场中，美国 GE、美国 P&W、英国 R-R 和法国 Snecma S.A.为主要军 用发动机制造商。此外，美国霍尼韦尔（Honeywell）、德国 MTU、意大利 Avio、俄罗斯土星、俄罗 斯礼炮、中国航空发动机集团等公司也具备较完整的生产能力。世界上能够独立研制军用航空发动 机的国家只有美国、英国、俄罗斯、法国、中国等少数几个国家。

民用：根据专注商业航空领域新闻网站《Simple Flying》，全球民用航空发动机领域中，美国通 用电气 GE、英国罗罗 R-R 和美国普惠 P&W 占据全球 90%以上市场。而根据《Commercial Engines 2021》 数据，GE、R-R、P&W，以及由 Safran/GE 合资的 CFM 国际、R-R/P&W 合资的 International Aero Engines AG 国际航空发动机（简称 IAE）、GE/P&W 合资的 Engine Alliance 发动机联盟公司（简称 EA）共 六家公司取得民航发动机超过 99%的市占率，头部效应显著。

1、GE 航空：持续紧跟技术发展，拆分业务专注航空再出发

通用电气（General Electric Company），简称 GE，是美国的跨国综合企业。公司从电气行业出 发，在两次世界大战中扩大商业版图走向多元化，逐渐成为包括电子工业、能源、运输工业、航空 航天、医疗与金融服务等业务的大型综合跨国企业。2022 年 7 月，GE 宣布将公司业务整合重组， 拆分成三家独立的上市公司。

仿制起家，立足创新。在 1941 年 4 月，GE 仿照惠特尔的设计研发的 GE1-A 第一次开车，标 志着 GE 正式进入航空发动机之列。此后，GE 不断改进发动机技术，“I-40”（后正式命名 J33）成 为 1944 年首飞的美国第一种喷气战斗机洛克希德 P-80 的动力来源；1946 年，通用电气开始研发 J47 发动机。J47 在美国空军中一直使用到 1978 年，产量超过 36500 台，为北美 F-86 战斗机、波 音 B-47 和北美 B-45 轰炸机提供动力。 在明星发动机 J47 后，通用电气再接再厉，推出诸如历史上最可靠的喷气发动机 J79、至今还 在使用的 T58 涡轴发动机、小尺寸高推重比的 J85 发动机、GE1 技术验证机等。通用电气作为 “全 频谱”厂家，覆盖从小推力（CF34）到中推力（LEAP）再到大推力（GEnx 和 GEX）的航发品种。

虽然未能成为美国 F22-F35 发动机供应商，GE 在下一代战斗机发动机技术竞争中具备先发优 势和较强竞争力。在战斗机发动机方面，通用电气未能成为 F-22 和 F-35 的发动机供应商，但依 据落选的 YF120 变循环发动机的经验，积极投入美国空军研究实验室主持的 ADVENT（现改为 AETD） 三涵道变循环发动机技术预研项目，这是比美国国防部高级研究计划局（DARPA）更接近实用级的 预研。普拉特-惠特尼 F119 代表了第四代战斗机发动机的水平，但下一代战斗机需要进一步降低超 巡油耗，还要满足降低喷气红外特征、主动配合进气道控制、提供机载系统的散热能力等全新要求， 不仅需要能在涡喷和涡扇之间无缝过渡的变循环，还需要在传统涡扇的内外涵道之外增加第三涵道。 普拉特-惠特尼由于技术惯性，在一开始希望从 F119/135 这样双涵道涡扇渐进发展，继续深挖潜力， 在美国空军明确要求变循环和三涵道之后，才积极投入变循环三涵道的科研。GE 在下一代战斗机 发动机竞争中具备先发优势和较强技术储备。

拆分后再出发，专注航空以及航发领域。为摆脱债务困扰，强化优势业务经营，GE 公司一分 为三。2022 年 7 月，GE 公司宣布了拆分业务后 3 个独立公司的新名字及业务架构。拆分后的航空 业务由“GE Aviation”更名为“GE Aerospace”（GE 航空），更名反映了公司的业务拓展计划，有意 将业务重点扩展至发动机之外的飞机系统等领域。目前，GE 航空在役的民用发动机约为 41000 台， 军用发动机约为 26000 台，共有员工约 45000 名。 GE 公司 2022 年实现收入 765 亿美元，同比增长 3%。而拆分后的 GE 航空 2022 年实现收入为 260 亿美元，同比增长 22%。其中，贡献最大的是民用设备维修保障服务收入，为 128 亿美元，同 比增长 43%；民用发动机和军用发动机销售收入分别同比增长了 8%和 7%。GE 航空 2022 年实现利 润 48 亿美元，同比增长 66%，恢复至 2019 年同期水平的 70%，利润率为 18.3%。2022 年，GE 公 司共交付民用发动机 1663 台，军用发动机 632 台。

2、英国罗罗 Rolls-Royce：重组效果显现，复苏步伐加快

罗罗股份有限公司（Rolls-Royce Holdings plc）成立于 2011 年 2 月，前身是成立于 1906 年的 Rolls-Royce。罗罗公司是世界第二大飞行器发动机生产商，主要业务为生产航空业和其他行业动力 系统，在船舶推进和能源领域也有重要业务。罗罗早在一战期间着手开始航空发动机的研发，并在 二战后期开始涡扇发动机的技术研发工作，担任世界首台投入使用的民用涡扇发动机 RB.80“康威” 的制造商。20 世纪 60 年代，罗罗公司先后兼并了布里斯托尔公司、布莱克本公司和纳皮尔公司， 成为英国最大的航空发动机公司。

罗罗形成了较为完善的军用和民用发动机体系，有超过 50 款不同类型的飞机发动机应用在民 用和国防领域。 受新冠疫情对全球航空市场的冲击，以及遄达 1000 发动机频频出现问题，在过去的 3 年中， 罗罗公司一直在内忧外患里苦苦挣扎，股价自 2018 年以来的高点下跌超过 76%。为了降低运营成 本，改善财务状况，罗罗公司逐步采取 20 亿英镑的资产处置计划，专注新能源和可持续发展项目 以增加收入，增加研发投入以增强竞争力等措施进行自救。随着以上措施的实施以及市场的复苏， 罗罗公司的财务状况有所好转。

2022 年罗罗公司实现收入 127 亿英镑，同比增长 16%；经营利润 6.5 亿英镑，同比增长 57%， 经营利润率为 5.1%；自由现金流净流入为 5 亿英镑，同比大幅改善。目前，罗罗公司的核心业务 部门包括民用航空、电力系统和国防市场。作为最主要的收入来源和利润支撑，罗罗公司民用航空 业务 2022 年实现收入 57 亿英镑，同比增长 25%；经营利润为 1.4 亿英镑，经营利润率为 2.5%，成 功实现扭亏为盈。

3、启示：持续技术突破，专注专业化分工

总结英美航空发动机龙头企业的发展历史，对中国航空发动机的发展有重要启示： 1）“拿来主义”起步的快速突破。虽然美国目前是航空发动机技术最先进的国家，但在二战爆 发前，美国在航空发动机方面的布局与研发相当有限，彼时走在世界前列的国家是德国和英国。战 时，美国从英国处获得了惠特尔离心式喷气发动机相关技术，据此，美国通用电气 GE 仿制生产 GE1-A 发动机。此后，美国又从英国处获得轴流式 Goblin 发动机，在此基础上开发出 XP-80“流星” 喷气式飞机，从而快速积淀航空发动机技术基础。

2）技术突破形成“护城河”。航空发动机作为技术密集型产业，保持技术领先是维持核心竞争 力的关键，当前航发寡头在研发投入不遗余力。一直紧跟技术发展也使得 GE 航空虽然曾失去竞争 优势，但能在技术革新、产业变更的窗口期抓住市场机遇并重新占据市场份额，至今仍在全球处于 较强竞争地位。

3）加强资本运作，合并同类项，专注专业化分工。GE、雷神和罗罗都曾深陷经营不善危机， 但通过并购重组、业务剥离等资本运作手段，专注优势业务、提质增效，都已取得较好效果。对于 我国，我们认为应该持续打破原有军工体系的界限，推动军工产业结构由自成体系垄断封闭发展向 基于专业化的分工竞争转变。在大系统、关键系统、关键基础等产业链层次不断合并同类项，形成 具有国际竞争力的骨干供应商，将分散投资、分散生产转向集中投资、集中生产，形成规模化、集 约化的科研生产格局。

（三）中国航空发动机产业：与世界强国尚有差距，发展方兴未艾

1、历史沿革：国家积极布局+政策逐步加码+自研能力显著提升

航空发动机是我国航空装备战略重点，已经具备涡桨、涡喷、涡扇、涡轴等各类发动机的多产 品体系。我国航空发动机的研制始于上世纪六十年代，经历了 60-80 年代中期的仿制结合自主研发 （代表型号：涡喷-6 和涡扇-9）、80 年代-90 年代末期的自主研发（代表型号：“昆仑”发动机1、“太 行”发动机2）和 2000 年至今的多系列发动机自研生产三个阶段，已经具备涡桨、涡喷、涡扇、涡 轴等各类发动机的多产品体系，向世界先进水平迈进。 飞发分离加速航空发动机国产化进程。2015 年“两会”期间，政府工作会议首次将“航空发 动机、燃气轮机”列入中国国家战略新兴产业中，并启动国家航空发动机、燃气轮机重大科技专项 （即“两机”重大专项），专项资金预期 1000 亿元，叠加社会配套资金预期达到 3000 亿人民币。 2016 年 5 月中央批准成立中国航空发动机集团，同年 8 月航发集团正式挂牌成立。航发集团的成 立打破了以往“一厂一所一型号”的旧航空工业模式，发动机的研发从此不再依附于整体飞机制造， “飞发分离”正式实现。“飞发分离”指将航空发动机作为独立的产品进行研发和生产，不再受制 于飞机，也不会出现飞机下马，发动机也下马的情况。“飞发分离”有助于整个航空企业聚焦航空 发动机最核心的研发、制造及生产任务，加速航空发动机国产化进程。

从行业供应方面，军民深度融合有望对民营企业释放更多市场机遇。随着航空发动机技术难度 的增大、复杂程度的增加，航空发动机发展的产业链进一步细化，主机厂更需要重视发挥核心技术 优势，并在运营层面加强对全产业链的掌控。根据《航空发动机军民融合发展研究》提议，在确保 掌控整机研发生产和核心分系统等核心能力的前提下，主机厂可以只生产其最终产品所有零部件中 附加值最高的 30%，其余 70%的都转包出去，尽可能控制制造与采购总成本，使其全产业链控制能 力大大增强。基础原材料、标准化零组件等非核心分系统和重要零部件等重要能力将逐步向社会开 放。当前我国航发产业蓄势待发，产业建设已实现从 0 到 1，相关领域民营企业面临广阔的新增市 场空间，有望充分受益于行业β的快速增长。

2、中国航空发动机产业现状：军品产业布局基本形成，民品布局较为薄弱

I. 军用航发现状：我国已合计生产航空发动机逾 7 万台，初步具备航空发动机的研制保障能力

我国航空动力行业目前已取得长足进步，基本建立了配套齐全的工业体系，为国防安全和经济 建设提供了重要支撑。前期，航空发动机因长期处于测绘仿制过程，技术研发水平相对落后，WS 多个前序型号几经搁浅。进入新世纪，虽然我国研制周期在拉长，但自主研发能力正在不断提高。 近年来，得益于国家支持和市场发展，航空动力研发体系能力获得快速提升。

II. 民用航发现状：积极规划 CJ-1000、CJ-2000、CJ-500 产品系列布局

出于历史原因，我国对于航空发动机的研发长期以军用领域为主，民用领域较为薄弱。随着民 机战略性凸显，我国也在积极布局民用/商用发动机市场。 在基础研究和技术研发方面，我国突破了航空发动机多项核心技术，基本构建了具有自 主知识产权的技术体系，通过持续推进成果应用来促进航空发动机重点产品的科研生产 及质量提升。 在产品研制方面，先进民用涡轴发动机、大型客机发动机研制取得重大进展，大功率涡 桨发动机、宽体客机发动机的关键技术得到验证，为传统产品升级确立技术基础；中小 型涡喷/涡扇发动机、活塞发动机研制也取得积极进展。高校、科研院所、民营企业广泛 参与航空发动机的研制配套，为我国航空动力产品谱系提供了必要补充。

三、需求端：广阔天地，大有作为

（一）军用航空发动机：需求增长、维修换装、国产替代三轮驱动

随着我国军用飞机现代化建设提速以及维修和换装市场的快速扩张，发动机的增量（新的需求 +国产替代）和存量（维修+换发）市场需求空间广阔。

1、增量逻辑：战机数目持续增长叠加国产化渗透率提升

I. 新增需求拉动：未来 10 年新增军机需要 11781 台发动机，万亿市场可期

据《World Air Force 2023》，我国 2022 年军用飞机数量达 3283 架，不足美国军机的四分之一。 在飞机细分种类中，我国战斗机的数量仅为美国战斗机数量的 47.9%，而其他种类机型如战斗直升 机、加油机、教练机等与美国差异更为明显，数量甚至低于美国数目的 20%。强国必强兵，作为全 球重要经济体之一，我国有望加快军事力量装备步伐。

II. 国产替代需求拉动：未来 10 年需国产替代发动机数量约 3390 台

美、俄占据全球军用发动机重要地位，我国军用发动机仍有国产化空间。美俄军用航空发动机 除了满足其自身国防建设需要外，还大量出口。以全球现役装备数量前十的战斗机型号为例，其中 8 个战斗机型号配备美国或俄罗斯的发动机，而我国目前军用发动机尚未出口，且仍为国产为主、 进口为辅的模式。近年来，美欧军机发动机禁运已成常态，我们预计国内二代机发动机国产化率接 近 100%，另据隆达股份公告，我国三代、四代战机航空发动机国产化率约 70%。随着太行发动机 的批量生产以及更多型号的研制，预计 2040 年军用飞机航空发动机的国产化率将提高到 95%以上。

根据以上分析，我们做出以下假设和预测： 据《World Air Force 2023》，我国 2022 年军用飞机数量达 3283 架，其中二代机约 1300 架，三 四代机约 1983 架，考虑到歼 10 为单发动机，且数量可观。因此我们假设我国存量三四代军机的飞 发比例为 1:1.9，则三、四代机总的存量发动机约 3767 台，其中非国产化发动机占比 30%，约 1130 台。假设 2040 年军用飞机航空发动机的国产化率将提高到 95%以上，结合备用、维修因素，则未 来 10 年需国产替代发动机数量约 3390 台。

2、存量替代逻辑：未来 10 年存量换发带动的发动机总量约 12606 台

发动机存在消耗属性，未来随着实战化训练要求加大，单机飞行时间增长，发动机维修次数和 换发需求也将大幅增长。据《大涵道比涡扇发动机总体性能与循环参数设计》统计，航空发动机使 用阶段的综合保障费用约占全寿命周期成本的 50%，高于航空发动机本身的价值量。因此，维护与 换发将从存量端助推需求放量。 根据以上分析，我们做出以下假设和预测： 根据《World Air Force 2023》，我国 2022 年军用飞机数量达 3283 架，考虑到有相当规模的歼 7、 歼 8、歼 10 和教练机等单发军机，假设整体飞发比例 1:1.6，国产化率高于 80%，则存量发动机数 量为 5253 台，其中国产发动机约 4202 台。另假设国产发动机寿命为 5 年，寿命期内不考虑飞机退 役等因素，则未来 10 年存量换发带动的发动机总量约 12606 台。 综上，我们预计我国未来 10 年军机发动机需求合计约为 2.78 万台，其中新增军机需要 11781 台发动机，需国产替代发动机数量约 3390 台，维修与换发带动的发动机总量约 12606 台。

（二）无人机发动机：2025 年我国军用无人机发动机市场规模约 30 至 45 亿元

与有人机比，无人机发动机推力要求不高，结构简单。无人机由于省去了有人军用航空器所必 需的一套工作环境和生命安全保护设备，所以重量轻、尺寸小，因而其发动机的推力要求不高，相 应的结构比较简单。如 F-137-AD-100/AE3007H 无加力燃烧室，高压涡轮为 2 级，低压涡轮为 3 级；TPE331-10GD 发动机控制系统为机械液压式，尾喷管为不锈钢固定面积喷管。因此，无人机 的发动机多为货架产品。

1、活塞发动机应用最广泛，未来主流仍是涡扇发动机

无人机动力系统主要有涡扇发动机、涡喷发动机、活塞发动机、涡轴发动机及电动机五大类， 根据特性应用于不同领域。其中，活塞发动机是最早的航空发动机，由于推力适中、低油耗、低成 本、技术成熟，同时在性能方面又能满足绝大部分无人机需求，已成为使用最广泛的无人机动力装 置。据航天彩虹公告，当前无人机市场（除高速无人机和微型无人机外），采用活塞发动机作为动 力装置的无人机数量占比超过 60%。

随着军用无人机任务范围的扩展，涡扇发动机逐步成为大型无人机动力装置。随着军用无人机 任务范围的扩展，用户要求其具备更大的起飞重量以携带更多有效载荷，飞行速度更快、巡航时间 更长，能够在距离地面站较远的范围和中高空活动，同时还要具备比较良好的隐身性能。在这样的 背景下，各国新研制列装的军用无人机，尤其是大型无人机普遍采用涡扇发动机作为动力装置。如 美国在 MQ-9 无人机基础上研制的 MQ-9C 无人机采用 1 台普惠公司的 PW-545B 涡扇发动机。 目前，我国无人机动力主要以活塞、涡桨和涡轮发动机为主，活塞发动机技术成熟、应用广泛， 涡桨发动机也正成为国内察打一体无人机的主力发动机之一。作为未来主流，无人机动力所采用的 涡扇发动机与国外差距明显，不能完全满足无人机对飞行速度、航时等指标的要求。根据航天彩虹 2021 年公告，公司已与国内发动机研发厂商合作，牵引国产发动机新产品测试和试用，新机型或 装配国产涡扇发动机。

2、更强调技术成熟性、适用性以及较高的可靠性，核心是低成本

实战使用中，军用无人机一般不会与敌方航空器直接发生空战。同时，由于军用无人机系统在 使用中的损失率较高。根据《军用无人机发动机维修保障特点及发展趋势》，从 1997 年到 2012 年， 美军装备的 MQ-1B/MQ-9 无人机由于机械故障或通信故障等因素共损毁 85 架，按飞行小时计算的 损失率为每十万飞行小时 6.71 架，是同期 F-16 战机的 2 倍以上。这就要求军用无人机系统具备较 低的全寿命周期成本，并且更加强调技术的成熟性、可靠性和维护性，应用新技术、新材料较少。

3、军用无人机发展空间广阔，2025 年我国军用无人机发动机市场规模约 30 至 45 亿元

与美国相比较，我国军用无人机存量较少，且存在更新换代的结构性需求。据国际战略研究院 发表的《the MILITARY BALANCE 2022》，2021 年美军合计装备 1143 架中大型无人机。根据航天 彩虹公告，中国中大型军用无人机装备数量较美国仍有 5-8 倍差距，未来发展空间广阔。

美国 2023 财年国防授权法案中详细披露了美军计划用于采购、研究开发与测试评估、使用与 维护各型无人机与反无人机系统的预算费用。2023 年，美军与无人机相关项目的总预算金额约 39 亿美元，占国防预算的比例约 0.45%。 我们采用美国国防预算中无人机项目金额的比例来推算中国军用无人机内需的规模。因我国无 人机装备基数较低，假设我国军用无人机每年采购额占军费比例为 0.6%，较同年美国略高，我国 2023 年军费 15537 亿元，则在无人机相关项目的市场规模约 90 亿元。另外，我们援引航天彩虹数 据，预计到 2025 年军用无人机市场规模将达到 100 至 150 亿元。假设发动机占无人机价值量的比 例略高于军用有人机（25%），约为 30%，则我国 2025 年军用无人机发动机市场规模约 30 至 45 亿 元，宗申动力、航瑞动力（未上市）等主机企业有望受益。

（三）商用航空发动机：国产化率较低，蓝海市场待掘金

1、商用航空发动机价值构成

根据《大型民用飞机涡扇发动机采购成本研究》所述，民用飞机的推进系统包括发动机、发动 机短舱等，发动机成本约占推进系统成本的 75%。因此，发动机采购价格在很大程度上影响民用飞 机采购成本。商用发动机的使用规律决定了其随着使用时间的延长，性能会发生衰退，在经过维修 后，性能又会得以恢复。基于此，发动机的市场价值可以分拆为四个部分，分别是新发动机溢价、 构型价值、维修价值和核心价值，而后两者占据绝大部分。

2、商业航发蓝海市场待掘金：预计未来 20 年商飞将新增 5162 台商用发动机需求

根据《中国商飞市场预测年报（2022-2041 年）》，未来 20 年，预计将有 9,284 架飞机交付中国 市场。其中，单通道喷气客机 6,288 架，占交付总量的 67.7%，单通道喷气客机机队中 79.3%为中 型单通道客机；双通道喷气客机 2,038 架，占总交付量的 22.0%；其余为喷气支线客机，二十年间 将交付 958 架，占总交付量的 10.3%。 预计到 2041 年，中国航空市场将拥有 10,007 架客机，其中 单通道喷气客机 6,896 架，双通道喷气客机 2,151 架，喷气支线客机 960 架。中国航空市场将成为 全球最大单一航空市场，引领未来全球航空市场增长。 假设中国商飞在国内支线和单通道客机的市占率为 30%，双通道客机的市占率为 20%，预计未 来 20 年商飞需要至少交付 2581 架飞机，则由商飞带来的商用发动机需求约为 5162 台。另假设未 来 20 年所需国产商用发动机的平均价值量与 C919 发动机价值量相仿，按照 C919 目录价（0.99 亿 美元/架）的 75%以及发动机 22%的整机价值量占比，则国产商用发动机均价约为 820 万美元/台， 未来 20 年国内商用发动机潜在市场规模达 423 亿美元，折合约 3000 亿元。

3、我国航发市占率率较低，中国商飞有望引领我国商用航发破局

I. 我国航发市占率较低，自主可控要求迫在眉睫

由于中国航空工业的基础相对薄弱，目前国内的民航客机发动机主要依靠进口，如美国 GE 航空、普惠、罗罗、赛峰等，国产发动机的市占率不到 1%，进口替代空间巨大。根据《民用航空 发动机市场发展道路展望》，2020 年,中国国内在役商用涡扇发动机数量达到 8200 台以上。其中， CFM 国际公司占据了 60%的市场份额。在中国窄体机发动机市场，CFM56 发动机份额占比 71%， V2500 占比 18%，LEAP-1A、PW1100G 分别占比 6%和 5%。

II. 国产大飞机商用化进度：C919 单笔最大订单落地，国产大飞机大规模商业采购将全面开启

2022 年 12 月 9 日，首架商飞 C919 正式交付给中国东方航空，而在交付仪式上，中国民航局 正式向 C919 颁发适航许可证。C919 是中国首架自主研发并获得适航许可证的飞机，通过了所有适 航审定，符合适航要求投入商业航班运作。 2023 年 9 月，中国东航再次与中国商飞签署购机协议，在 2021 年签订首批 5 架 C919 的基础 上，再增订 100 架，这是 C919 大型客机迄今为止收获的最大单笔订单。继接 C919 投入商业化运营 以来，中国东航已成为 C919 客机的全球最大用户，标志着国产大飞机大规模、大机队的商业采购、 交付和运营全面开启。

III. 国产大飞机航发市场需求：C919 用航空发动机年市场需求约 176 亿元

9 月 10 日，中国商飞董事长称 C919 订单已达 1061 架。据统计，2020 年及以前，商飞已取得 意向和确认订单合计 851 架，近年随着意向订单逐步转换为确认合同，C919 市场前景向好。在订 单充足的背景下，我们认为中国商飞的交付能力有望快速增长。根据 2023 年 1 月 12 日澎湃新闻报 道，中国商飞副总经理预计 C919 在 5 年内年产能规划将达到 150 架，若假设成交价为目录价的 75%， 届时年产值有望达到 800 亿元，空间广阔。从航空产业总量上来看，四家航空主机厂 2022 年航空 产品营收总额为 1050 亿元，按照此数据进行静态比较，C919 销量达到每年 150 架时，将为我国航 空产业带来约 76%的增量。 根据前瞻产业研究院的测算，民航飞机成本构成主要由机体、发动机、机电系统、航电系统和 其它等部分构成，各部分价值占比约为 36%、22%、13%、17%和 12%，我们假设 C919 的发动机占 C919 价值量的 22%，则国产大飞机带来的商用航空发动机年市场需求约 176 亿元，达到航发动力 （600893.SH）2022 年航空产品营收的 51%，对国内航发产业链具有明显带动作用。

四、航空发动机价值链与产业链分析

航空发动机产业链包含设计研发、加工制造(原材料、零部件、整机制造)、运营维修三个环节。 我国目前已基本建立了完整的航空发动机研制和生产体系。

（一）价值链分析

按照成本占比拆分，研发设计占比约 10%，包括设计、试验和制造；整机制造占比约 40%，其 中整机制造可根据生产流程拆分为上游原材料、中游零部件和控制系统、下游整机制造；维修运营 占比约 50%，包括材料购置、零备件修理、周转件更换等。

1、研发设计：占全生命周期 10%，其中型号研制费用占比 50%

航空发动机项目技术难度大、周期长、费用高、风险大。以 F135 为例，F135 发动机是 F-35 “闪电 II”的动力装置，该型发动机研制中以 F119 发动机的核心机为基础，发展同时满足空军、 海军和海军陆战队三型飞机需求的发动机。1994 年，F135 发动机项目启动，2016 年 12 月，该型 发动机研发结束，准备进入全面生产阶段，全研制周期长达 22 年。

航空领域研究和发展经费一般分为基础研究、应用研究和型号发展三大类，不同国家会根据实 际情况进行调整或者细分。美国对研究和发展经费的分类和管理较为系统和成熟，将研究和发展经 费细分为 7 类：其中，6.1 类～6.3 类不针对特定型号，属于技术基础工作（相当于我国的预研）； 6.4 类、6.5 类、6.7 类针对特定型号，属于型号发展工作；6.6 类则贯穿采办的全寿命周期。美 国不针对特定型号的发动机预研经费占全部发动机研究和发展费用的 30%～35%。据美国多年的航 空发动机各类经费统计，其非特定型号每年经费的比例大致为 23%~28%，且常年比例较为稳定。 针对型号发展费用比例随型号出台而有较大波动。

2、制造成本：占全生命周期成本的 40%，其中原材料价值占比 40-60%

航空发动机制造成本（不含控制系统）主要由两部分组成：原材料成本、劳动力成本，分别占 比在 40%-60%，25%-35%。航空发动机使用的原材料主要是高温合金和钛合金制品，两者价值占 比分别在 35%、30%左右。高温合金涉及的主要材料是镍、钴金属，钛合金主要是钛。发动机应用 的其他材料还包括铝合金、钢等。

3、维护成本：占全生命周期 50%，其中零备件航材价值占比 51%

从全寿命周期角度，航空发动机维护阶段费用高于整机采购成本，约占全生命周期价值量的 50%，其中零备件航材价值占比 51%、发动机大修和零部件修理占比 22%、航线维修占比 10%、外 场更换周转件占比 9%和其他占比 8%。 需要重点强调的是，发动机的维修（大修）成本就是车间成本，即与维修项目直接对应的成本， 而不考虑折扣、增值税、索赔、封顶价格等商务因素。根据发动机维修厂商提供的大修流程，发动 机的车间成本可以分成人工时费用、材料采购费用以及部附件修理费用三大类。其中，工时费用通 常在大修的总成本中仅占 3%左右；材料费用在总成本中占比约为 75%，是发动机大修的最主要的 组成部分；修理费用包含了内部修理和委外修理两部分，约占总成本的 20%-25%。

（二）产业链分析

1、上游材料：冷端以钛为主、热端以镍基合金、钛合金和钢为主

航空发动机设计和制造技术的先进性在很大程度上取决于所使用材料的水平。航空发动机的迭 代路径首先是“动力先行”，即航空发动机以飞行器的发展需求为牵引，需提前 5-8 年发展；其次 是“材料先行”，即研发一个新材料，制造成零件并装到航空发动机上大约需要 30 年，研发周期长， 技术难度大，因此，航空发动机的先进性在一定程度上取决于所使用材料的水平。随着对新型航空 发动机推重比要求的不断提高，航空发动机材料进入冷端以钛为主、热端以镍、钛、钢为主的时代。

I. 高温合金: 在新型航空发动机中，高温合金用量占发动机总重量的 40%~60%以上

高温合金指能够在 600℃以上及一定应力条件下长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强 度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，是军民用航空发动机热端部件不可替代的关键材料。据《航空 发动机材料结构的发展情况》，在新型的航空发动机中，高温合金用量占发动机总重量的 40%~60% 以上，其关键热端承力部件（红色部分）全部为高温合金。具体应用部件包括燃烧室、导向器、涡 轮叶片和涡轮盘四大热端部件，此外还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。

高温合金根据工艺不同，可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温合金 3 种不同类型。 其中，变形高温合金占比超过 70%，铸造高温合金占比为 20%，粉末高温合金不到 10%。 变形高温合金具有良好的力学性能，仍然是航空发动机热端部件制造的主要材料之一，应用范 围最广，主要用于制造航空发动机高压压气机后面级叶片、盘、机匣、燃烧室机匣等零部件。在我 国，涡轮盘中变形高温合金 GH4169 合金用量最大、应用范围最广。 铸造高温合金具有较好的抗氧化和抗热腐蚀性能，主要用于制造高低压涡轮工作叶片和导向叶 片等零部件。航空发动机叶片经历着等轴晶、第二代定向柱晶、第三代单晶的工艺升级过程，涡轮 叶片的承温能力得到了大幅提升。我国的铸造高温合金紧随世界铸造高温合金的发展步伐，成体系 地发展了从普通铸造高温合金到单晶高温合金的众多高温合金牌号。

粉末高温合金是用粉末冶金工艺制备的高温合金，组织均匀、细小，提高合金的屈服和抗疲劳 强度，主要用于制造航空发动机涡轮盘、压气机盘、鼓筒轴、封严盘、封严环、导风轮及涡轮盘高 压挡板等高温承力转动部件。粉末冶金工艺解决了高合金化高温合金铸造偏析、热工艺性能差的缺 点，使高合金化高温合金能够应用于工业生产，从而达到进一步提高航空发动机性能的目的。目前 用于工业生产的粉末冶金高温合金牌号有 FGH95、FGH96、FGH97 等。

航空航天领域是高温合金最大应用场景。目前，高温合金主要应用于发动机领域，包括航空发 动机、航天火箭发动机和各种工业用燃气涡轮发动机。根据 Roskill 统计数据，在高温合金的下游 应用中，按价值来分，航空航天领域应用占比 55%，其次是电力领域，应用占比为 20%。随着新型 高温合金材料的不断发展，其下游应用场景和市场需求也在迅速扩张。

II. 钛合金：先进航空发动机中，高温钛合金用量占发动机总重量的 25-40%

根据基体组织的不同，钛合金可以分为三类，分别为 α 合金、（α+β）合金和 β 合金。α 型和近 α 型钛合金具有良好的蠕变、持久性能和焊接性，适合在高温环境下使用。近 β 型和 β 型钛合金尽管在室温至 300℃具有高拉伸强度，但在更高温度下其蠕变抗力和持久性能急剧下降。 α+β 型钛合金不仅具有良好的热加工性能，且在中温环境下具备良好的综合性能。按照发动机零 件的使用环境和对材料的性能要求，α 型、近 α 型和 α+β 型钛合金更能满足发动机的工作要求， 广泛用于发动机冷端部件。 钛产业的直接上游为矿产开采和冶炼，产品主要为钛精矿和钛铁矿，中游钛材产品分为板材（市 场结构占比 56.3%）、棒材（21.9%）、管材（11.9%）、锻件（5.3%）等，主要用于化工（市场结构 占比 50%）、航空航天（23%）、医药（4%）等。

中低端钛产品已实现自给自足，高端钛材仍依赖进口。需求结构上，我国中低端钛产品已实现 自给自足，盈余产能向国外释放。根据中国海关总署数据，2022 年我国各类钛材进口 7479 吨（5.52 亿美元），与 2021 年基本持平；出口 26,313 吨（7.59 亿美元），同比增长 22%。目前我国钛材产能 已成为世界第一，但与美日俄在钛加工技术上仍有较大差距，10-15%的钛材需求依赖进口。 在供给结构上，我国钛加工材产业集中度较高。市场份额主要由宝钛股份（600456.SH）、西部 超导（688122.SH）和西部材料（002149.SZ）占据。根据中商产业研究院数据，2021 年前三家企业 市场份额达 47.0%，前十家企业市场占比达 78.7%，其中宝钛股份为我国最大的钛及钛加工材生产 企业，占据我国 20%以上市场份额。

III. 隐身材料：降低进/排气系统的红外和雷达特征实现发动机“隐身”

发动机实现隐身，即降低进/排气系统的红外和雷达特征，是战斗机实现隐身的重要前提。涡 扇发动机是作战飞机的主要动力，其进/排气系统是重要的雷达散射源和红外辐射源。发动机雷达 隐身技术就是通过对腔体结构的设计、材料的选择等措施来减小进/排气系统在雷达入射波方向上 的反射波强度，从而降低飞机被敌方雷达发现的概率。 雷达散射源：涡扇发动机进气系统腔体、排气系统腔体、各种缝隙和边缘是主要的雷达波 散射源，其雷达特征与腔体、缝隙和边缘的形状、大小及材料的电磁特性有关。红外辐射源。发动机的进气系统腔体、排气系统腔体和尾喷流是重要的红外辐射源。发动 机红外隐身技术就是通过各种措施尽量降低进/排气系统在威胁方向上的红外辐射特征，从 而降低敌方红外探测系统发现的概率。 常用的进/排气系统雷达隐身技术主要有遮挡雷达散射源、边缘修形、雷达波吸收材料和结构 吸收雷达波能量等。常用的进/排气系统红外隐身技术主要有遮挡红外辐射源、高温壁面的冷却和 尾喷流的快速降温、合理的表面材料选择、合理设计降低红外特征。一般而言，雷达隐身和红外隐 身技术都将导致进/排气流道的总压损失增加，从而导致发动机推力的下降和耗油率的升高。

IV. 复合材料：未来航空发动机研制中，新材料对性能提高的贡献率为 50%-70%

开发和应用轻质、高强、耐高温的材料是提升航空发动机减重效率、推重比、燃油经济性的重 要手段，也是航空发动机未来的发展趋势。一代材料、一代航空发动机，材料是决定航空发动机性 能、耐久性、维修性和成本的重要因素。复合材料的发展为发动机性能的持续提升带来可能。航空 发动机广泛使用的复合材料主要包括树脂基复合材料、陶瓷基复合材料和金属基复合材料。

树脂基复合材料：以树脂材料为基体的纤维增强材料，通常使用玻璃纤维、碳纤维、玄 武岩纤维或者芳纶等纤维增强体。目前广泛应用的树脂主要包括环氧树脂、双马树脂和 聚酰亚胺树脂，增强纤维主要包括碳纤维、玻璃纤维。树脂基复合材料的服役温度一般 不超过 350℃，因其良好的抗疲劳性、抗腐蚀性、减震性等优势，广泛用于航空发动机的 进气道、风扇整流罩等关键冷端部件。

2、中游零部件制造：锻件重量占发动机结构总重量的 55%~65%，精密铸造技术要求高

航空发动机零部件行业产业链主要由上游的原材料供应商、中游的零部件供应商、单元体供应 商、下游的发动机整机制造商构成。整机制造商主要分布于美国、法国、英国等，单元体制造商主 要分布于日本、欧洲国家。

按发动机不同部位来分。航空发动机是由三万多个零部件构成的精密的、复杂的系统。它主要 分为五大部件，按照气流流动方向，即进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管，其中发动机核心 机包含中间三大部件。

I. 锻造：先进航空发动机中高温合金和钛合金锻件重量占发动机总结构重量的 55%~65%

锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、 一定形状和尺寸锻件的加工方法，是锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。通过锻造能消除金 属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻 件的机械性能一般优于同样材料的铸件。根据成形机理，锻造可分为自由锻、模锻、辗环。

先进航空发动机中高温合金和钛合金锻件重量占发动机总结构重量的 55%~65%。随着高新技 术武器装备向小型化、精确化、轻量化、高可靠、低成本方向发展，对结构件及其成形工艺的要求 越来越高，促使塑性成形技术向精密、整体、复杂、高性能、高可靠、低成本方向发展。美国航空 工业中的精密模锻件占零件品种的 80％以上，俄罗斯占到 70%~75%，日本占到 63.9%。 盘类锻件：涡轮风扇式发动机的盘件主要包括风扇、压气机、涡轮及部分型号中的燃烧室。 环形锻件：主要为机匣和其他环锻件。按价值计算，航空发动机环形锻件约占航空发动机价值 的 6%。

从国际市场来看，由于航空锻件与普通锻件在应用领域和技术工艺水平等方面存在差异，因此 航空难变形金属材料环形锻件生产企业与普通环形锻件企业基本不会产生直接竞争。从航空锻造领 域的竞争格局来看，美国和日本等发达国家走在世界前列，依托高端的生产设备及先进的加工工艺， 能够生产出大尺寸、高精度、高性能的高品质环形锻件，占据着航空航天、燃气轮机、能源装备等 主要高端应用市场。 从国内市场竞争格局来看，国内普通锻造企业较多，没有接触航空难变形材料，技术水平一般， 市场竞争较为激烈。而在航空锻件领域，由于航空发动机对锻件质量要求极高，在技术、工艺、设 备、资金、人员、认证资质方面均有很高的进入壁垒，只有少数企业能进入该行业，市场竞争程度 相对较低。 军工锻件产品制造行业企业主要包括国有大型军工企业或其下属科研院 所和民营军品生产企 业。国有大型军工企业凭借其技术实力、资金实力、规模优势，成为军工产品的主要生产商，竞争 优势显著，而少数具有军品生产资质的民营企业更多集中在产品配套域。

II. 铸造：精密铸造工艺技术难度高，国内企业数量有限

精密铸造又称熔模精密铸造、失蜡铸造，通常指通过蜡料复制零件，然后在蜡料表面涂覆耐火 材料形成型壳，再熔化脱除蜡料，最后向型壳中注入金属液形成铸件的工艺过程。

航空发动机结构件精密铸造工艺具有相当高的技术难度。一方面精密铸造工艺过程涉及的工序 繁多，生产周期长，且各工序均存在不同程度上影响精铸件冶金质量和尺寸形状的技术因素；另一 方面为保障航空发动机的服役安全，精铸件的质量检验项目多，并且各项目的技术条件十分严苛， 任何化学成分、力学性能、晶粒度、显微组织、表面质量、内部冶金质量或尺寸外形等因素的不合 格都将导致铸件报废。 高温合金精密铸件是应用于航空发动机、燃气轮机热端部分的关键部件，包括机匣类大型复杂 薄壁结构件、涡轮转动及导向叶片、整体叶盘、导向器、扩压器等。

3、中游分系统：动力控制系统约占发动机整体价值的 10%-20%

航空发动机的控制系统根据发动机状态和发动机外界环境变化控制发动机的各调节参数，保证 发动机工作稳定，并提高发动机性能。目前，航空发动机控制系统主要可实现的控制包括：输出参 数（推力或功率）控制、燃油流量控制、压气机可调静子叶片控制、可调放气活门控制、涡轮间隙 主动控制、高压压气机、涡轮冷却空气流量控制、发动机滑油和燃油温度管理、发动机安全保护、 启动和点火控制、反推控制等。动力控制系统是航空发动机的主要组件，在整个产业链条中属于必 不可少的部分，约占发动机整体价值的 10%-20%。 根据被控用途来看，发动机机控制系统可以分为：主燃油控制系统、加力燃油控制系统、起动 控制系统、导叶控制系统、喷口控制系统等子系统。

数字电子控制是航空发动机控制技术发展的必然趋势。世界航空技术强国通过几十年的发展， 已经取得了长足进步，开发出了技术先进、安全可靠的产品，并朝着分布式控制、飞发综合控制等 方向发展。相比之下，我国在发动机控制领域，尤其是数字电子控制方面有较大差距。目前，我国 高性能军用航空发动机的型号研制工作已结合国内型号研制和预研工作，开发符合中国国情的航空 发动机数控系统，从而缩短与先进国家的技术差距。

4、下游整机制造&维修运营：整机壁垒最高，维修运营价值占全生命周期 50%

I. 整机制造：产业链壁垒最高，国内外皆成寡头垄断态势

航空发动机整机制造是整条产业链中壁垒最高、难度最高的环节，覆盖从所有零件、成附件到 各级组件、单元体、主单元体直至整机的全部装配和分解过程，同时也涉及装配分解过程中的转子 零部件平衡、检测、清洗等流程。 航空发动机主机厂将核心能力定位于设计、工程和系统集成，并研发、制造少数关键分系统和 零部件，其余大量的分系统和部件均转包或分包给其他专业化公司。作为供应链系统的链长，主机 厂通过对资源进行协同组织和管理来实现产品交付。 目前，我国航空发动机整机集成交付领域包括八大主机厂，均为中国航发集团下属企业，分别 为上市公司航发动力旗下的西航公司、沈阳黎明、贵州黎阳、南方公司，上市公司航发科技旗下的 成发公司，以及航发商发、哈尔滨东安和南京轻动。在航发动力下属的四大主机厂中，西航公司、 沈阳黎明定位为中大型涡轮、涡喷发动机研制生产维保基地，贵州黎阳定位为中小推力航空发动机 研制生产维保基地，南方工业定位为涡桨、涡轴发动机研制生产维保基地。

II. 维修运营：后市场规模占全生命周期的 50%，价值亟待发现

1）维修内容和频次

航空发动机维护阶段的成本约占全生命周期价值量的 50%，而发动机维修价值量占 22%，成为 除零备件航材（51%）之外，在维护阶段价值量最大的环节。根据维修深度的不同，发动机的维修 工作通常划分航线维护（航线）、定期检修（定检）和进厂翻修（大修）三个级别。

2）行业参与者

航空维修领域，不同维修对象的业务之间不形成直接竞争航空维修领域项目多，不同项目在维 修技术、维修设备、维修周期等方面差异较大，航线维护、发动机维修、机体维修、机载设备维修 等对不同维修对象的服务之间并不形成竞争。 军用航发维修方面，目前大部分企业的航空发动机维修业务在企业内部属于批产的附属部分， 未能形成独立的维修能力。特别是航空发动机零部件的深度修理还处于起步阶段，需要大力发展。 中国人民解放军第五七一九工厂（隶属于空军装备部）是国家大型、军队一级企业，空、海军新型 航空发动机修理基地。航发动力是国内大型航空发动机制造基地企业，国内唯一的生产制造涡喷、 涡扇、涡轴、涡桨、活塞全种类军用航空发动机的企业。旗下黎明、南方等主机厂也从事发动机修 理业务，同时公司间接 100%控股的贵动公司、联营企业晋航公司主营发动机修理业务。 截止 2023H1，航发动力航发维修募投项目已竣工并投入生产，23H1 两项募投项目合计形成产 值 4.3 亿元。

民用航发维修方面，我国境内发动机维修、机体维修企业主要包括珠海保税区摩天宇航空发动 机维修有限公司（珠海 MTU）、四川斯奈克玛航空发动机维修有限公司（SSAMC）、厦门太古飞机维 修工程有限公司（TEACO）等 OEM 厂家合资企业，以及北京飞机维修工程有限公司（AMECO）、 广州飞机维修工程有限公司（GAMECO）、中国东方航空工程技术公司等民航企业投资的维修企业。

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