国防军工行业深度：航空发动机：军工长坡厚雪万亿超级赛道，开启10年以上黄金成长期

航空发动机是军工长坡厚雪的万亿超级产业赛道，并已形成超大产业集群，正式开启10年以上黄金成长期，战略价值与投资价值凸显。 1、战略价值：发动机强则飞机强，飞机强则航空强，航空强则中国强！ 我国正在加快实现航空发动机、燃气轮机产业自主创新发展，打造的两机产业集群对我国军事装备加速发展、高端制造转型升级都具有深远意义。核心产业逻辑在于：军用层面，几十年科研转向批产带来发动机放量列装；民用层面，国产商用发动机加速研制是解决大飞机心脏“卡脖子”的重要支撑，进而拉动大飞机、商用发动机整个大产业链条蓬勃发展。 2、投资价值：航空发动机开启10年以上黄金成长期，长坡厚雪投资价值凸显。 1）产业空间大、产业趋势拐点显著：五大成长逻辑，铸就航发万亿大赛道。 三代机主力型号批产提速：三代机已从科研走向批产，工艺不断趋于成熟，规模效应下产业链盈利能力将不断提升。 新型号持续迭代更新：众多新型号如中推、四代机等将持续进入定型批产阶段，一个新型号诞生带来30~50年的收益周期，更长维度看会有先进型号持续迭代。 商用发动机产业化：CJ1000、CJ2000等研制进程提速，叠加军用新型号定型，整个航发产业加速发展将跨越“十四五、十五五”整整10年甚至更长周期。 航发维修市场快速打开：实战化训练加快航空发动机耗损，后市场与新机采购价值在航发全寿命周期中占比相同。此外，因航发耗材属性叠加地面备件配置，航发与军机的量级比是10:1，规模倍数级扩大。 此外，再叠加燃气轮机产业（与航发合称两机，产业链极其相似），预计未来10年总市场规模达19709亿元，长期看这些逻辑交相辉映依次兑现，万亿超级产业赛道滚滚而来。 2）高壁垒、稳定格局：航空发动机是世界上公认的总体技术水平最高、核心技术封锁最严、结构最复杂的工业产品，高研制壁垒带来稳定的产业格局，一旦研制成功或者切入产业则收获几十年确定性的收益，所谓高投入、高回报。以民用航发CFM-56系列为例，自1982年首台套投入运营以来40年间累计交付33806台，新机合计销售额超3380亿美元，10年间维修市场高达780亿美元。 3）长坡，持续增长确定性强：全面备战能力建设下要求军事装备加速发展，2021H1航发动力、中航沈飞、洪都航空合同负债同比大幅增长784.81%、697.93%、41704.49%，百年未有之大变局下装备订单只会持续增加，整个发动机产业增长确定性强，多重成长逻辑下持续性强，“长期性、确定性”带来投资价值凸显。 4）厚雪，航发产业链拥有很好的商业模式：以巴菲特在2015年以372亿美金私有化的全球两机零部件龙头PCC为例，下游两机需求持续增长，以其稳固的竞争格局获得很好的经营稳定性与持续性，2006-2015年PCC净利润和经营性现金流CAGR达到17.78%和24.85%。 3、投资策略：立足长期成长，选择“航发赛道+卡位核心”的优质资产。 1）整机/分系统：垄断性产业地位凸显，长期成长确定性最强，重点关注批产后规模效应提升、机制改善带来的业绩改善。重点公司：航发动力、航发控制。 2）原材料+零部件：高景气、长期成长、高壁垒选择策略，今年镍价的影响已很充分，众多公司是长期维度下重要的战略布局窗口。 高温合金（含铸件）：变形、铸造、粉末三大条线，是航发原材料中壁垒最高、消耗属性最强的环节。重点公司：抚顺特钢、钢研高纳、图南股份、隆达股份。 隐身材料：耗材、稀缺、壁垒极高。重点公司：华秦科技。 钛合金：涉及航发/军机/导弹等多个成长赛道，重点公司：西部超导、宝钛股份、西部材料。 铸锻件：铸件如涡轮叶片等壁垒极高竞争格局非常稳固，锻件重资产运营模式下需求放量带来利润弹性，重点公司：中航重机、派克新材、航宇科技、应流股份、万泽股份、航亚科技。 3D打印：非常大的产业趋势且处于成长初期，涉及航空航天多个赛道，重点公司：铂力特。 风险提示：原材料价格上涨；军品订单交付不及预期；航发新机型研制进程低于预期；新机型工艺良率较低影响短期整机利润释放；测算与实际情况存在误差。 1.航空发动机：动力强军，科技强国 1.1产业地位：工业皇冠上的明珠，高端制造业深水区 发动机强则飞机强，飞机强则航空强，航空强则中国强！ 航空发动机被誉为“工业皇冠上的明珠”，也是中国高端制造业迈向深水区的重要阵地，其产业发展是一个国家工业基础、科技水平和综合国力的集中体现，是强军强国的重要标志。航空发动机具有技术密集度高、军民融合性强、产业带动面广等特点，具有极高的军事价值、经济价值和政治价值。全球范围内仅有联合国5大常任理事国能够独立研制航空发动机并形成产业规模，而商用发动机市场上具有技术和商业优势的只有美、英两国，全球范围内都呈现高度垄断的态势。 我国正在加快实现航空发动机自主创新发展，军用航空发动机已形成“一、二代机加速淘汰，三代机批量稳定交付、四代机研制、五代机预研加速的局面”，商用航空发动机CJ1000、CJ2000等正在加速研制以解决大飞机心脏“卡脖子”的重大风险。 图表1：航空发动机被誉为工业皇冠上的明珠 航空发动机产业是以航空燃气涡轮发动机技术为基础发展的产业集群，主要产品包括军/民用航空发动机、辅助动力装置和航改燃气轮机，还可以得到重型燃气轮机及利用航空发动机技术衍生发展的其他产品。由于航发与燃气轮机技术相通，产业环节相似，我国于2017年正式启动航空发动机与燃气轮机两机专项，直接投入以及带动地方、企业和社会其他投入预计总金额约3000亿元，已然将两机产业统筹发展打造产业集群。 图表2：航空发动机产业集群一览 1、航空发动机产业：涡扇发动机为主，产量占一半以上；涡喷、涡桨、涡轴、桨扇、活塞发动机为辅。二战后航空发动机向高功率、低重量方向发展，活塞发动机逐步退出历史舞台，喷气式发动机得到广泛应用，其主要分为有、无压气机2种类型。 1）无压气机类型：分为冲压式发动机、脉冲喷气发动机。前者应用于高超音速飞机、导弹等飞行器，近年来随着高超音速武器研制也得到快速发展；后者脉冲喷气发动机应用于靶机、导弹、航空模型等，应用较为受限。 2）有压气机类型：全球主流，分为涡喷、涡扇、涡桨、涡轴和桨扇发动机。根据《航空发动机产业现状与趋势》，预计2020~2034年涡扇、涡桨、涡喷、涡轴产量占比分别达57%、20%、12%、11%。 图表3：各种类航空发动机特点及发展情况介绍 2、燃气轮机产业：燃气轮机广泛应用于发电、船舰和机车动力、管道增压等能源、国防、交通领域，是关系国家安全和国民经济发展的高技术核心装备。燃气轮机是将气体压缩、加热后送入透平中膨胀做功，把一部分热能转变为机械能的旋转原动机。按结构形式可以分为重型、轻型、微型燃气轮机，其中全球重型燃气轮机已形成高度垄断的局面，以GE、西门子、三菱、阿尔斯通等公司为主导；轻型燃气轮机是航空发动机改型，以GE、P&W、R&R等航空公司为主导；微型燃气轮机参与者较多。 图表4：燃气轮机产品分类及发展情况介绍 3、两机技术衍生产品：航空发动机与燃气轮机是高端制造业的代表，装备研制需要应用先进的材料、制造工艺、过程控制、定制开发等手段以实现航空装备产品高质量、高可靠性要求，这套高端装备产品研制技术及过程管理体系可以衍生应用到其他领域的产品上。以航发控制为例，核心主营是航空发动机控制系统产品，近年来公司以动力控制系统核心技术为依托，重点向兵器、汽车等动力燃油与控制系统及衍生产品研制、生产、试验、销售、维修保障拓展，2021年实现营收（3.78亿元，+16.54%）。因此，我们认为航空发动机高端装备制造技术的延伸性突出，可以向众多非航领域延伸，航发配套企业也多按照航发与非航业务两大路线获得发展，以扩大两机产业集群的发展规模。根据美国国会数据，军事技术二次转化为民用，每投入1美元能够产出7美元得效益，而在航空工业项目发展10年后，技术转移比为1：16，就业带动为1：12。 图表5：航空发动机技术衍生产品举例 1.2产业特点：高壁垒、长周期、高投入、高风险、高回报 1.2.1研制特点：高技术壁垒、长研制周期、高投入成本、高研制风险 1、高技术壁垒：航空发动机是世界上公认的总体技术水平最高、核心技术封锁最严、结构最复杂的工业产品之一，挑战着现代工程科学的极限，被誉为“现代工业皇冠上的明珠”。航空发动机研制涉及几乎所有科学和工程专业，技术壁垒极高，具体如下： 1）工作环境恶劣：高压比、高燃气温度、高负荷、大流量等。高性能压气机叶片既薄又具有弯、扭、掠的构形，高速旋转时要长时间承受自身重量2万倍的离心力；薄薄的机匣要长时间承受50~60个大气压而不能变形和损坏，相当于蓄水175米的2.5个长江三峡大坝所承受的水压；涡轮叶片的气流环境温度现已高达2000~2200K，远超过其金属材料的熔点，且要求在1万~2万转/分条件下能够长时间可靠工作；主燃烧室中气流速度高于100m/s，要求燃烧稳定，出口流场均匀，效率达99%以上。 图表6：航空发动机工作环境极端恶劣，进而带来非常高的技术壁垒 2）产品结构复杂：整机由上万个零件组成，加工精度达到微米甚至纳米级。由于对推重比和热效率的极致追求，现代航空发动机结构越发精细化、复杂化。以美国GE公司研制生产的大涵道比涡扇发动机GEnx为例，其所包含零部件高达110万个，且不同部件所使用的材料、工艺也不相同。此外，航空发动机作为一个复杂系统，对零部件的精密程度要求也达到了现代工业的极致，如航空发动机整体叶盘从毛胚到成品要经过几十道工序、数百次换刀、上千次进退刀，A4纸大小的整体叶盘叶片最厚2mm，最薄处只有0.2~0.3mm，绝不允许有任何瑕疵。 图表7：航空发动机结构复杂，加工精度高，工艺难度大 3）高可靠性要求：要求很高的可靠性、很好的环境适应性。高性能、长寿命、高可靠性、很好的环境适应性是航空航天装备制造追求的永恒目标，以满足高温、高压、高转速、交变负载等极端服役条件。现代民用发动机寿命要求达3万小时以上，未来将超过10万小时，而对空中停车率的要求是发动机每10万飞行小时不能大于0.2~2次。航空发动机的外部运行环境极其严苛，发动机要适应从地面高度到万米高空缺氧环境、从地面静止状态到每小时数千米的超音速状态和从沙漠干燥环境到热带潮湿环境。总之，航空发动机需要在高温、高寒、高速、高压、高转速、高负荷、缺氧、振动等极端恶劣环境下保证稳定的工作状态。 图表8：航空发动机对产品可靠性及环境适应性要求极高 2、长研制周期、高投入成本。以航空发动机工业制造水平最高的美国为例，美国典型的航空发动机研制费用普遍超过10亿美元，且随着航发研制朝着更高的综合性能方向发展，其研制难度逐渐增大，研制费用也逐渐提高，如美国四代航空发动机 F- 119的实际研制经费高达24.65亿美元，仅研制周期就长达13年之久。 图表9：航空发动机研制流程极长 图表10：美国典型发动机研制经费与周期 3、高研制风险。RB211是罗罗公司在20世纪60年代研制的推力介于166-270KN之间高涵道比涡扇发动机，其最初目的是作为洛克希德马丁公司L-1011客机的动力装置。由于RB211采用了独特的三转子涡扇概念，其复杂性使得研制和测试耗时极长，1970年罗罗公司在RB211上的投入已经达到1.703亿英镑，几乎是原计划的两倍，导致罗罗公司陷入财务危机并最终破产，于1971年被收为国有（1987年英国政府国有资本再次退出，罗罗公司重回私有）。 1.2.2经济特点：高壁垒带来稳定产业格局，一旦研制成功经济效益巨大 航空发动机产业的经济特点体现在：高研制壁垒需要长周期的高研发投入甚至有高风险，那么与之匹配的也是研制成功后可以获得长期确定性的增长，长期看经济效益巨大。 1、航空发动机产业发展特点是“基于核心机衍生发展”路线，衍生机型不断延伸发展延长航发产品应用周期的同时带来倍数的经济效益。“核心机”是燃气涡轮发动机中由高压压气机、燃烧室和驱动压气机的高压涡轮组成的发动机核心部分，其在航空发动机研制中处于承上启下地位，