航空发动机行业深度报告：钢铁之“心”，坡长雪厚

工业“皇冠上的明珠”，国家安全的重要保障：航空发动机作为一种高度复杂和精密的机械，是各飞行器乃至整个航空工业的动力之源。而由于长期工作于高温、高压、高转速，造就航空发动机设计制造的技术难度。作为国之重器，在国际局势风云变幻的背景下，航空发动机的自主、创新是基本要求；另一方面，作为高附加值行业（单位重量价值量1400，以船舶单位重量价值量作为计算基准），航空发动机对基础工业和科技技术的发展具有巨大带动作用。 材料&核心零部件的发展，推动航空发动机代次更迭：纵观军用飞机的历史，每次性能大飞跃都与动力的更新换代密不可分。细分来看，“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、维修性等的关键，航空发动机性能改进的50%-70%依靠新材料带来的性能提升；从核心零部件来看，核心机作为航空发动机中最重要的模块，涉及到发动机研发过程中80%以上的技术问题，也为相关衍生型号的“平台化”推进提供基础，重要性不言而喻，其他如矢量推力喷管、隐身涂层等技术也是航空发动机发展的重要方向。 正视差距，国之重器，坡长雪厚：我国航空发动机产业起步较晚，1）军用航空发动机国产化替代顺利推进，然而我国自主研制的首款高性能大推力涡扇发动机仍然与国外先进型号存在差距；2）商用航空发动机方面，目前我国尚无用于商业航线的大涵道比涡扇发动机成熟型号。随先进军用发动机的国产化、列装，商用发动机随国产大飞机带动而稳步推进，航空发动机未来市场空间巨大。我们预计2025年国内军用发动机总价值量约728亿元，商用发动机总价值量约971亿元，后续随实战化训练&存量飞机数量上升带来的发动机维修需求有望进一步推动航空发动机市场的长期增长。 投资建议：航空发动机制造本身具备高壁垒、验证周期长的特点，配套零部件&原材料供应商相对稳定。在国家安全发展的大背景下，主战装备的升级、放量有望催动航空发动机产业链的稳步发展。我们重点推荐航空发动机控制系统核心供应商航发控制 （000738.SZ）； 航空发动机锻件配套商航宇科技（688239.SH）、派克新材（605123.SH）；上游原材料高温合金龙头钢研高纳（300034.SZ）；航空发动机主机厂下属上市公司航发科技（600391.SH）；隐身材料龙头华秦科技（688281.SH）；航空发动机重点型号核心主机厂航发动力（600893.SH）。 风险分析：军费增长不及预期的风险；航空发动机放量节奏不及预期的风险； 原材料价格上涨超预期的风险；新型号研发、批产进度不及预期的风险。 投资聚焦 航空发动机作为国家战略资源，是制约和牵引军用飞机性能的关键。在国际局势风云涌动、国家安全发展的大背景下，主战装备放量+发动机国产化+代次升级将共同推动未来军用航空发动机的发展；商用发动机方面，随国产C919大飞机的后续交付，有望带动国产商用发动机的加速推进。站在发动机主机厂的角度，发动机的放量将有望催动规模效应从而提升盈利能力；站在上游配套商的角度，无论是控制系统、传统锻件或是上游原材料，均有望受益于航空发动机总体市场的稳定增长。 我们区别于市场的观点 市场认为，后续我国航空装备存在增速放缓的趋势，进而对航空发动机数量未来增长速度存在担忧。 而我们认为， 1）与航空装备相比，航空发动机寿命较短，进而随存量装备数量的增长，维修换装的需求将助力航空发动机需求量在中长期持续保持较高增速； 2）我国目前主力军用发动机型号跟国家先进水平仍存在一定差距，随升级矢量推力等功能的新型号军用发动机的列装，单机价值量的增长将进一步助力行业空间的释放； 3）商用发动机方面 ， 目前尚无成熟的大涵道比涡扇成熟型号 ， 后续CJ1000发动机有望随C919大飞机的逐步交付而加速推进。 股价上涨的催化因素 1)核心主力型号发动机研发、列装推进，带动整体产业链价值量同步释放。2）新型主力飞机的后续列装、放量，从需求端带动航空发动机整体向上。 投资观点 我们认为，航空发动机产业链坡长雪厚，同时高技术难度筑起核心壁垒。 随军机放量、代次更新、后续维修更换需求起量有望长期维持高景气。因此，处在航空发动机产业链上的核心公司有望深度受益。 重点推荐：1）航发控制，国内最主要的航空发动机控制系统供应商，深度受益于航空发动机的放量&高代次发动机对发动机控制系统更高的要求，首次覆盖给予“买入”评级；2）航宇科技，航空发动机锻件供应商，得益于产能有序释放&绑定关键主机厂，未来业绩有望加速释放，首次覆盖给予“买入”评级；3）派克新材，航空发动机锻件供应商，环锻产能有序释放，后续进一步布局模锻进而扩展市场竞争力，首次覆盖给予“买入”评级；4）钢研高纳，航空发动机核心材料——高温合金龙头供应商，高附加值产品有望深度受益于高代次发动机放量，维持“买入”评级；5）航发科技，航空发动机主机厂直属上市公司，受益于新产品的放量，有望随规模效应带来利润率改善，从而加速业绩释放，首次覆盖给予“增持”评级；6）华秦科技，国内隐身材料龙头，产品耗材属性明显，助力业绩高增，首次覆盖给予“增持”评级；7）航发动力，航空发动机核心主机厂，垄断地位明显，成长确定性最强，维持“增持”评级。 1、钢铁之“心”，强军兴国之保障 1.1、“工业皇冠上的明珠”，国家安全重要保障 航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，利用航空燃油等化石燃料在发动机内燃烧生成的热量推动机械输出能量。航空发动机是飞机，火箭等各类飞行器的核心装备，是各类飞行器乃至整个航空工业的动力之源。由于高温、高压、高转速、长工作时间的恶劣工作环境特点，造就了航空发动机的高技术壁垒，航空发动机又被誉为“工业皇冠上的明珠”。 航空发动机产业的良好发展是一个国家强劲的工业基础、完整的产业集群，以及先进的基础科学的集中表现。一方面，在国际形势风云变幻，“百年未有之大变局”的时代背景下能够实现自主创新的航空工业是保障国家安全的核心要素；另一方面，航空发动机产业链长，覆盖面广，涉及机械、材料电子、信息等诸多行业，对基础工业和科学技术的发展有巨大带动作用和产业辐射效应【从单位重量创造的价值量来看：船舶1vs航空发动机1400】。 图1：典型行业单位重量价值量对比（以船舶为参考基础） 目前世界商用航空发动机市场主要被欧美少数几家公司垄断，而在军用航空发动机上，我国虽已实现自主突破，但在关键性能指标上仍有较大差距。 1）商用发动机方面，根据《Commercial Engines 2022》的数据，2021年全球总共交付1812台商用航空发动机，全部被GE、CFM、PW和罗罗占据；2）军用航空发动机方面，我国核心主力机型仍与国外先进机型存在代次差异。 图2：2021年全球商用发动机市场情况（交付量） 图3：国内外航空发动机发展趋势 1.2、涡喷到涡扇，未来是自适应循环 航空发动机的发展主要经历了1903年-1945年的活塞式发动机时代和1945年至今的喷气式发动机时代。随着技术的进步，活塞式发动机已经被基本淘汰，仅在中小型低速通用飞机、军用中低空无人机等小型飞行器上有少量应用。喷气式发动机可以分为火箭式发动机以及空气喷气式发动机，其中空气喷气式发动机又可以按照有无压气机和推力产生原理的分类标准细分为冲压式喷气发动机、脉动式喷气发动机、涡喷发动机、涡轴发动机、涡桨发动机、涡扇发动机等不同类型。 图4：航空发动机分类 图5：（有压气机）航空发动机示意图 得益于推力大、耗油率低的特点，涡轮风扇发动机逐步成为目前航空发动机的主流。涡轮喷气发动机与涡轮风扇发动机的相同之处在于都是直接反作用式喷气发动机，但两者结构上的差异主要是：涡轮喷气发动机前端是压气机，而涡轮风扇发动机的前端是风扇；涡轮喷气发动机是单涵道，而涡轮风扇发动机有内外两个涵道，内涵道部件与涡喷发动机基本相同，外涵道的风扇由内涵道的转子带动旋转，所以，涡轮风扇发动机具有涡轮喷气发动机所没有的气动参数“涵道比”，指的就是外涵道空气流量与内涵道空气流量之比。涡轮风扇发动机之所以成为目前航空发动机的主流，主要得益于它的两大显著优点： 1）推力大，涡轮喷气发动机的推力来自尾喷管喷出的高速燃气流产生的反作用力，而涡轮风扇发动机的推力是内外两个涵道高速喷流产生反作用力的总和，所以，在核心机相同条件下，涡轮风扇发动机的推力明显大于涡轮喷气发动机。（eg.J79涡喷发动机推重比4.7，推力83kNvs. F1 00-PW-220涡扇发动机，推重比7.4，推力128kN）； 2）油耗低，涡轮风扇发动机有内外两个涵道，它的总空气流量比单涵道的涡轮喷气发动机大，排气速度又低于涡轮喷气发动机，并且提高了发动机的增压比和涡轮前温度，因此涡轮风扇发动机的耗油率至少比涡轮喷气发动机低约15%～20%，推进效率提高。 表1：主要种类航空发动机优缺点及应用场景 下一代先进战机发动机。2021年5月13日，GE航空集团宣布首台XA100自适应循环发动机已经完成测试，试验结果与预测的一致，并实现了美国空军自适应发动机转化（AETP）项目的关键指标。GE航空集团还演示验证了发动机高推力和高效率两种不同模式，以及在这两种模式之间的无缝转换，此项核心能力将在最大程度上满足战斗机在不同飞行状态下的推力和效率需求。 通过3项创新：1）变循环关键技术；2）三涵道结构；3）先进部件技术，XA100-GE-100发动机为其配备战机提升50%的留空时间、30%的航程、25%燃油效率、10%的推力。 XA100代表着全新的航空发动机设计原理，相比于F135/F136具备代次优势 。 按照双S形曲线创新模式 ， 美军战斗机发动机的发展 ， 在经历从F100/F110到F119/YF120以及F135/F136的第1条S曲线内的常规涡扇发动机渐进创新发展之后，跃迁到了自适应发动机时代，从而进入了第2条S曲线的突破性创新发展。 图6：XA100发动机技术优势示意图 图7：美国战机发动机双S形曲线创新趋势 1.3、材料与核心零部件的发展，推动发动机代次更迭 1.3.1、一代材料，一代发动机 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之一，航空发动机性能改进的50%～70%依靠新材料带来的性能提升。新材料、新工艺和新结构对推重比12～15发动机的贡献将达到70%～80%，其中复合材料的用量可达到15%～20%。 表2：涡扇发动机典型材料与工艺 航空发动机早期采用铝合金、镁合金、高强度钢和不锈钢等制造；后期为适应增加发动机推力、提高飞机飞行速度的需要，钛合金、高温合金和复合材料相继得到应用。目前，钛合金和高温合金由于其在航空航天领域优秀的性能，在航空发动机关键零部件得到了广泛应用。复合材料作为运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，可以根据不同的使用场景研制不同成分的复合材料以满足发动机不同部位的需求，被视为未来航空发动机材料发展的重要方向。 图8：发动机用材料的发展趋势 图9：航空发动机制造成本分解 图10：航空发动机材料应用占比（价值量占比） 根据前瞻产业研究院的数据，航空发动机制造成本中50%来自原材料成本，而其中钛合金、高温合金价值量占比较高，分别约30%/35%。 钛合金——应用广泛，需求快速提升 航空领域，钛合金是飞机和发动机的主要结构材料之一，主要用于飞机的起落架部件、机身的梁、框和紧固件等，发动机风扇、压气机、叶片、鼓筒、机匣、轴等，以及直升机桨毂、连接件等。近年来，国内航空航天钛材销量持续增长。随着国内军用新机型的定型批产，2020年钛材销量增速明显加快，达到15546吨，同比增长54.09%，2021年钛材销量持续维持高速增长，达到20647吨，同比增长32.81%。 图11：钛材行业基础原材料——海绵钛 图12：F22钛合金框锻件 图13：国内航空航天钛材销量持续上涨，2021年增速维持较高位置 高温合金——核心机关键材料 高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长