国防军工周报：航空发动机维修专题

国防军工周报(12.25-12.31)： 航空发动机维修专题 国联证券国防军工研究团队 证券研究报告 2024年1月1日 维护维修市场主要的产业投资机会几何? 第三部分 为什么我们判断2024年是国产航发的维修拐点? 第二部分 目 录 第一部分 当前时点我们为什么强调发动机维修的重要性? 第四部分 行业观点：聚焦需求反转后潜在的超预期方向 1、当前时点我们为什么强调发动机维修的重要性? ◥航空发动商业模式可拆分为新机、换发和维修三个部分，相应空间遵循时间节奏依次扩容。 维护费用在航空发动机全寿命期中费用占比最高 ◥维修后市场：航空发动机产业的后市场主要包括维修、维护，维修费用占比发动机全寿命周期成本50%以上。航空发动机全寿命周期要经历研发、采购、使用维护三个阶段。研发阶段又分为设计、试验、发动机制造、管理等环节。在全寿命周期中，研发、采购、维护的比例分别为10%、40%、50%左右。 全寿命周期阶段 各阶段成本构成 目标成本占比 全寿命周期成本占比 研发阶段 10% 应用基础 4% 0% 先进部件 26% 3% 技术验证机 10% 1% 工程发展 10% 1% 型号验证机 50% 5% 制造阶段 40% 原材料费用 50% 20% 劳动力费用 25% 10% 其他 25% 10% 维护阶段 50% 发动机管理 3% 2% 外场更换周转件 9% 5% 备用发动机 5% 3% 航线维修 10% 5% 发动机修理 22% 11% 零备件航材 51% 26% 资料来源：前瞻产业研究院，国联证券研究所4 ◥售后维修服务营收占比在成熟发动机企业中超50%，且带动营业利润率提升。RR公司售后收入随着发动机保有量的提升稳步增长，强化公司成长稳定性，且营业利润率呈上升趋势，15年达到19.3%，较07年提升约一倍。 ◥根据GE报告可知，单一型号的交付早期其毛利率较低，一般为15%-20%，当步入新机批量交付的阶段，毛利率将显著提升至30%-35%，且持续周期长达20年以上，而当存量新机交付到一定阶段后，换发及维修的后市场的规模逐步提升，毛利率将显著高于新机的30%-35%达到40%的水平。 维修业务占罗罗国防部门收入50%以上，且利润率持续提升 GE军机发动机全寿命周期的毛利率水平即盈利能力在早期处于较低水平 军发新机销售收入：亿英镑军用发动机售后服务收入：亿英镑售后服务收入占军品总收入比例国防部门营业利润率 16%16% 17% 19%19% 17% 13% 14% 15% 10% 12% 35 30 25 20 15 10 5 0 2007200820092010201120122013201420152016201720182019 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 资料来源：GE2019年报告，罗罗公告，国联证券研究所5 ◥根据英国RR公司公告，在一个典型的发动机项目寿命周期内，售后服务收入至少是OE净售价的4倍，且现金流的持续时间更长。军用发动机从研发到售后服务现金流周期可以轻松达到达50年，现金流周期更长更稳定，军用航发因其更高的使用频率与更恶劣的使用环境，损耗程度较民用发动机更高，或牵引相较单台民发更高的维修价值量占比和更短的维修周期。 发动机售后服务收入至少是OE净售价的4倍 军用航空发动机的长期现金流周期 资料来源：RR公告，国联证券研究所6 ◥由于缺乏发动机，F-35飞机无法起飞的数量在增加。根据《F-35Sustainment:DODFacesSeveralUncertaintiesandHasNotMetKeyObjectives》，自2021年4月起，因发动机问题而无法执行任务的比例超过国防部设定的任务执行率6%，随着时间推移，这一比例有所上升，2022年2月，450架F-35飞机中共有36架由于缺乏发动机而无法起飞，占到现役F-35飞机总数的8%。 ◥造成发动机短缺的核心原因为发动机维修产能不足。据美国国防部称，发动机维修产能不足体现在维修发动机的产能不足（尤其是发动机 的动力模块）和以及部分供替换的零部件短缺。 因缺乏发动机无法起飞的F-35飞机数 7 资料来源：《F-35Sustainment:DODFacesSeveralUncertaintiesandHasNotMetKeyObjectives》Gao，国联证券研究所 ◥随着发动机老化，大修间隔变短，维修费用增加：根据《航空发动机寿命控制体系和寿命评定方法》，国产航发寿全生命周期约进行2-4次大修，发动机平均故障间隔时间随着修理次数的增加逐渐下降。根据《BasicsofAircraftMaintenanceReserveDevelopmentandManagement》，随着发动机老化，大修间隔变短，同时零件会经历更高的变质率，更高的报废率，带来相应更高的发动机维护成本。根据《航空发动机直接维修成本预计研究》以我国的一型自研涡轴发动机为例，该涡轴发动机实际直接维修成本的值为806万元，其中二修费用是一修的两倍多。 平均故障间隔时间随翻修间隔期变化的趋势图随着使用年份增加发动机直接维修成本明显提升 我国自研涡轴发动机实际直接维修成本 ◥维护维修跟规划无关，更多的是内生需求牵引，受益于后续大修间隔变短，维修费用增加，一旦形成拐点后持续景气向上的趋势更显著。 金额/万元 1000 800 600 400 200 0 一修平均 二修平均 总费用平均 586 221 806 资料来源：《航空发动机寿命控制体系和寿命评定方法》，《航空发动机直接维修成本预计研究》，《BasicsofAircraftMaintenanceReserveDevelopment andManagement》国联证券研究所8 主机厂掌握航空发动机整机维修和再制造核心关键技术助力降本增效。其中，发动机整机维修关键 军用航空发动机关键零部件再制造技术体系 不同失效模式 所用再制造技术 不同材料 变形 恢复热处理 铸造高温合金 外物打伤 自动微弧等离子焊 钛合金 裂纹（含烧蚀） 粉末冶金 铸造高温合金 手工微弧等离子焊 变形高温合金 感应钎焊 变形高温合金 真空钎焊 变形高温合金 氩弧焊+超声波振动去除应力 变形高温合金 微损伤无变形再制造 铸造合金 磨损 氩弧堆焊 铸造高温合金 纳米电刷镀 变形高温合金 激光焊接 钛合金 真空电弧钎焊 铸造高温合金 真空充氩感应堆焊 钛合金 微损伤无变形再制造 铸造高温合金、铸造铝合金、钛合金 爆炸喷涂碳化钨涂层 铸造高温合金 等离子喷涂钴铬钨涂层 铸造高温合金 深度粘结修复 C/C复合材料 腐蚀 多次低温渗铝+稀土硅酸盐涂层 马氏体不锈钢 高温腐蚀气蚀 热障涂层 铸造高温合金 铝硅钇涂层 铸造高温合金 渗铝硅涂层 铸造高温合金 渗铝涂层 铸造高温合金、变形高温合金 整形扰流 铸造铝合金 分层裂纹 楔形挖补热固修复 树脂基复合材料 仿型贴补热固修复 树脂基复合材料 高温氧化 碳化硅/氧化铝-硼酸盐涂层 C/C复合材料 碳化硅/碳化硼梯度涂层 C/C复合材料 磷酸盐基涂层 C/C复合材料 ◥ 技术主要涉及故障检查、整机清洗和装配技术。再制造技术是对报废的关键零部件进行再生、对设计制造缺陷进行修正，且质量和性能不能低于新品的先进技术，主机厂研发构建了涵盖不同型号、不同失效模式、不同材料、不同零部件的再制造技术体系，使大量报废的关键零部件得以再生，设计制造缺陷得到修正，多型发动机实现延寿，大幅降低整机维修费，维修质量效率明显提高。 材料成本 60%-70% 20%-30% 发动机被安装到试车 台上，进行测试。 制造费用等, 43.96% 直接材料, 45.94% 直接人工, 10.10% ◥从成本结构来看，新机需外购原材料、成附件占比高、价格较高，维修只是更换必换件和损坏的零部件以及对损伤的零部件进行维修，维修费用、人工费用占比更高，成本更低，利润弹性更大。 发动机车间维修成本过程与成本分解航发动力2022年成本组成 发动机拆解 车间维修成本分解 试车检测 拆解发动机到单元体级别,并分别进行详细检查。 人力成本 维修成本 清洗检查 修理 组装 拆解单元体零部部件，清洗并检查部件性能。 需要修理的零部件被 送到专门的修理车间，做进一步修理或更换。 单元体重新组装，附 件系统也重新安装到发动机上。 10%-20% 9 资料来源：《军用航空发动机再制造工程管理的认识与实践》向巧，航发动力公告，《EngineMaintenanceConceptsforFinanciers》ShannonAckert，国联证券研究所 ◥从寿命角度来看，军用发动机冷端大修寿命是热端的两倍，根据《航空发动机故障诊断》部分军用发动机热端部件维修寿命在 1000小时左右； 大修费用中冷端、热端价值量占比 部分军、民用航空发动机耐久性及可靠性指标 ◥从费用占比角度来看，根据《发动机制造商另辟商机谈航空发动机售后服务和热端部件的典型修理技术》一文，在修理的发动机零部件中，热端部件是其重点。所谓热端部件，是指涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室，占整台发动机大修费用的70%以上。 类别 耐久性、可靠性指标 目前的指标水平 军用发动机 翻修寿命/h 500～1000 热端件 2000循环(TAC)（1000小时） 冷端件 4000循环(TAC)（2000小时） 平均故障间隔时间/h 150～300 空中停车率/(次/千飞行小时) 0.02 民用发动机 翼下使用寿命/h 可达50000 空中停车率/(次/千飞行小时) 低于0.002 出勤率/% 99.99 冷端,30% 热端,70% 涡轮发动机示意图 资料来源：中国粉体网,《航空发动机故障诊断》廖明夫等，《发动机制造商另辟商机谈航空发动机售后服务和热端部件的典型修理技术》李文铨等，《航空发动机寿命 控制体系和寿命评定方法》董红联等，国联证券研究所10 ◥1）对于战斗机发动机，其外涵道很小，有加力燃烧室，因此，风扇、外机匣的价值占比较低，但加力燃烧室、控制系统占比高；2）对于运输机发 动机外涵道大，无加力燃烧室，因此，风扇、外机匣的价值占比高，控制系统占比较低；3）直升机发动机中，控制系统、减速机构的占比较高。 ◥航空发动机后市场的价值量拆分中叶片占比最大接近50%，其次分别为装配和拆卸、机匣、静止件等； ◥根据《航空发动机寿命控制体系和寿命评定方法》一文，随着发动机维修次数的增加，高价值量的盘、轴、叶片、机匣等重要零部件的平均换件率 航空发动部件价值拆分(单位:%) 航空发动机后市场的价值量拆分发动机盘、轴、叶片、机匣等重要零部件换件率 呈上升趋势，首次大修换件率在10%左右。 零部件类别大型涡扇(运输机)小型涡轴(直升机)加力式涡扇(战斗机) 盘轴件(压气机、涡轮) 16 18 16 叶片(压气机、涡轮) 29 17 14 框架、油箱、油池 19 16 16 机匣及其外部配件 14 7 10 燃烧室 2 3 1 加力喷管 0 1 19 控制系统、附件传动装置 7 24 10 成型配件 3 4 4 其他组件、隔板、罩类零件 10 10 10 合计 100 100 100 轴承,4% 机匣,7% 密封环,2% 燃烧室,4% 其他,14% 叶片,49% 装配和拆卸, 9% 配件,4% 静止件,6% 总体换件率 16% 14.74% 14% 12% 10% 11.92% 12.38% 9.80% 8% 6% 4% 2% 0% 首次大修 二次大修 三次大修 四次大修 资料来源：前瞻产业研究院，《发动机制造商另辟商机谈航空发动机售后服务和热端部件的典型修理技术》李文铨等，《航空发动机寿命控制体系和寿命评定方法》董红联等，《DataMiningandKnowledgeReusefortheInitialSystemsDesign11andManufacturing:Aero