2021年航空发动机行业技术突破与时代需求分析报告（46页）.pdf

1、非金属发动机”复合材料：中航高科、光威复材两大龙头复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短、产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原先组成材料从而满足不同使用场景下的需要。根据两种材料(一般区分为基体材料和增强材料)的不同可以将复合材料分为不同的类别。美国针对航空发动机实施的 IHPTET 和 VAATE 计划均将复合材料在航空发动机上的应用列为重点内容予以验证和突破，包括风扇宽弦复合材料叶片、纤维增强树脂基复合材料机匣、350 热塑性复合材料中介机匣、SiC 长纤钛基复合材料叶环、叶鼓和低压涡轮轴等。目前，随着

2、复合材料在航空涡轮发动机上应用范围越来越广且比例越来越大，甚至有说法航空涡轮发动机将向着"非金属发动机"或"全复合材料发动机"的方向发展。国内从事复合材料研制生产的上市公司主要包括中航高科、光威复材、中简科技，其复合材料产品增强材料均以碳纤维为主。此外还有中材科技、火炬电子、楚江新材、菲利华等企业正在开展相关技术开拓或市场开拓，但这些企业营业收入中复合材料占比尚较小。零部件与子系统：锻造、铸造各司其职、控制系统自成一体航空发动机由部件和子系统组成，部件包括风扇增压级、压气机、燃烧室、高低压涡轮等;子系统包括控制系统、空气系统、机械系统、短舱系统等。除控制

3、系统自成一体外，其余各部件系统的零组件按照加工成型的方式均可以分为锻件、铸件、钣金件等几种，其中又以锻件、铸件占据主要地位。近些年来，3D 打印增材制造、复合材料特殊工艺等也逐渐开始使用，但目前占比尚较小。锻造通过对金属施加压力使其产生塑性变形从而达到所需要的形状，这个过程可以消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，且锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件，因此在无特殊需求的情况下多采用锻造的方式进行加工。铸造通过直接浇铸液态金属到事先准备好的模具中、待金属冷却后去除模具的方式得到所需形状，其优点在于可以生产形状复杂的零件，尤其是复杂内腔的毛坯。当前，涡轮前温度已经上升至 1800附近，但涡轮叶片所用材料即便是耐温最高的单晶高温合金，其耐温也仅有 1200左右，之间 600的温差只能通过叶片表面热障涂层以及叶片内部复杂的空心冷却结构来弥补。这使得涡轮叶片的内腔冷却结构越来越复杂，只能通过铸造的方式来加工。因为涡轮叶片所使用单晶高温合金等材料的昂贵、以及精密铸造工艺的复杂性，使得涡轮叶片单价极高，一片叶片成本可达 40 万元。一台发动机中涡轮叶片论数目较压气机叶片显著偏少，但论总价值，铸造涡轮叶片却较远高于锻造产生的压气机叶片。