军工行业航空发动机专题深度报告（一）：把握历史发展机遇航空发动机产业蓄势待发-20211123（35页）.pdf

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1、 敬请阅读末页的重要说明 证券研究报告 | 行业深度报告 2021 年 11 月 23 日 推荐推荐（维持）（维持） 航空发动机专题深度报告（一）航空发动机专题深度报告（一） 中游制造/军工 本篇报告分析了国内外航空发动机产业的基本情况本篇报告分析了国内外航空发动机产业的基本情况。目前我国第三代军用发动。目前我国第三代军用发动 机逐步成熟，新型发动机进展迅速，批产放量可期。而我国民用航空发动机坐机逐步成熟，新型发动机进展迅速，批产放量可期。而我国民用航空发动机坐 拥全球最大民航市场，未来发展潜力巨大。给予行业投资评级“推荐”。拥全球最大民航市场，未来发展潜力巨大。给予行业投资评级“推荐”。 航

2、空发动机具有技术门槛高、耗资大、研制周期长、产品生命期长等特点。航空发动机具有技术门槛高、耗资大、研制周期长、产品生命期长等特点。 航空发动机被誉为“制造业皇冠上的明珠”，它是一个国家科技、工业和国 防实力的重要标志，是构成国家实力基础和军事战略的核心技术之一。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 端恶劣环境下工作，因此航空发动机的研制难度极大，研制周期很长，技术 门槛极高，全世界能自主研制先进航空发动机的国家只有美、英、法、俄等 少数发达国家。虽然涡轮喷气发动机的研制是一项投资大、耗时长的大工程， 但一旦研制成功投入使用，生命周期可达 50 年甚至更长。

3、预计未来预计未来 10 年我国军用发动机总市场空间年均年我国军用发动机总市场空间年均 992 亿人民币。亿人民币。 目前我国航空 装备无论在数量上还是在质量上与世界一流均有明显差距，预计我国将长期 保持在航空装备领域的中高速投入。预计未来十年我国军用航空发动机新增 设备市场空间为年均 451 亿人民币， 发动机维修市场 541 亿人民币， 合计 992 亿人民币。未来随着新型航空发动机的成熟以及产能提升，行业进入收获期。 我国军用航空发动机的总量增长、国产替代、维修市场，三者将为我国航空 发动机产业提供巨大的市场空间。 预计未来预计未来 20 年全球民用航空发动机市场空间年均近年全球民用航空发

4、动机市场空间年均近 1400 亿美元亿美元。新冠疫情 不改行业发展趋势，市场需求将保持长期持续增长。预计未来 20 年，全球商 用航空发动机总交付量预计将达到 80000 台以上，市场价值达 13000 亿美元 以上。再考虑发动机维修后市场，预计民用航空发动机市场年均近 1400 亿美 金。未来 20 年，预计中国航空发动机总交付量将达到 15000 台，市场价值达 2600 亿美元。另外，民用航空发动机维修未来市场空间广阔民用航空发动机维修未来市场空间广阔。根据航空周 刊2021 年机队数据预测，2021 年总的发动机维修需求可能约 300 亿美元 左右，到 2025 年将增长至 400 亿

5、美元左右，2030 年将达到 470 亿美元。 投资建议：投资建议：我们认为，国家发展国产航空发动机的决心明确。2016 年航发集 团正式成立，2017 年我国两机专项正式实施，同时以航发资产、惠华基金为 代表的国家资本积极向产业链投资，有效促进了航空发动机的研发进程。目 前我国第三代军用发动机逐步成熟，新型发动机进展迅速，放量批产可期。 而我国民用航空发动机坐拥全球最大民航市场，未来发展潜力巨大。建议关 注：1、具备垄断地位的航发集团下属上市公司如：航发动力，航发控制、航 发科技；2、借助军民融合推进，成长速度快的零部件供应商以及具有高壁垒 的材料供应商，重点关注：抚顺特钢、钢研高纳，图南股

6、份、航亚科技、派 克新材、航宇科技、万泽股份等。 风险提示：风险提示：重大专项扶持力度低于预期；重点型号研制进度滞后；行业重大专项扶持力度低于预期；重点型号研制进度滞后；行业市市 场空间预测场空间预测不准确。不准确。 行业规模行业规模 占比% 股票家数（只） 87 1.9 总市值（亿元） 17781 2.0 流通市值 （亿元） 14401 2.0 行业指数行业指数 % 1m 6m 12m 绝对表现 22.5 51.7 42.2 相对表现 23.4 56.0 42.8 资料来源：公司数据、招商证券 相关相关报告报告 1、军工行业周报（1115-1121）： 中美视频会晤不改行业景气预期，看 好十

7、四五行业起飞2021-11-22 2、军工行业周报（1108-1114）： 中国空军成立 72 周年，峥嵘岁月见 证空军实力起飞2021-11-15 3、 军工行业 2022 年度投资策略 迎接十四五跨越式发展2021-11-08 -20 -10 0 10 20 30 40 50 Nov/20Mar/21Jul/21Oct/21 (%) 军工 沪深300 把握历史发展机遇，航空发动机产业蓄势待发把握历史发展机遇，航空发动机产业蓄势待发 敬请阅读末页的重要说明 2 行业深度报告 重点公司主要财务指标重点公司主要财务指标 股价股价 20EPS 21EPS 22EPS 21PE 22PE PB 评级

8、评级 航发动力 62.60 0.43 0.53 0.75 118.0 83.7 4.6 强烈推荐-A 航发控制 28.74 0.28 0.37 0.47 78.5 60.5 5.3 强烈推荐-A 航发科技 22.28 -0.05 0.19 0.39 120.6 57.5 5.2 抚顺特钢 24.35 0.28 0.42 0.57 58.4 43.0 8.4 强烈推荐-A 钢研高纳 55.88 0.42 0.64 0.91 87.4 61.4 9.8 强烈推荐-A 图南股份 63.65 0.55 0.85 1.23 74.5 51.7 10.9 强烈推荐-A 航亚科技 30.00 0.23 0.

9、08 0.16 370.0 182.9 8.2 无评级-无 派克新材 133.53 1.85 2.46 3.41 54.2 39.2 8.4 航宇科技 66.58 0.69 0.89 1.23 74.4 54.3 9.4 万泽股份 16.19 0.15 0.46 0.68 35.1 23.9 7.8 强烈推荐-A 资料来源：公司数据、招商证券（抚顺特钢、钢研高纳为招商有色&军工联合覆盖；航发科 技、派克新材、航宇科技使用 Wind 一致预期） gYjWdYiYaZaZwOxPvNxP9PcM6MmOrRsQqReRpOqRkPoMtP9PrRyQvPsPpMwMqMpQ 敬请阅读末页的重要说明

10、 3 行业深度报告 正文正文目录目录 一、 航空发动机产业概况 . 7 1、 什么是航空发动机 . 7 2、 航空发动机产业特点 . 9 （1） 技术门槛高 、耗资大、风险高 . 9 （2） 产品研制及寿命周期长 . 10 （3） 开展预先研究至关重要 . 12 （4） 核心机派生衍生发展为航空发动机主要发展途径 . 13 3、 军用航空发动机行业发展现状 . 15 （1） 军用航空发动机发展至第五代，高推重比与高温是主要特征 . 15 （2） 我国军用发动机现状：长期受制于人，国产发动机渐成主力 . 16 （3） 我国现有型号逐渐成熟，未来成体系化发展，进入放量收获期 . 17 4、 民用航

11、空发动机行业发展现状 . 18 （1） 民用航空发动机发展至第四代，安全性与经济性特点突出 . 18 （2） 民用航空发动机市场寡头垄断，美国优势明显 . 18 （3） 中国商发强势崛起，受益于我国民机产业巨大市场 . 20 二、 军用航空发动机市场：空间广阔，我国有望实现突破 . 22 1、 全球军用航空发动机市场空间超 100 亿美金，受益于军费增长 . 22 2、 我国航空装备缺口明显，未来市场空间广阔 . 22 （1） 我国航空装备缺口较大，预计将长期保持投入 . 22 （2） 未来我国军用航空发动机市场年均超 700 亿人民币 . 24 三、 民用航空发动机市场：空间广阔，市场空间近

12、 1400 亿美金 . 28 1、 新冠疫情对航空业的影响 . 28 2、 民用航空发动机市场空间近 1400 亿美金 . 29 3、 民用航空发动机维修未来市场空间广阔 . 31 （1） 窄体飞机发动机市场 . 31 （2） 宽体飞机发动机市场 . 32 （3） 支线飞机发动机市场 . 32 四、 航空发动机产业链投资策略 . 33 1、 航空发动机产业总结 . 33 2、 重点推荐标的 . 34 敬请阅读末页的重要说明 4 行业深度报告 五、 风险提示 . 34 图表图表目录目录 图 1：典型航空发动机分类 . 7 图 2：典型涡喷发动机工作原理 . 8 图 3：典型涡扇发动机工作原理 .

13、 8 图 4：典型涡桨发动机工作原理 . 8 图 5：典型涡轴发动机工作原理 . 8 图 6：航空发动机被誉为制造业皇冠上的明珠 . 8 图 7：美国几种发动机的研制费用（单位：亿美元） . 10 图 8：遄达 1000 发动机 . 10 图 9：遄达 1000 发动机涡轮叶片损伤情况 . 10 图 10：2028 年全球民用航空发动机维修市场机型分布预测 . 11 图 11：美国军用航空发动机技术预先研究路线图 . 12 图 12：美国 IHPTET 计划建立过程 . 12 图 13：普惠公司多用途核心机发展模式 . 13 图 14：基于 eCore 核心机发展的 Leap 发动机 . 14

14、 图 15：基于 eCore 核心机发展的 Passport 发动机 . 14 图 16：罗罗公司发动机谱系 . 15 图 17：变循环发动机试验 . 16 图 18：普惠公司的 XA101（上）和 GE 公司的 XA100 发动机验证机（下） . 16 图 19：我国航空发动机发展阶段 . 16 图 20：我国主要军用喷气式航空发动机研发进程 . 17 图 21：歼-10B 表演眼镜蛇机动 . 17 图 22：WS-10 矢量喷口 . 17 图 23：民用航空发动机发展的经济突出，燃油消耗率逐步降低 . 18 图 24：2018 年六大航空发动机制造商在波音空客的市场份额 . 20 图 25

15、：现役窄体飞机发动机市场份额 . 20 图 26：现役宽体飞机发动机市场份额 . 20 图 27：世界主要航空发动机巨头发动机推力布局 . 20 图 28：中国航发商发股权结构 . 21 敬请阅读末页的重要说明 5 行业深度报告 图 29：CJ-1000A 总体结构示意图 . 21 图 30：珠海航展上展出的 CJ-1000A 我国发动机模型 . 21 图 31：2018 年全球军费增长情况 . 22 图 32：中美航空装备数量对比 . 23 图 33：我国战机代次占比：二代机过半，三代机近半 . 24 图 34：美国战机代次占比：三代机八成，四代机近二成 . 24 图 35：我国运输机结构分

16、析：中小型为主 . 24 图 36：美国运输机结构分析：大中型为主 . 24 图 37：我国军费预算保持持续稳定增长趋势 . 25 图 38：我国军费中装备费规模和占比持续提升 . 25 图 39：2019 年美国军费预算中用于武器采购&研发的费用高达 2367 亿美金 . 26 图 40：各装备系统采购需求来源占比 . 26 图 41：飞机价值分布 . 27 图 42：2021 年我国军用航空发动机市场空间测算 . 27 图 43：航空发动机维护费用逐渐增大 . 28 图 44：未来 20 年全球民用航空发动机交付量预测 . 30 图 45：未来 20 年全球民用航空发动机交付价值预测 .

17、30 图 46：2021-2030 全球民用航空发动机维修市场需求预测 . 31 图 47：2021-2030 全球发动机维修市场按供应商排名 . 31 图 48：2021-2030 年间新旧窄体飞机发动机在役数量对比 . 32 图 49：军工行业历史 PEBand . 35 图 50：军工行业历史 PBBand . 35 表 1：航空发动机的技术门槛极高 . 9 表 2：美国几款航空发动机的研制费用和周期 . 11 表 3：CFMI 公司 CFM56 民用系列发动机的发展历程 . 11 表 4：航空发动机领域典型的预先研究计划 . 12 表 5：核心机系列化发展的主要技术方法比较 . 13

18、表 6：GE23 预研核心机派生发展型号 . 14 表 7：军用航空发动机发展情况 . 15 表 8：过去几年我国军用飞机仍在使用国外发动机 . 16 表 9：民用航空发动机发展情况 . 18 敬请阅读末页的重要说明 6 行业深度报告 表 10：民用航空发动机主要生产厂商介绍 . 19 表 11：中美俄军队飞机数量对比 . 22 表 12：中国 2020 年军用航空发动机总收入测算（单位：亿人民币） . 26 表 13：中国未来 10 年军用航空发动机市场空间预测 . 27 表 14：2020 年全球航空客运市场整体表现统计 . 29 表 15：2020 年全球部分国家国内客运市场发展情况对比

19、 . 29 表 16：航空发动机产业链重点推荐标的 . 34 敬请阅读末页的重要说明 7 行业深度报告 一、一、航空发动机产业概况航空发动机产业概况 1、什么是航空发动机什么是航空发动机 航空发动机，又被称为航空动力装臵，它为航空器的飞行提供动力，被誉为航空器的“心脏”。航空发动机的研制是 航空产业链中的核心环节，在莱特兄弟发明飞机之前，尽管不断有飞机设计方案出现，但都无法实现自由飞行，其中 主要原因就是没有适于飞行的动力系统。回顾航空发展历程，每一个里程碑式的成就，无不与航空发动机的技术进步 紧密相关：涡轮喷气式发动机的出现，使人类的航空活动扩大到了平流层；加力燃烧室的采用，使飞机突破声障；

20、 Ma3 的飞机得益于发动机推重比的提高； 旋转喷口发动机使飞机的垂直起降成为可能； 高涵道比涡扇发动机的问世使 大型远程宽体客机得以成功；推力矢量喷管为飞机提供直接控制力，从而实现超机动飞行；大幅度提高涡轮前温度， 则使四代机在不开加力条件下实现超声速持续巡航。 因此，航空发动机不仅在狭义上为航空器提供飞行的动力，而且在广义上也是整个航空工业发展的推动力。因此，航空发动机不仅在狭义上为航空器提供飞行的动力，而且在广义上也是整个航空工业发展的推动力。 图图 1：典型航空发动机分类典型航空发动机分类 资料来源：百度百科，招商证券 燃气涡轮发动机是目前应用最广泛的航空发动机：燃气涡轮发动机是目前应

21、用最广泛的航空发动机：主要由进气口、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。从进气口进 入的空气在压气机中被压缩后，进入燃烧室与喷入的燃油混合燃烧，生成高温高压燃气。燃气在膨胀过程中驱动涡轮 作高速旋转， 将部分能量转变为涡轮功。 涡轮带动压气机不断吸进空气并进行压缩， 使发动机能连续工作。 由压气机、 燃烧室和驱动压气机的涡轮这三个部件组成的一般称为核心机，又称为燃气发生器，它不断输出具有一定可用能量的 燃气。按燃气发生器出口燃气可用能量的利用方式不同，燃气涡轮发动机分为涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨和涡 轮轴发动机。涡轮喷气发动机在 20 世纪 50 年代曾广泛应用于军用和民用飞机，特别是超声速

22、飞机上，目前大多数已 被涡轮风扇发动机所取代。 涡轮螺旋桨发动机主要用于亚声速运输机、支线飞机和公务机；涡轮轴发动机用于直升机。燃气涡轮发动机是 20 世 纪 50 年代以来主要的航空动力形式，而且在可预见的未来，还没有任何其他动力形式可以完全取代它。 敬请阅读末页的重要说明 8 行业深度报告 图图 2：典型涡喷发动机工作原理：典型涡喷发动机工作原理 图 图 3：典型涡扇发动机工作原理：典型涡扇发动机工作原理 数据来源：百度百科，招商证券 数据来源：百度百科，招商证券 图图 4：典型涡桨发动机工作原理：典型涡桨发动机工作原理 图 图 5：典型涡轴发动机工作原理：典型涡轴发动机工作原理 数据来源

23、：百度百科，招商证券 数据来源：百度百科，招商证券 制造业皇冠上的明珠：制造业皇冠上的明珠：高温、高压、高转速、高可靠性、耐久性和维护性是其基本特点。在这些相互矛盾的高要求推 动下，航空发动机经过长时间的发展已经成为人类有史以来最复杂最精密的工业产品，每台零件数量在万件以上。因 此，航空发动机被誉为“制造业皇冠上的明珠”，它是一个国家科技、工业和国防实力的重要标志。 图图 6：航空发动机被誉为制造业皇冠上的明珠航空发动机被誉为制造业皇冠上的明珠 资料来源：招商证券 敬请阅读末页的重要说明 9 行业深度报告 2、航空发动机产业特点航空发动机产业特点 （1）技术门槛高技术门槛高 、耗资大、风险高、

24、耗资大、风险高 航空发动机被誉为“制造业皇冠上的明珠”，它是一个国家科技、工业和国防实力的重要标志，是构成国家实力基础 和军事战略的核心技术之一。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 环境下工作，这就使得航空发动机的研制对结构力学、材料学、气体动力学、工程热力学、转子动力学、流体力学、 电子学、控制理论等学科都有极高要求。 因此，航空发动机的技术门槛极高，全世界能自主研制先进航空发动机的国家只有美、英、法、俄等少数发达国家。 发达国家在发展策略上秉持对内优先发展，对外严密封锁的态度，以此来形成和巩固对航空动力技术和全球市场的垄 断地位。 表表 1：航空发

25、动机的技术门槛航空发动机的技术门槛极极高高 技术门槛技术门槛 具体描述具体描述 航空发动机设计之难 在航空式发动机中，最关键的压气机、燃烧室、涡轮组成发动机的核心机。涡轮驱动压气机以 每秒上千转的转速高速旋转，进入发动机的空气在压气机中逐级增压，多级压气机的增压比可 达 25 以上。 增压后的空气进入发动机燃烧室， 与燃油混合、 燃烧。 要保持燃油火焰在以 100m/s 以上高速流动的高压气流中稳定燃烧， 同时要保护燃烧室火焰筒壁不被高温燃气烧蚀，光靠 选择耐高温材料和耐热涂层还不够，还要通过燃烧室结构设计，采取冷却手段，降低燃烧室筒 壁温度，保证燃烧室正常工作。从燃烧室出来的高温、高压燃气流

26、驱动涡轮叶片以每分钟数千 转甚至上万转的转速运转，通常涡轮前温度要超过涡轮叶片材料的熔点。 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， 到达数千小时的正常工作寿命， 这就使得航空发动机的研制对结构力学、 材料学、 气体动力学、 工程热力学、转子动力学、流体力学、电子学、控制理论等学科都有极高要求。 航空发动机材料之难 发动机最关键的是压气机、燃烧室和涡轮。特别是涡轮，在工作过程中，现代喷气发动机的涡 轮叶片通常要承受 16001800的高温，同时还要承受 300m/s 左右的风速，以及由此带来的 巨大的空气压力，在这种极为恶劣的工作环境下可靠工作成千上

27、万个小时。如此恶劣的工作环 境远远超出一般金属材料的能力， 为此需要其他特殊的材料。 这就是定向凝固高温合金、 单晶、 金属间化合物、金属基复合材料和陶瓷基复合材料，如碳化硅纤维增强的陶瓷基复合材料，使 用温度可达 1500，远远超过超合金涡轮叶片的使用温度（1100）。 航空发动机制造之难 要让航空发动机在极端苛刻的工作状态下保持足够的强度正常运转， 发动机的制造除了需要新 型耐高温材料外，还需要采用众多复杂先进的的制造工艺。 航空发动机的制造涉及材料、结构、焊接等众多难度极高的工业技术。如喷气式发动机上大量 使用高强度材料和耐高温合金，零部件精度要求达到m 级，叶片型面复杂，燃烧系统和加力

28、 系统薄壁焊接零件多， 大量使用定向凝固、 粉末冶金、 复杂空心叶片精铸、复杂陶瓷型芯制造、 钛合金锻造、微孔加工、涂层与特种焊接等先进制造技术。如航空发动机整体叶盘，每个原始 毛坯成本约二三十万，加工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 0.20.3mm，绝不允许有任何瑕疵。再如涡轮叶片 需要精细设计制造出多通道空心涡轮叶片，利用气膜冷却降低叶片表面温度，以便发动机上叶 片在极端苛刻的工作环境下满足发动机工作的需要。 资料来源： 浅谈航空发动机产业的主要特点以及瓶颈技术 ，招商证券 另一方面，发展先进的航空发动机，耗资巨大。国

29、外研制一型先进的军用涡扇发动机的费用在 20 亿美元左右(法国 M88 为 16 亿美元，美国 F119 为 26 亿美元)。据统计，美国航空发动机的研究和发展费用 (包括型号研制和改进、 改型 )约占整个航空发展经费的 1/31/4。其中不针对特定型号的发动机预研费约占全部发动机研究和发展费用的 30%35%甚至更高。 敬请阅读末页的重要说明 10 行业深度报告 图图 7：美国几种发动机的研制费用（单位：亿美元）美国几种发动机的研制费用（单位：亿美元） 资料来源： 航空发动机研制降低费用、缩短周期技术综述 ，招商证券 另外，航空发动机的复杂以及大量的资金投入也给企业的产品研发和公司运营带来巨

30、大风险。 以罗罗公司为例， 在 2016 年， 波音 787 飞机配装的罗罗遄达 1000 发动机的中压涡轮中出现了工作叶片断裂的故障。 当年日本全日空（ANA）航空公司的 787 遭受了 3 次遄达 1000 中压涡轮工作叶片断裂的重大故障，随后，多家航空 公司如英国维珍大西洋航空公司、泰国航空公司、英国航空公司与新西兰航空公司等用遄达 1000 为动力的 787 接连 不断地出现中压涡轮工作叶片腐蚀断裂的事件。罗罗对故障进行分析研究后，发现是由于涂在工作叶片上的隔热的涂 层过早地脱落，涂层脱落后，高温的燃气直接与叶片接触，造成叶片受燃气中的硫腐蚀，叶片受到腐蚀后失去强度而 折断。 遄达 1

31、000 的中压涡轮工作叶片腐蚀断裂故障不仅造成航空公司众多的 787 扒地停飞，甚至在一段时间内，釆用遄达 1000 发动机的 787 总装线上无发动机可供装机。 因此这个故障对罗罗公司打击极大， 不仅公司的信誉受到极大损伤， 在经济上更是亏损巨大，2019 年 6 月 3 日，罗罗公司一名高级管理人员对媒体宣称，近三年来，公司用于处理中压公司用于处理中压 涡轮工作叶片腐蚀断裂故障的费用（如用于飞机停飞对航空公司的赔款等）就高达涡轮工作叶片腐蚀断裂故障的费用（如用于飞机停飞对航空公司的赔款等）就高达 13 亿亿 5 千万英磅千万英磅。 图图 8：遄达遄达 1000 发动机发动机 图 图 9：遄

32、达遄达 1000 发动机涡轮叶片损伤情况发动机涡轮叶片损伤情况 数据来源：公司官网，招商证券 数据来源：百度新闻，招商证券 （2）产品研制及寿命周期长产品研制及寿命周期长 航空发动机的研制难度极大，每一款航空发动机的研发都需要攻克一系列的关键技术，需要经过零件级、部件级、整 机级的多种、多轮试验验证，因此，航空发动机的研制周期很长。 以军用航空发动机为例，不包括先进技术的预先研究, 其工程研制周期约 1012 年。一代新型军用航空发动机研制 成功后，一般还要持续使用改进发展达几十年。因此现代涡轮喷气航空发动机的更新换代并不是很频繁。如美国为 敬请阅读末页的重要说明 11 行业深度报告 F14、

33、F15、F16 研制的 F110 和 F100 发动机及俄罗斯为苏 27 飞机研制的 AL-31F 发动机，从投入使用至今已达 30 余年，预计今后 1020 年仍然还会继续使用。 表表 2：美国几款航空发动机的研制费用和周期美国几款航空发动机的研制费用和周期 型号型号 制造商制造商 应用机型应用机型 研制周期研制周期 （月）（月） 研制经费研制经费 （亿元）（亿元） 试验时间试验时间 （小时）（小时） 发动机寿命发动机寿命 （小时）（小时） F-100 PW F-15/F-16 54 14.1 9828 150 F-404 GE F-18 等 98 10.5 15000 4000 F-414

34、 GE F-18 等 72 9.41 10000 8000 F-119（计划） PW F-22 108 14.7 9683 10000 F-119（实际） PW F-22 156 24.65 8677 10000 F-135 PW F-35 180 81 13000 11000 资料来源： 航空发动机研制降低费用、缩短周期技术综述 、 猛禽与闪电之心F119、F135 发动机 ，招商证券 虽然涡轮喷气发动机的研制是一项投资大、耗时长的大工程，但一旦研制成功投入使用，生命周期可达虽然涡轮喷气发动机的研制是一项投资大、耗时长的大工程，但一旦研制成功投入使用，生命周期可达 50 年甚至更年甚至更 长

35、。长。 以CFMI公司赫赫有名的 CFM56 系列发动机为例， 该系列发动机最早的型号 CFM56-2型发动机在 1979年取证， 之后，在这款发动机的基础上，CFMI 公司又相继研发出了-3、-5、-7 等不同型号。该系列发动机凭借其无与伦比的 可靠性等优势（CFM56 发动机平均首次进厂维护前的在翼时间约为 30000 小时；最高纪录则是 50000 小时），统治 了全球窄体飞机发动机市场近 40 年。 随着更先进的 LEAP 和 PW1000G 系列发动机逐渐占有市场， 未来 10 年 CFM56 发动机机队规模将以 3.3%的速率持 续下降，不过考虑到其仍旧有超过 24000 台的巨大

36、市场存量且有近 60%的发动机尚未开始第一次返厂大修，CFM56 发动机在今后相当长的一段时间内仍将是维修市场上最为核心的一型产品。预计到 2028 年，配装波音 737NG 的 CFM56-7B 和配装 A320ceo 的 CFM56-5B 的维修市场需求分别为 600 亿美元和 290 亿美元， 约占整个发动机维修市 场的 1/3。 表表 3：CFMICFMI 公司公司 CFM56CFM56 民用系列发动机的发展历程民用系列发动机的发展历程 发动机名称发动机名称 CFM56CFM56- -2 2 CFM56CFM56- -3 3 CFM56CFM56- -5 5 CFM56CFM56- -

37、7 7 取证时间 1979.11 1984.01 19871994 1996.10 推力/kN 100109 89107 113148 120 主要技术途 径 采用成熟先进的核心 机 核心机不变；风扇改 小、结构性能进一步优 化设计 核心机改进，高压涡轮叶 片采用新技术、燃烧室涂 层、新低压系统 核心机改进、低压系统采 用新技术 资料来源： 民用航空发动机核心机技术发展研究 ，招商证券 图图 10：2028 年全球民用航空发动机维修市场机型分布预测年全球民用航空发动机维修市场机型分布预测 资料来源： 民用航空发动机维修市场发展分析 ，招商证券 敬请阅读末页的重要说明 12 行业深度报告 （3）

38、开展预先研究至关重要开展预先研究至关重要 被誉为“中国航空发动机之父”的吴大观曾经说过，“随着科学技术的迅猛发展，加强航空发动机预先研究，对发动机研制显 得更为重要。预先研究对我国发动机行业的振兴有着成败的关系，不能有丝毫的忽视。” 随着国际市场竞争日益激烈对武器作战性能的要求更高了。飞机对发动机的各种性能要求也更加苛刻，主要表现在对 航空发动机的质量高、周期短、成本低、可靠性好、使用维护方便等项要求愈来愈突出。西方国家在航空发动机预研 中不惜资金、大量投入、增加诸多预研项目来达到上述目的。 西方发达国家中发动机预研项目种类多和投资最大的要数美国了。 为了保持在该领域的领先地位， 从 20 世

39、纪 50 年代 开始由军方和政府相继投入巨资实施了十几个航空发动机研究计划， 奠定美国顶尖军用航空发动机和先进民用航空发 动机技术基础。 图图 11：美国军用航空发动机技术预先研究路线图：美国军用航空发动机技术预先研究路线图 图图 12：美国：美国 IHPTET 计划建立过程计划建立过程 数据来源：环球网，招商证券 数据来源： 美欧航空发动机重大科技专项计划分析 ，招商证券 航空发动机领域实施的重大科技专项预先研究计划的典型代表有美国的“综合高性能涡轮发动机技术”（IHPTET） 计划、“通用经济可承受先进涡轮发动机”（VAATE） 计划、“支持经济可承受任务能力的先进涡轮发动机技术” （AT

40、TAM） 计划，欧盟框架计划（FP）中的“清洁天空”（CleanSky）计划等航空研发计划，英国、意大利、德国等国联合实 施的“先进核心军用发动机”（ACME）计划和英法联合实施的“先进军用发动机技术”（AMET）计划等。 表表 4：航空发动机领域典型的预先研究计划：航空发动机领域典型的预先研究计划 计划名称计划名称 国家国家 计划目标计划目标 综合高性能涡轮发动机技术 （IHPTET）计划 美国 大幅提高涡轮发动机的性能，包括推重比/功重比提高 100% 120%，耗油率下降 30%40%，生产及维护成本降低 35%60%。 通用经济可承受先进涡轮发 动机（VAATE）计划 美国 目标转向涡

41、轮推进系统的经济可承受能力，目标是相比 2000 年的 基准发动机提高 10 倍，技术成熟度（TRL）和制造成熟度（MRL） 达到 6 级。 支持经济可承受任务能力的 先进涡轮发动机技术 （ATTAM）计划 美国 提高综合动力与热管理能力， 将不同类型航空发动机的燃油效率提 高 10%30%，电力和热管理能力提高 220 倍，推进效率提升的 目标为 10% 25%，并通过部件、核心机及验证机试验评估和确 认达到 TRL6 级或 MRL6 级。 框架计划（FP） 欧盟 瞄准 2020 年和 2050 年愿景目标（例如，欧洲内部实现 4h 门到门 运输服务，将航空运输二氧化碳、氮氧化物、噪声相比

42、2000 年水 平分别降低 75%、90%、65% 等），论证提出航空研究项目的目标， 通过科学、 有序地将技术研发项目安排在产品研制前以形成技术积 累。 先进核心军用发动机 （ACME）计划 英国、意大利、 德 国 推重比达到 20 ：1，发动机的质量降低 50%，耗油率降低 30%，制 造成本降低 30%，全生命周期成本降低 25%。 敬请阅读末页的重要说明 13 行业深度报告 先进军用发动机技术” （AMET）计划 英国、法国 第一阶段是到 2001 年实现推重比 15 ： 1， 远期的目标是到 2008 年 达到 18 ：1。 资料来源： 美欧航空发动机重大科技专项计划分析 ，招商证券

43、 （4）核心机派生衍生发展为航空发动机主要发展途径核心机派生衍生发展为航空发动机主要发展途径 现代航空发动机系列化发展的最主要途径是在一台成熟的核心机的基础上， 通过重新匹配低压部件或者对核心机进行 缩放等技术方法，改变风扇或低压压气机直径和级数以及涡轮的冷却技术或材料来改变发动机的主要循环参数，如压 比、涵道比、空气流量、涡轮进口温度等，从而获得不同性能和用途的发动机。以成熟核心机为基础进行派生衍生发 展，就可以以较低的风险研制出覆盖一定推力（功率）范围的一系列发动机。满足不同用途飞机对动力的需要，从而 实现核心机的多用途目标。利用多用途核心机发展系列发动机的道路一直受到了航空发达国家的高度

44、重视，并成为发 动机系列发展的主要技术途径。 表表 5：核心机系列化发展的主要技术方法比较：核心机系列化发展的主要技术方法比较 派生方法派生方法 第一种第一种 第二种第二种 第三种第三种 技术途径 核心机基本不变或气动和结 构局部改进 核心机缩放技术，即核心机的 气动参数基本不变，改变核心 机的尺寸 保持核心机三大高压部件中的一 个或两个部件在气动或结构上不 变或少变，其它部件重新设计 主要优点 技术风险小，零部件通用性 好 核心机缩放技术，即核心机的 气动参数基本不变，改变核心 机的尺寸 充分利用核心机综合性能较佳部 件重新派生新的核心机，使得系 列发展的发动机性能提高更大 主要缺点 系列发

45、展的发动机的推力范 围有限 系列发展的发动机的性能提高 有限如耗油率、推重比等 研制经费、研制周期存在一定的 技术风险 资料来源： 民用航空发动机核心机技术发展研究 ，招商证券 如惠普公司就开展的多用途核心机研究中采用 F119 核心机作为基准核心机，推力覆盖范围为 294012740daN，可 用于战斗机、教练机、轰炸机、运输机等六类飞机。 图图 13：普惠公司多用途核心机发展模式普惠公司多用途核心机发展模式 资料来源：CNKI，招商证券 GE 公司也采取同样的发展思路， 利用 GE23 先进技术验证机的预研核心机， 开发出了推力范围为 3 92014 700 daN 的系列发动机。 敬请阅

46、读末页的重要说明 14 行业深度报告 表表 6：GE23 预研核心机派生发展型号预研核心机派生发展型号 型号型号 应用机型应用机型 推力推力/da/daN N F101 加力 B-1 超声速轰炸机和 U-2 12,936-13,273 不带加力 6,907-7,772 F110 加力 F-16 并取得 F-15 合格 证、 F-14 换发 11,650-12,513 不带加力-F118 B-2 和 U-2 换发 8,149 F404 加力 F-18 6,907-8,630 不带加力 A-6F 4,657-5,607 民用 CFM56 波音 737、KC-135 7,974-15,523 资料来

47、源：CNKI，招商证券 为了应对普惠公司齿轮传动涡扇（GTF）发动机通用核心机计划，在 2008 年范堡罗航展上，GE 公司宣布启动 eCore 核心机项。eCore 核心机项目的目标是将大尺寸的 GEnx 核心机缩比设计，并引入最新的气动、结构、冷却、复合材 料和低排放设计技术，使得核心机应用领域由宽体机向窄体机发展。基于该项目发展的 LEAP 系列发动机，10 级高 压压气机增压比达到 22。由于核心机性能获得较大提升，加之涵道比增加，燃油效率高于目前最好的 CFM56 发动机 （9 级高压压气机，增压比仅为 12）15%以上。 LEAP-1A/1B/1C 分别为空客 A320neo、波音

48、 737MAX 和中国商飞 C919 飞机提供动力，巩固了 GE 在下一代窄体机 发动机市场的地位。同样基于 eCore 核心机，GE 公司发展了 Passport 发动机，计划用于庞巴迪“环球”7000 和“环 球”8000 公务机，使得该核心机的应用向公务机延展。 图图 14：基于基于 eCore 核心机发展的核心机发展的 Leap 发动机发动机 图 图 15：基于基于 eCore 核心机发展的核心机发展的 Passport 发动机发动机 数据来源：公司官网，招商证券 数据来源：百度百科，招商证券 罗罗公司的三转子结构发动机具备快速衍生发展能力，基于 RB211 发动机核心机，罗罗发展了遄

49、达 700 与遄达 800 发动机； 在遄达 800 的核心机的基础上缩小尺寸， 罗罗发展了遄达 500 发动机； 继续将遄达 500 发动机核心机放大， 罗罗发展了遄达 900 发动机； 将遄达 900 核心机缩小， 罗罗发展了遄达 1000 发动机； 通过遄达 1000 发动机核心机， 罗罗发展了遄达 XWB 和遄达 7000 发动机。 敬请阅读末页的重要说明 15 行业深度报告 图图 16：罗罗公司发动机谱系罗罗公司发动机谱系 资料来源：根据公开资料整理，招商证券 可以看出，世界级的航空发动机制造商均是以不多的几型核心机，甚至是一型核心机为主，通过引入先进技术成果， 逐步改进升级，促进其

50、产品的发展。为了适应市场的发展需求，还通过缩放、加减级等形式改进发展核心机，但其支 撑布局等关键结构形式不变，正是这种几十年的持续改进和经验累积，保证了使用性能的稳定和高可靠性。同时，基 于成熟的核心机发展具有费用低、时间短和风险低的突出优势，成为航空发动机发展的一条科学道路。 3、军用航空发动机行业发展现状军用航空发动机行业发展现状 （1）军用航空发动机发展至第五代，高推重比与高温是主要特征军用航空发动机发展至第五代，高推重比与高温是主要特征 从 40 年代末到 21 世纪初喷气战斗机动力大致经历了四次更新换代。战斗机对发动机的主要要求是：1、推重比高 飞机轻，机动性好，由下表可见，发动机划