航空发动机景气度大幅提升抢跑长期掘金赛道.pdf

此报告仅供内部客户参考 请务必阅读正文之后的免责条款部分 证券研究报告 航空发动机景气度大幅提升 ， 抢跑长期 掘金赛道 2021 年 08 月 19日 评级 同步大市 评级变动 ： 首次 行业涨跌幅 比较 % 1M 3M 12M 航空装备 17.62 37.27 12.91 沪深 300 -1.32 0.50 9.91 何晨 分析师 执业证书编号： S0530513080001 0731-84779574 张看 研究助理 相关报告 1 军工行业 2021 年 8 月报：关注飞机、航空发 动机与导弹产业链 2021-08-06 重点股票 2020A 2021E 2022E 评级 EPS PE EPS PE EPS PE 航发动力 0.43 151.05 0.52 124.90 0.64 101.48 谨慎推荐 钢研高纳 0.42 105.26 0.56 78.95 0.73 60.56 谨慎 推荐 中航重机 0.37 83.27 0.56 55.02 0.72 42.79 谨慎推荐 资料来源： Wind， 财信 证券 投资要点： 军机放量、练兵备战消耗增大双重提振航发市场 。 我国“十四五规划” 指出“ 2027年实现建军百年奋斗目标 ”， 8月 18日人民日报发文必 须 加快国防和军队现代化 。未来我国战机更新换代与列装加速将拉 动军用航空发动机市场景气向上，同时航空发动机作为易耗品在“练 兵备战”部队训练量大增的背景下 其 需求将进一步扩大。我们预计 2021 年我国军用航空发动机市场空间大约在 471534 亿元， 20212027 年 我国军用航空发动机市场总规模约为 4927亿元 ， 年均复合增速 10.2%。 国产替代势在必行，“十四五”期间有望突破。 目前我国依旧有 20% 左右的军用航空发动机需依赖进口，预计相关型号将在“十四五”期 间完成突破，在“十五五”期间有望开启批产放量，届时将全面替代 进口发动机。 “两机专项”实施、中国航空发动机集团成立带来重大历史机遇。 中 央国务院批准设立“航空发动机与燃气轮机”国家科技重大专项（“两 机专项”） 。 截至 2020 年底，“两机专项”的投入已经达到 3000 亿 元。 2017年中国航空发动机集团的成立使我国航空发动机走向独立发 展的道路。近期，中国航发集团贵阳的三代中等推力航空发动机生产 线建设项目通过竣工验收，株洲的 16.05 万平方米航空动力产业园投 入使用。在政策和资金的有力支持下，我国航空发动机和燃气轮机技 术正在加速追赶世界先进水平，实现历史性跨越。 军工产品定价机制改革、股权激励 影响积极。 2013年定价机制改革后， 新型号批产后价格按照“定价成本 +5%目标价格 +激励约束利润”来 定。参考美国洛马公司 10%左右的净利率，我国总装类军工企业净利 率有望提升至 78%。 国企股权激励持续进行， 2010年至 2020年底共 有 285家 A 股上市国企发布 379 个股权激励计划 ， 国企活力不断 提升。 投资建议： 给予 行业 “ 同步 大市”评级，推荐关注 航空发动机产业重 点领域：整机制造 、 零部件 、原材料 。相关领域股票：航发动力 （ 600893.SH） 、 中航重机 （ 600765.SH） 、钢研高纳（ 300034.SZ） 。 风险提示： 军品研制进度不及预期、军品订单数量不及预期、资金调 拨不及预期。 -20% -13% -6% 1% 8% 15% 22% 2020-08 2020-12 2021-04 航空装备 沪深 300 行业深度 航空装备 此报告仅供内部客户参考 -2- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 内容目录 1 航空发动机概述 . 4 1.1 航空发动机：飞机的心脏，大国的战略保障 . 4 1.2 航空发动机的 发展历程 . 4 1.2.1 活塞式发动机助人类实现动力飞行，目前仅应用于轻型飞行（ 19031940s） . 4 1.2.2 航空燃气涡轮发动机时代：涡轴、涡扇、涡桨发动机成为主流（ 1950s 至今） . 5 1.3 航空发动机的分类 . 8 1.3.1 直接反作用推进 . 8 1.3.2 间接反作用推进 . 8 2 航空发动机研制特点：长周期、高投入、高难度筑起航空发动机的高壁垒 . 9 2.1 周期长：飞机的两倍，最长可达 30 年 . 9 2.1 技术难度大：多学科参与，上万小时试验 . 11 2.2 投入高：研发 投入可达数十亿美元 . 12 3 中国军用航空发动机市场：坡长雪厚，长期空间广阔 . 12 3.1 从国防预算看 2021年我国军用航发市场约 471亿元 . 12 3.1 从空军机型看未来 7年我国军用航发市场总量约为 4927亿元 . 13 4 中国军用航空发动机产业链：国企为主，产业链完备 . 15 4.1 航空发动 机研发设计：中国航空发动机集团旗下研究所为主 . 15 4.2 航空发动机整机制造：航发动力 A 股唯一整机标的 . 16 4.3 航空发动机零部件及系统研发制造：参与企业众多 . 17 4.3.1 锻造、铸造件：国企为主，中航重机市占领先 . 17 4.3.2 钣金、机加件：主机厂内部完成 . 18 4.3.3 控制系统及其它部件：航发控制几乎垄断 . 19 4.4 航空发动机原材料及毛坯制造：钛合金、高温合金为主 . 20 4.4.1 钛合金：强度高、轻量化 . 20 4.4.2 高温合金：应用广泛、需求强 . 21 4.4.3 复合材料：航空发动机跨代发展的保障 . 22 4.5 航空发动机维 修保障：中国航发集团与空军装备部共同承担 . 22 5 投资逻辑 . 23 5.1 军机放量、练兵备战消耗增大双重提振航发市场 . 23 5.2 国产替代势在必行， “十四五 ”期间有望突破 . 23 5.3 “两机专 项 ”实施、中国航空发动机集团成立带来重大历史机遇 . 23 5.4 军工产品定价机制改革、股权激励影响积极 . 24 6 行业投资建议 . 24 6.1 航发动力：拥有航空发动机全谱系整机制造能力，国产替代势在必行 . 24 6.2 中航重机：公司重点聚焦军用飞机与发动机锻造领域，民用市场即将突破 . 25 6.3 钢研高纳：高温合金龙头企业，高研发与扩产下未来业绩可期 . 26 7 风险提示 . 27 图表目录 图 1：航空发动机 CJ-1000A . 4 图 2：航空活塞发动机工作原理 . 5 图 3：星型汽缸活塞发动机 . 5 此报告仅供内部客户参考 -3- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 图 4：涡轮喷气发动机工作原理 . 5 图 5：涡喷 -14 发动机 . 5 图 6：涡轮风扇发动机工作原理 . 6 图 7：涡扇 -10 发动机 . 6 图 8：涡轮轴发动机工作原理 . 6 图 9：涡轴 -16 发动机 . 6 图 10：涡轮螺旋桨发动机工作原理 . 7 图 11：涡桨 -6 发动机 . 7 图 12：航空发动机研制全周期 . 10 图 13：我国装备费占国防军费比例 . 12 图 14：我国装备费历年支出额及占比 . 12 图 15：美国装备采购费构成 . 13 图 16：典型战斗机价值拆分 . 13 图 17：世界大国军机及战斗机数量对比 . 13 图 18：中国 20142020 年军机数量 . 13 图 19：我国军机组成结构 . 14 图 20：中国战斗机代际构成 . 14 图 21：我国军用航空发动机产业链（上市公司） . 15 图 22：钛合金应用领域 . 21 图 23： 20152021 年钛合金市场规模（ 亿元） . 21 图 24：高温合金应用领域 . 21 图 25： 20152021 年高温合金市场规模（亿元） . 21 图 26：公司 20132020 年营收及增速 . 24 图 27：公司 20132020 年归母净利润及增速 . 24 图 28：公司 20132020 年营收及增速 . 25 图 29：公司 20132020 年归母净利润及增速 . 25 图 30：公司 20132020 年营收及增速 . 26 图 31：公司 20132020 年归母净利润及增速 . 26 表 1：航空发动机发展史：关键事件 . 7 表 2：全球装备数量前三的各型军机及其发动机 . 8 表 3：航空发动机分类、特点及应用 . 9 表 4：我国军用发动机及其装备飞机 .11 表 5：我国军用航空发动机市场测算 . 15 表 6：我国军用航空发动机主要设计研发单位 . 16 表 7：我国军用航空发动机整机生产制造单位 . 16 表 8：我国军用航空发动机锻、铸件研发制造单位 . 18 表 9：我国军用航空发动机零部件制造单位 . 18 表 10：我国军用航空发动机控制系统及其它部件研发制造单位 . 19 表 11：我国军用航空发动机原材料及毛坯供应单位 . 20 表 12：三大复合材料应用及相关上市公司 . 22 表 13：我国军用航空发动机维修保障单位 . 22 此报告仅供内部客户参考 -4- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 1 航空发动机 概述 1.1 航空发动机：飞机 的 心脏，大国 的 战略保障 航 空发动机作为飞机的“心脏” 是飞行的关键。人类在航空领域的每一次重大突破， 无不与航空动力技术的进步相关。 航空发动机在工作时需承受极高的温度、转速和压力， 这对其设计制造提出了极难的挑战，因此航空发动机也被称作“皇冠上的明珠” ， 目前 在 全球范围内能独立研制高性能航空发动机的国家仅有中、美、英、法、俄等少数国家。 航空发动机的研制通常需要机械、能源、材料、计算机、电子等众多学科的参与，航空 发动机产业的发展水平是一个国家科技、工业、经济和国防实力的集中体现，也是国家 安全和大国地位的重要战略保障。 图 1： 航空 发动机 CJ-1000A 资料来源： 中国航空发动机集团官网 ，财信证券 1.2 航空发动机的发展历程 1.2.1 活塞式发动机助 人类 实现动力飞行 ， 目前仅应用于轻型飞行 （ 19031940s） 活塞式航空发动机是依靠活塞在汽缸中的往复运动使气体工质完成热力循环，将燃 料的化学能转化为机械能，再带动螺旋桨高速转动而产生推力。 1903 年美国莱特兄弟制 造的“飞行者 1 号”双翼飞机实现了人类第一次动力飞行，其动力装置为一台四缸、四 冲程水冷活塞发动机。 1909 年 8 月法国塞甘兄弟发明的旋转汽缸“土地神”发动机，其 采用五缸星形排列， 19141918 年的第一次世界大战可以说是旋转汽缸航空发动机的天下， 80%的战斗机都配备了此种类型的航空发动机。到了 40 年代末，活塞发动机达到了发展 顶峰，单台发动机功率 由 12 马力增加到 3800 马力，功重比 由 0.15 马力 /千克发展到 2.5 此报告仅供内部客户参考 -5- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 马力 /千克，巡航耗油率由 0.34 千克 /（马力时）降低到 0.19 千克 /（马力时），寿命 由 数小时提升至上千小时。年产量数十万台，装备飞机超百万架。 然而盛极必衰，发动机功率与飞行速度的三次方成正比，随着飞行速度的提高对发 动机功率提出了更高的要求，活塞式发动机由于其工作原理与结构的限制不再能胜任高 速飞行，逐渐退出了航空主战场。 但由于活塞发动机具有效率高、耗油率低和价格低廉 等优点，在功率需求较小的低速小型飞机上仍有一定优势， 现在 仅应用于轻型运动飞机、 农业飞机， 等飞机上。 图 2： 航空 活塞发动机工作原理 图 3： 星型汽缸 航空 活塞发动机 资料来源： 航空发动机飞机的心脏 ，财信 证券 资料来源： 航空发动机飞机的心脏 ，财信 证券 1.2.2 航空 燃气涡轮 发动机 时代 ：涡轴、涡扇、涡桨发动机 成为主流 （ 1950s 至今） 航空燃气涡轮发动机 是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量 转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。 航空燃气涡轮发动机 主要有涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、桨扇发 动机五大类型。 涡轮喷气发动机：经济性较差，逐渐被涡扇发动机取代。 20 世纪 50 年代开始，涡 轮喷气式发动机逐渐成为各型飞机的主要的动力装置，特别是超声速飞机 。但其工作原 理导致油耗较高、经济性较差，在后续的发展中逐渐被涡扇发动机取代。 图 4：涡轮喷气发动机工作原理 图 5： 涡喷 -14发动机 资料来源： 航空发动机飞机的心脏 ，财信 证券 资料来源： 中国航发官网，财信 证券 此报告仅供内部客户参考 -6- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 涡轮风扇发动机： 效率高、油耗低 ， 当前应用最广 。 涡扇发动机相比于涡喷发动机 在压气机前端加装了风扇部件，将空气分为两股分别从内外两个涵道通过。 在核心机相 同的条件下，涡扇发动机与涡喷发动机相比其空气流量较大、产生推力较大、效率更高、 油耗更低。通常将 外涵道与内涵道空气流量 的 比 称为涵道比，涵道比 大于 4 的涡扇发动 机称为大涵道比涡扇发动机，其 主要应用于大型民用和军用运输机以及其他大型亚声速 飞机，如加油机、预警机、反潜机等。 中小涵道比涡 扇发动机 则主要应 用在战斗机或超 声速客机上 。 图 6： 涡轮风扇发动机工作原理 图 7：涡扇 -10发动机 资料来源： 航空发动机飞机的心脏 ，财信 证券 资料来源： 腾讯新闻网 ，财信 证券 涡轮轴发动机：直升机的主要动力装置。 涡轮轴发动机，其基本原理与前两者相同， 但燃气发生器出口燃气可用能量利用方式却有所不同。涡轮轴发动机则将能量转化为轴 功率 用来 驱动直升机旋翼产生动力， 涡 轮 轴发动机具有功重比高、油耗低等特点 ， 被 广 泛 应用于各型直升机上 。 图 8：涡轮轴发动机工作原理 图 9：涡轴 -16发动机 资料来源： 航空发动机飞机的心脏 ，财信 证券 资料来源： 中国航发官网，财信 证券 涡轮螺旋桨发动机： 应用于 中低速 运输机、通用飞机。 涡轮螺旋桨发动机将能量转 化为轴功率驱动螺旋桨旋转产生动力，其具有耗油率低、经济性好、起飞推力大的特点， 但其螺旋桨转速受限，飞行速度通常小于音速， 被广泛应用于速度小于 800km/h 的运输 此报告仅供内部客户参考 -7- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 机、通用飞机上 。 图 10： 涡轮螺旋桨发动机工作原理 图 11：涡 桨 -6 发动机 资料来源： 航空发动机飞机的心脏 ，财信 证券 资料来源： 中国航发南方工业有限公司官网 ，财信 证券 桨扇发动机 ：仅一款装备。 桨扇发动机 的出现进一步提高了航空发动机的经济性。 桨扇发动机 可看成 装备有 先进高速螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机 ， 但先进高速螺旋桨噪声 大、振动大的问题一直无法完美解决 。桨扇发动机 目前 只有 D-27 一款成功研制 ，装备在 安 -70 运输机上 。 除了上述常见航空发动机外， 随着 人们对更 高速度的追求 与新燃烧概念的发展 ，冲 压发动机和脉冲爆震发动机 等发动机层出不穷，目前主要用于导弹上。 表 1：航空发动机发展史：关键事件 时间 关键事件 1842 年 英国工程师威廉姆 萨缪尔 亨森提交了 世界上最早详细阐述航空发动机重要性的专利 1883 年 1883 年，德国人戴姆勒研制出以汽油为燃料的四冲程活塞发动机 1903 年 1903 年美国莱特兄弟制造的“飞行者 1 号”双翼飞机实现了人类第一次动力飞行 1903 年 1943 年 活塞发动机时代： 1909 年法国塞甘兄弟发明了星形旋转汽缸“土地神”发动机。随着技术进步， 活塞发动机 在 40 年代达到了 顶峰 ， 年产量数十万台，装备飞机超百万架。 20 世纪 5060 年代 燃气涡轮时代：涡轮喷气式发动机诞生于 1930 年，直到 50年代开始广泛应用到高速飞机上。涡轮风 扇、涡轮螺旋桨、涡轮轴发动机也开始蓬勃发展， 1959 年第一款量产涡轮风扇发动机 MK-508 定型 20 世纪 6090 年代 涡轮风扇发动机高速发展，取代涡轮喷气发动机成为军民用 大多数 飞机的主 要 动力 ；涡轮轴发动机成 为直升机的主要动力；涡轮螺旋桨发动机成为运输机、预警机等飞机的主要动力。 20世纪 90年 代至今 推重比 /功重比不断提高、耗油率不断下降、使用寿命大幅提升、先进复合材料及先进工艺大量应用， 航空发动机朝着绿色、经济、高性能的方向不断发展。 资料来源：航空发动机发展史 ，财信证券 此报告仅供内部客户参考 -8- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 总体来说，在人类百年航空 发展历程中，等各型航空发动机蓬勃发展，但航空燃气 涡轮发动机依然是 目前主流应用 的航空发动机。航空燃气涡轮发动机中 涡扇、涡桨、涡 轴三种类型的装备应用更是广泛， 100%匹配了 世界装备数量前三的各型军机， 在可预见 的未来， 没有任何其他动力形式可以完全取代它 们 。 表 2： 全球装备数量前三的各型军机及其发动机 型号 数量 占比 发动机类型 发动机厂商 战斗机 F-16 2267 15% 涡扇 普惠、通用 SU-27/30 1057 7% 涡扇 通用 F-15 956 7% 涡扇 礼炮、土星 运输机 C-130 863 20% 涡桨 艾利逊（被罗罗收购） KingAir 279 7% 涡桨 普惠 C-295/CN-235 277 6% 涡桨 普惠 武装直升机 S-70/SH/UH-60 3929 19% 涡轴 通用 MI-8/17 2906 14% 涡轴 米格 AH-64 1222 6% 涡轴 阿维科莱卡明 特种飞机 P-3 213 11% 涡桨 艾利逊（被罗罗收购） KingAir 199 10% 涡桨 普惠 EA-18G 164 8% 涡扇 通用 加油机 KC-135 419 51% 涡扇 CFM、 普拉特惠特尼 C-130 190 23% 涡桨 艾利逊（被罗罗收购） DC-10 59 7% 涡扇 通用 教练机 T-6 970 8% 涡桨 普惠 F-16 650 6% 涡扇 普惠、通用 Hawk 610 5% 涡扇 罗罗 /透博梅卡 资料来源： World Air Forces 2021 ，财信证券 1.3 航空发动机的分类 航空发动机可按其组成和工作原理分为两大类：一类是直接反作用推进的航空发动 机，另一类是间接反作用推进的航空发动机。 1.3.1 直接反作用推进 直接反作用推进的航空发动机直接将工质加速产生反作用推力，这类航空发动机一 般有涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机、冲压发动机和脉冲爆震发动机。 1.3.2 间接反作用推进 间接反作用推进的航空发动机只将燃料燃烧产生的能量转化成轴功率， 再 通过减速 器的减速与传动将功率传导至固定翼飞机的螺旋桨或直升机的旋翼 从而产生推力。通常 这种类型的航空 发动机有 ： 活塞式发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、桨扇发 动机。 此报告仅供内部客户参考 -9- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 表 3： 航空发动机分类 、特点及应用 工作原理 分类 直接反作用推进 间接反作用推进 类型 涡轮喷气发动机 涡轮风扇发动机 冲压发动机 脉冲爆震发动机 活塞式发动 机 涡轮螺旋桨发动机 涡轮轴发 动机 桨扇发动 机 特点 喷气速度高、油 耗高、效率低 推力大、空气流量 大、 喷气速度低、 油耗低、效率高、 结构简单、推 力大、不能低 速启动 结构简单、效率高 成本低、油 耗低、但功 率 低 功率 中 等 、效率 高 功率 大 、 效率高 功率大、效 率高 推力 /功率 48854kg； 1225017000kg 40043000kg / 0.550000kg 2000kw 4474kw 7457kw 10440kw 最大速度 22.8 马赫 0.92.35 马赫 16 马赫 10 马赫 0.6 马赫 0.7 马赫 0.20.37 马赫 0.80.85 马赫 巡航速度 0.9 马赫 0.81.58 马赫 216 马赫 010 马赫 0.160.25 马 赫 0.7 马赫 0.20.37 马赫 0.610.65 马赫 耗油率 1.051.36； 0.81 0.30.8 / 1 0.190.2 0.21 0.27 0.30.36 0.23 推重比 /功 重比 2.710； 4.67.3 312 / 20 1.43 56 510 4.63 主要应用 早期战斗机 先进战斗机、客机 导弹、无人机 导弹、无人机 小型低速飞 机 运输机、 客机 直升机 运输机 资料来源： 航空发动机结构分析， 财信证券 2 航空发动机 研制特点： 长周期、 高投入 、高难度 筑起航空发动机 的高壁垒 航空燃气涡轮发动机是当代最精密 的 机械产品之一 ， 其研究 和发展工作具有技术难 度大、周期长、费用高的特点 ， 通常一台航空发动机的研究与发展周期可达 30 年 。 目前 我国 军用航空发动机除大型涡扇外其余 各型 基本 已经成熟进入 生产定型 阶段 ，预计 在 “十 四五”相比“十三五” 总 产量有数 倍的提升 。同时我国 军用大型涡扇与 第 四代 航空 发动 机正在加速研制 ，相关型号预计在“十四五” 可 完成 设计 定型，有望在“十五五”开启 放量 ，届时我国军用航空发动机国产化率将由目前的 80%左右提升至 100%。 2.1 周期长 ： 飞机的两倍，最长可达 30 年 研制一型全新的跨代航空发动机通常需要二十几年，是研制同一代飞机时间的两倍。 以 国外第 4 代战斗机发动机 为例，其 研究始于 20 世纪 70 年代初 ， 到 二十一世纪初 投入 使用 ，具 备初始作战能力 ， 周期长达 30 年。 一款优秀的航空发动机得来不易，因此在研 制成功后通常会基于其核心机进行一定改进改型，发展出众多衍生型号，以更好的适配 不同型号飞机。 总体来说航空发动机研制全周期可分为预先研究、工程研制和使用发展 三大阶段。每个阶段又可细分，并设置相应审查点以便控制风险。 此报告仅供内部客户参考 -10- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 1) 预先研究阶段：主要任务是为发展新型发动机提 供技术储备，以便缩短研制周期， 降低研制风险。预先研究又可细分为应用基础研究、应用研究和先期技术开发 3 个阶段， 具有内容广泛、探索性强、风险大和技术成果应用面宽广的特点。 2) 工程研制阶段：主要任务是根据作战使用性能指标，研制满足客户使用要求的发 动机产品。该阶段分为工程验证机研制和原型机研制 2 个阶段。工程研制阶段结束后， 将最终给出是否可以大批量装备使用的结论。 3) 使用发展阶段：主要任务是实现可靠性增长和改进改型，是发动机全寿命科研工 作的重要组成部分，发动机装备使用后应不断解决使用中暴露的技术质量问题，提高可 靠性，并根 据装备发展需求和新技术研究成果进行改进改型发展。 图 12： 航空发动机研制全周期 资料来源： 航空发动机研制全寿命管理研究及建议 ，财信 证券 我国的航空发动机工业在上世纪 50 年代从零起步，走过了一条充满荆棘的道路。从 开始的仿制到部分自主设计，再到如今第三代 、第四代航空 发动机的自主研制，我国的 航空发动机设计制造水平不断提高。 目前 我国航空发动机主力型号有涡扇 -20、 涡扇 -18、 涡扇 -10、 涡轴 -16、 涡轴 -10、涡轴 -9、涡桨 -10、涡桨 -6 等。 近期歼 -20、歼 -16、直 -20、运 -20 等飞机频繁出现在如建党百年庆典、“西部联合 2021”演习等场合 ，可以判断 其所装备的航空发动机 已经进入了 生产定型 阶段，少数甚 至进入改进改型阶段 。 随着我国军机批产放量与常态化“练兵备战”对发动机消耗增大， 预计 我国军用航空 发动机在 “十四五”期间的总产量 将 是“十三五”的数倍。目前我国 依旧有 20%左右的军用航空发动机需依赖进口，预计相关型号将在“十四五”期间完成 突破，在“十五五”期间有望开启批产放量，届时将全面替代进口发动机，我国航空 发 动机 先进型号 长期依赖 进口的状况将成为历史。 此报告仅供内部客户参考 -11- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 表 4：我国军用发动机及其装备飞机 型号 生产单位 参考对象 适配机型 最大推力 /功率（ kg/kw） 推重比 /功重比 涡喷 -5 沈阳黎明 苏联 VK-1F 歼 -5 3700 2.63 涡喷 -6 沈阳黎明 /成都成发 苏联 RD-9BF-11 歼 -6 3187 4.59 涡喷 -7 沈阳黎明 /贵州黎阳 苏联 R11F-300 歼 -7 6000 5.2 涡喷 -8 西安西航 苏联 RD-3M-500 轰 -6 9300 2.94 涡喷 -13 贵州黎阳 /成都成发 苏联 R13-300 歼 -7 6470 5.39 涡喷 -14 沈阳黎明 /西安西航 自主研制 歼 -8 6960 6.4 涡扇 -9 西安西航 英国 MK-202 歼轰 -7 9110 5.05 涡扇 -10 沈阳黎明 /西安西航 自主研制 歼 -11B 13200 7.5 涡扇 -13 贵州黎阳 俄罗斯 RD-33 / 8637 7.8 涡扇 -15 西安西航 /成都成发 自主研制 歼 -20 16186-18137 9.7-10.87 涡扇 -18 成都成发 俄罗斯 D-30KP-2 轰 -6K 11760 5.88 涡扇 -20 西安西航 自主研制 运 -20 14000-16000 / 涡轴 -5 哈尔滨东安 苏联 A -24 直 -6 / / 涡轴 -6 常州蓝翔机械 苏联 TM-C 直 -8 1130 / 涡轴 -8 株洲南方 法国 Arrie-L1C 直 -9 522 / 涡轴 -9 株洲南方 自主研制 直 -10 1100-1200 / 涡轴 -10 株洲南方 自主研制 直 -20 2000 / 涡轴 -11 株洲南方 自主研制 / / / 涡轴 -16 哈尔滨东安 中法联合研制 直 -15 1200-1500 / 涡桨 -5 株洲南方 苏联 AI-24 运 -7 1874 / 涡桨 -6 株洲南方 苏联 A -20M 运 -8 3124 2.6 涡桨 -9 株洲南方 自主研制 运 -12 500 / 涡桨 -10 株洲南方 自主研制 / / / 资料来源： 中国航空工业 60 年大事记 ，财信证券 2.1 技术难度 大 ：多学科参与，上万小时试验 在有良好技术储备的基础上，研制一种新的航空发动机尚需要做 1 万小时的整机试 验和 10 万小时的部件和系统试验。 航空燃气涡轮发动机涉及气动、热工、结构与强度、 控制、测试、计算机、制造技术和材料等多种学科 ， 一台发动机内有十几个部件和系统 及数以万计的零件，其温度、压力、应力、转速、振动、间隙和腐蚀等工作条件远比飞 机其他分系统复杂和苛刻 。同时航空发动机对性能、重量、适用性、可靠性、耐久性和 环境特性等也有极高的要求，因此航空发动机 传统的研制过程 难度极大， 是一个 设计、 制造、试验、修改设计的多次迭代过程。 航空发动机的研制还 需要庞大而精密的试验设 备 ， 例如发动机模拟高空试车台 ，其建设本身就是一项复杂的高科技工程。 美国的国家 关键技术计划中，把航空发动机描绘成一个“技术上精深得使新手难以进入的领域，它 需要国家充分保护并利用该领域的成果，长期的数据和经验的积累以及国家的大量投资”。 此报告仅供内部客户参考 -12- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 2.2 投入 高 ：研发投入可达数十亿美元 通常来说一款航空发动机的研制需要投入数十亿美元，在航空领域均衡发展的国家， 航空发动机的研制费约为整个航空领域经费的 1/4。 航空发动机研制费用与其技术难度大 和研制周期长密切相关。 研制一台航空发动机的费用可以与航天领域的火箭发动机相比， 早期研制一台推力为 11000daN、推重比为 5.5 的涡轮喷气发动机的费用与“阿波 罗”登 月飞船的第一级助推火箭发动机的研制费用相当，但后者的推力是前者的 60 倍。还可以 与造船工业相比，上述这台航空发动机的研制费用超过 58000 吨级“玛丽皇后” 号豪华 客轮的 2 倍。随着 技术的发展 ，航空发动机的研制费用增长迅速， 80 年代研制一台 10000daN 的涡轮风扇发动机需要 1015 亿美元。到 90 年代 ， F-119 发动机 的研制费用超 过 20 亿美元，而当前美国 F-35 战斗机的 发动机 F-136 研制费用更是高达 50 亿美元。 航空发动机产 业 如此之高的壁垒导致后来者进入困难，一般体量的资金无法支持其 研发工作，通常来说航空发动机产业发展的背后 都 有国家力量的支撑，因此只有综合实 力强大的国家 及其支持 的 企业 才能独立完成先进航空发动机的研制工作。 3 中国军用 航空发动机 市场： 坡长雪厚，长期空间广阔 我国军机即将迎来“量”与“质”的双重提升，将拉动军用航空发动机市场景气向 上，同时航空发动机作为易耗品在“练兵备战”部队训练量大增的背景下需求将进一步 扩大。我们预计 2021 年我国军用航空发动机市场空间大约在 471534 亿元， 20212027 年我国军用航空发动机市 场总规模约为 4927 亿元 ， 年均复合增速 10.2%。 3.1 从 国防预算看 2021 年我国军用 航发 市场 约 471 亿元 根据两会消息， 2021 年全国财政安排国防支出预算 13795.44 亿元，比 2020 年预算 执行数增长 6.8%。 我国国防军费主要使用于 三大领域 ：人员生活费、训练维持费、 装备 费 。 2019 年发布的新时代的中国国防白皮书指出，纵向对比 2010 年至 2017 年，我 国装备费占国防支出比例持续提升， 2017 年已达到 41.1%，年均复合增长率达 13.44%， 2015 年至 2017 年装备费占比稳定在 41%左右。 图 13：我国装备费占国防军费比例 图 14：我国 装备费历年支出额及占比 资料来源： 新时代的中国国防 ，财信 证券 资料来源： 新时代的中国国防 ，财信 证券 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 2010年 2012年 2014年 2016年 支出额（亿元） 占比（ %） 此报告仅供内部客户参考 -13- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 但我国目前尚未披露详细的装备费明细，如果参照美国军费预算使用情况看，在美 国军费预算中航空装备采购费约占装备采购费的 1/3。 我们假设 2021 年我国国防预算支 出中装备费占比 41%，同时装备费结构与美国类似，则 2021 年我国军费中用于航空装备 采购的金额为 1883.5 亿元。 航空发动机是飞机上的关键部件，其价值一般占整机价值的 25%左右，由此可以推测出 2021 年 我国 军用航空发动机市场空间大约在 471 亿元。 图 15： 美国 装备采购费 构成 图 16： 典型战斗机 价值拆分 资料来源： 美国 武器系统项目采办成本 ，财信 证券 资料来源： 中国产业信息网 ，财信 证券 3.1 从 空军 机型 看未来 7 年我国军用航发 市场 总量 约为 4927 亿元 我国空军目前军机总量不足， 尚不能完全满足战略空军要求， 未来 我国军机 有望加 速列装。 当前我国空军与 世界强国空军相比在军机数量 上还存在不小差距。根据 World Air Forces 2021数据显示，目前我国拥有军机 3260 架，美国拥有军机 13232 架，我国 军机总量仅为美国的 25%。 近 6 年来我国军机总量 年复合增长率为 2.2%， 这主要是因为 我军装备采用“小步快跑”的发展策略，在尚未完全设计定型前装备数量较低 。 随着 改 进改型的逐渐完成， 大量型号 正式列装部队频繁出现在各种重大场合 ，新型战机有望在 “十四五”期间 开启 列装放量 模式。 图 17：世界大国军机及战斗机数量对比 图 18： 中国 20142020 年军机数量 资料来源： World Air Forces 2021，财信 证券 资料来源： World Air Forces 2021，财信 证券 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 中国 美国 俄罗斯 战斗机量 军机总量 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 2020年2019年2018年2017年2016年2015年2014年 中国军机数量 此报告仅供内部客户参考 -14- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 我国空军目前尚存在大量老旧二代机型，新机型占比 较 低，未来将 有 大量更新换代 需求。 当前我国空军与 世界强国空军 相比在 质量上也存在较大 差距。 从战斗机 看，美国 战斗机全部为三代四代机， 而 我国战斗机数量 1571 架，其中以二代三代机为主，四代机 占比极低。 除此之外，我国 仅 拥有特种飞机 115 架，加油机 3 架，运输机 264 架，战斗 直升机 902 架，教练机 405 架。我军缺乏远程大型战略轰炸机，重型直升机，等关键机 型 ， 我国相较于美国在 军机 领域的结构劣势明显。 我国“十四五”规划 明确指出“ 2027 年实现建军百年奋斗目标 ” ， 人民日报发文必须加快国防和军队现代化， 我国空军 建 设 步伐 将明显加快 。 随着歼 -16、歼 -20 等先进战机的加速列装，预计二代机将逐渐淘汰。 图 19：我国军机组成结构 图 20： 中国战斗机代际构成 资料来源： World Air Forces 2021，财信 证券 资料来源： World Air Forces 2021，财信 证券 我国军机即将迎来 “ 量 ” 与 “ 质 ” 的双重提升，将拉动军用航空发动机市场景气向 上，同时航空发动机作为易耗品在“练兵备战”部队训练量大增的背景下需求将进一步 扩大。 我们预计 20212027 年我国军用航空发动机市场总规模约为 4927 亿元。 关键假设 1： 结合目前飞机主机厂数量 ，并考虑军工行业的高景气度，假设 20212027 年我国军机数量以 10%的 年均复合 增速增加，预计到 2027 年我国军机数量将 比 现在 3260 架 增加 3093，达到 6353 架。 关键假设 2： 一般军用发动机寿命为 810 年， 常态化的练兵备战也加剧了装备的损 耗，大大缩短了装备的更新周期 ，因此 假设 目前存量军机 在 七 年内 换发一次， 每年 有 当 前存量的 1/7 约 466 架共 932 台 发动机 需要更换 ， 换发来自于备 用发动机， 故 不再考虑备 用部分 ，同时假设 增量军机 在七年内 不换发 。 关键假设 3： 飞机根据不同型号装备发动机数量有所不同，我们假设平均每架飞机装 备两台发动机， 则预计 20212027 年我国军用发动机总需求量为 12710 台。 发动机 采购 价格参考国内外各方采购信息 取中值 2000 万人民币 /台 。 关键假设 4： 发动机 寿命期内 通常需要 大修 2 次 ，每次大修费用 约 占采购费的 50%。 假设发动机每 3 年大修一次， 现有军机发动机每年约 有 33%共 2173 台 需要大修。 预计 20212027 年 我国 军用航空发动机市场总规模约为 4927亿元， 对比 2020年市场 总 此报告仅供内部客户参考 -15- 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业研究报告 规模 417.4 亿元（用同种方法测算得到）， 20212027年 年均复合增速 为 10.2%。 表 5：我国军用航空发动机市场测算 2021 2022 2023 2024 2025 2026