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聯(lián) 系 人:張經(jīng)理發(fā)展歷史:
我國軍用飛機對標(biāo)世界一流。自1949年11月空軍司令部成立起,我國空軍已經(jīng)走過了 70 年風(fēng)風(fēng)雨雨,以戰(zhàn)斗機為代表的各類軍用飛機也隨著時代的發(fā)展不斷研制出新的型號,從裝備落后至世界一流水平。參照蘇聯(lián)戰(zhàn)斗機設(shè)計理念及型號,我國在“米格17”、“米格 19”、“米格 21”、“蘇 27”等基礎(chǔ)上,自主研制生產(chǎn)了“殲 5”至“殲 20”等一系列飛機,目前我國軍用飛機在主要機型及關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域均已對標(biāo)世界一流。
軍用飛機分類:
軍用飛機總體分作七大類。軍用飛機在國防軍工行業(yè)中具有重要的歷史地位,現(xiàn)代戰(zhàn)爭的標(biāo)志之一即是搶占制空權(quán),因此擁有先進的、成規(guī)模的軍用飛機是一項緊迫的任務(wù)。依據(jù)飛機用途,軍用飛機主要分作七大類,分別是戰(zhàn)斗機、武裝直升機、教練機、運輸機、特種飛機、加油機、無人機。
軍用飛機技術(shù)壁壘:高
行業(yè)進入壁壘高、軍工央企絕對壟斷。軍用飛機的設(shè)計研發(fā)資格、試驗場所、生產(chǎn)機構(gòu),都必須遵守國家嚴(yán)格的保密制度,具有極高的行業(yè)壁壘,相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)必須取得軍品采購供應(yīng)資質(zhì);我國每種軍機基本上僅有固定的1-2個研究所能夠設(shè)計研制,且在研發(fā)階段就確定了全部供應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈及采購名單,形成長期合作關(guān)系。中航工業(yè)集團統(tǒng)籌分配全部軍用飛機訂單,包括軍方需求及外貿(mào)出口。
技術(shù)研發(fā)周期長,前期投入成本巨大。軍用飛機是典型的長周期行業(yè),前期研究、實驗、發(fā)展、設(shè)計,均為我國舉國體制下,傾注大量人力物力得以實現(xiàn)。以美國為例,僅F35的前期研發(fā)投入就超過400億美金。我國在起步晚,底子差的前提下,軍用飛機研制周期通常為數(shù)十年不等。
軍用飛機商業(yè)模式:
國內(nèi)軍機生產(chǎn)組織模式:院所具有定價權(quán),總裝廠決定承包商。軍隊向研究院所提出需求并支付研發(fā)費,院所進行相關(guān)研發(fā)及試驗,研制成功后向軍方提交技術(shù)方案及報價,軍隊依據(jù)需求向研發(fā)單位所在總體所/總裝廠/航空工業(yè)集團提交訂單,再由總體所等組織生產(chǎn)分包活動,下屬分包單位由總體所等從合作軍備目錄表中選擇。
國內(nèi)軍品定價:成本加成法延續(xù)近20年,激勵定價成未來趨勢。國內(nèi)由于軍品生產(chǎn)屬于政策性任務(wù)、體制內(nèi)活動,長期以來處于狀態(tài)不公開,價格保密的狀態(tài)。對單一來源的合同,我國采取的是成本加成定價法(單價=成本*1.05),不同研制階段有不同的成本核算方式;2013年9月,總裝綜合計劃部發(fā)布激勵約束定價工作指南(試行),此舉將有效釋放軍工企業(yè)潛在盈利能力,軍企估值再上新臺階。
軍用飛機產(chǎn)業(yè)鏈:
上游:航空工業(yè)集團下屬院所。軍機研發(fā)機構(gòu)分總體研究所和關(guān)鍵技術(shù)所,主要有第一飛機設(shè)計研究院(轟炸機、運輸機),沈飛設(shè)計研究所(戰(zhàn)斗機),成飛設(shè)計研究所(四代戰(zhàn)斗機),南昌飛機設(shè)計研究所(教練機),直升機設(shè)計研究所(直升機),特種飛行器研究所(特種機)。
航空發(fā)動機:工業(yè)皇冠上的明珠,高端制造業(yè)深水區(qū)
航空發(fā)動機被譽為“工業(yè)皇冠上的明珠”,也是中國高端制造業(yè)邁向深水區(qū)的重要陣地,其產(chǎn)業(yè)發(fā)展是一個國家工業(yè)基礎(chǔ)、科技水平和綜合國力的集中體現(xiàn),是強軍強國的重要標(biāo)志。航空發(fā)動機具有技術(shù)密集度高、軍民融合性強、產(chǎn)業(yè)帶動面廣等特點,具有極高的軍事價值、經(jīng)濟價值和政治價值。全球范圍內(nèi)僅有聯(lián)合國5大常任理事國能夠獨立研制航空發(fā)動機并形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模,而商用發(fā)動機市場上具有技術(shù)和商業(yè)優(yōu)勢的只有美、英兩國,全球范圍內(nèi)都呈現(xiàn)高度壟斷的態(tài)勢。
航空發(fā)動機分類:
航空發(fā)動機從活塞式發(fā)動機發(fā)展到今天的多種噴氣式發(fā)動機,其中渦扇式噴氣發(fā)動機應(yīng)用最廣泛。從1903年世界上第一架飛機誕生,到二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后,幾乎所有的戰(zhàn)機都采用活塞式航空發(fā)動機,這類發(fā)動機通過推動螺旋槳使得飛機獲得動力。但是,隨著航空發(fā)動機向高功率和低重量方向發(fā)展,功重比較低的活塞式發(fā)動機逐漸退出歷史舞臺。噴氣式發(fā)動機可以產(chǎn)生很大的推力,而自身重量又較輕,能夠大幅提高飛機的飛行速度,因此得到了廣泛的應(yīng)用。按壓氣機種類可分為渦輪噴氣式發(fā)動機、渦輪風(fēng)扇式發(fā)動機、渦輪螺旋槳式發(fā)動機、渦輪軸式發(fā)動機和螺旋槳風(fēng)扇發(fā)動機。渦扇發(fā)動機2020年全球產(chǎn)量占比高達46.10%。
航空發(fā)動機技術(shù)壁壘:高
航空發(fā)動機是世界上公認(rèn)的總體技術(shù)水平最高、核心技術(shù)封鎖最嚴(yán)、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品之一,挑戰(zhàn)著現(xiàn)代工程科學(xué)的極限,被譽為“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”。航空發(fā)動機研制涉及幾乎所有科學(xué)和工程專業(yè),技術(shù)壁壘極高,具體如下:
1)工作環(huán)境惡劣:高壓比、高燃氣溫度、高負(fù)荷、大流量等。高性能壓氣機葉片既薄又具有彎、扭、掠的構(gòu)形,高速旋轉(zhuǎn)時要長時間承受自身重量2萬倍的離心力;薄薄的機匣要長時間承受50~60個大氣壓而不能變形和損壞,相當(dāng)于蓄水175米的2.5個長江三峽大壩所承受的水壓;渦輪葉片的氣流環(huán)境溫度現(xiàn)已高達2000~2200K,遠超過其金屬材料的熔點,且要求在1 萬~2萬轉(zhuǎn)/分條件下能夠長時間可靠工作;主燃燒室中氣流速度高于100m/s,要求燃燒穩(wěn)定,出口流場均勻,效率達99%以上。
2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜:整機由上萬個零件組成,加工精度達到微米甚至納米級。由于對推重比和熱效率的極致追求,現(xiàn)代航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)越發(fā)精細化、復(fù)雜化。以美國GE公司研制生產(chǎn)的大涵道比渦扇發(fā)動機 GEnx為例,其所包含零部件高達110萬個,且不同部件所使用的材料、工藝也不相同。此外,航空發(fā)動機作為一個復(fù)雜系統(tǒng),對零部件的精密程度要求也達到了現(xiàn)代工業(yè)的極致,如航空發(fā)動機整體葉盤從毛胚到成品要經(jīng)過幾十道工序、數(shù)百次換刀、上千次進退刀,A4紙大小的整體葉盤葉片最厚2mm,最薄處只有0.2~0.3mm,絕不允許有任何瑕疵。
3)高可靠性要求:要求很高的可靠性、很好的環(huán)境適應(yīng)性。高性能、長壽命、高可靠性、很好的環(huán)境適應(yīng)性是航空航天裝備制造追求的永恒目標(biāo),以滿足高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、交變負(fù)載等極端服役條件?,F(xiàn)代民用發(fā)動機壽命要求達3萬小時以上,未來將超過10萬小時,而對空中停車率的要求是發(fā)動機每10萬飛行小時不能大于0.2~2次。航空發(fā)動機的外部運行環(huán)境極其嚴(yán)苛,發(fā)動機要適應(yīng)從地面高度到萬米高空缺氧環(huán)境、從地面靜止?fàn)顟B(tài)到每小時數(shù)千米的超音速狀態(tài)和從沙漠干燥環(huán)境到熱帶潮濕環(huán)境??傊?,航空發(fā)動機需要在高溫、高寒、高速、高壓、高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷、缺氧、振動等極端惡劣環(huán)境下保證穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
4)長研制周期、高投入成本。以航空發(fā)動機工業(yè)制造水平最高的美國為例,美國典型的航空發(fā)動機研制費用普遍超過10億美元,且隨著航發(fā)研制朝著更高的綜合性能方向發(fā)展,其研制難度逐漸增大,研制費用也逐漸提高,如美國四代航空發(fā)動機F-119的實際研制經(jīng)費高達24.65億美元,僅研制周期就長達13年之久。
航空發(fā)動機發(fā)展歷史:
我國航空發(fā)動機歷經(jīng)半個多世紀(jì)的發(fā)展,現(xiàn)已具備完全自主研發(fā)能力。我國航空發(fā)動機的研制始于20世紀(jì)中葉,大致經(jīng)歷了三個階段:修理與仿制、仿制與自行研制結(jié)合、完全自主研發(fā)。
1)修理與仿制階段:20世紀(jì)60年代,我國在蘇聯(lián)BK-1φ發(fā)動機的基礎(chǔ)上,成功仿制了第一款國產(chǎn)渦噴發(fā)動機渦噴-5。渦噴-5發(fā)動機的研制成功,標(biāo)志著中國航空發(fā)動機工業(yè)從活塞式發(fā)動機時代發(fā)展到了噴氣式發(fā)動機的時代,成為了當(dāng)時世界上為數(shù)不多的幾個可以批量生產(chǎn)噴氣式發(fā)動機的國家之一。
2)仿制與自研結(jié)合階段:20世紀(jì)80-90年代,我國不斷提高自主研發(fā)能力,研制出渦噴-14(昆侖)和渦扇-10(太行)。渦扇-10是我國第一臺大推力渦扇發(fā)動機,它的出現(xiàn)結(jié)束了國產(chǎn)先進渦扇發(fā)動機的空白,標(biāo)志著我國航空發(fā)動機從第二代到第三代的跨越,對我國國防工業(yè)和國防現(xiàn)代化建設(shè)有著深遠的歷史意義。目前,渦扇-10系列發(fā)動機已成為我國第三代軍機的主配發(fā)動機。
3)自主研發(fā)階段:21世紀(jì)以來,經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展,我國已經(jīng)建立了相對完整的發(fā)動機研制生產(chǎn)體系。2016 年,首款國產(chǎn)大功率渦軸發(fā)動機渦軸-10亮相珠海航展。該型發(fā)動機的出現(xiàn),填補了國內(nèi)在該功率等級渦軸發(fā)動機型譜的空白,其功率等級和結(jié)構(gòu)安裝性可滿足不同噸級直升機的動力需求。據(jù) Chinese Air Force報道,2020年運-20已配裝渦扇-20完成首飛,未來也將配裝運-20,成為我國大飛機的“強心臟”。
目前,我國軍用航空發(fā)動機和美相比仍有很大差距。推重比是軍用航發(fā)的主要指標(biāo),以美F119、F135為代表的四代軍用航發(fā)推重比已突破10一級,而我國主流三代軍用發(fā)動機WS-10推重比僅為8一級,并在總壽命、渦輪前溫度等指標(biāo)也全面落后于美國,未來提升空間較大。
航空發(fā)動機商業(yè)模式:小核心大協(xié)作
航空發(fā)動機研制難度極大,單一企業(yè)完全具備從零部件到子系統(tǒng)到整機的研制與生產(chǎn)既不經(jīng)濟也沒有必要。因此,世界主要航空發(fā)動機制造商都采取主承包商供應(yīng)商的發(fā)展模式。其優(yōu)勢在于:對于總裝單位,將非核心環(huán)節(jié)如零部件、小部件、分系統(tǒng)等外包給具備規(guī)模化生產(chǎn)能力的廠商,自身聚焦航空發(fā)動機總體設(shè)計、系統(tǒng)集成及少數(shù)核心分系統(tǒng)及零部件的研發(fā),最終作為鏈長對整條產(chǎn)業(yè)鏈進行管控,有效降低自身成本的同時可以帶動產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展。對于外協(xié)廠商,航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)極高的準(zhǔn)入門檻決定了一旦成為供應(yīng)商短時間內(nèi)不會被替代,而聚焦某一單一領(lǐng)域又能通過規(guī)?;a(chǎn)使得企業(yè)在盈利能力方面獲得正向提升,同時也能夠充分享受航發(fā)技術(shù)外溢的紅利。
全球主要航發(fā)制造商如GE、RR等發(fā)展思路是企業(yè)將更多精力集中于核心技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新,通過轉(zhuǎn)包生產(chǎn)的方式將訂單分配給合格供應(yīng)商,降低制造任務(wù)以獲取更大的利潤空間。在全球兩機產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展的背景下很多企業(yè)如日本三菱重工、川崎重工、石川島播磨重工及韓國三星科技等獲得全球航發(fā)巨頭認(rèn)可,切入供應(yīng)體系并成為穩(wěn)定供應(yīng)商。從國內(nèi)來看,航空發(fā)動機零部件制造向中國轉(zhuǎn)移的趨勢明顯。由于歐美制造成本高,或是打破如PCC企業(yè)的少數(shù)壟斷格局,全球兩機巨頭不少在中國培養(yǎng)合格供應(yīng)商,我國航空發(fā)動機很多配套企業(yè)如航宇科技、航亞科技、應(yīng)流股份、中航重機等已經(jīng)切入了全球兩機體系的供應(yīng)鏈并成為重要供應(yīng)商之一。
從國內(nèi)范圍來看:航發(fā)集團也建立了“小核心、大協(xié)作、專業(yè)化、開放型”的科研生產(chǎn)體系。在軍用航發(fā)領(lǐng)域,航發(fā)集團持續(xù)完善專業(yè)化布局,對內(nèi)促進資源向核心環(huán)節(jié)聚焦,主業(yè)集中度持續(xù)提升;對外積極引入社會資源,建立社會化專業(yè)配套體系,提升供應(yīng)鏈的質(zhì)量與能力。我們認(rèn)為,航發(fā)集團小核心大協(xié)作的模式下主機廠將充分利用社會資源提高生產(chǎn)能力和技術(shù)水平,以實現(xiàn)快速擴產(chǎn),而配套業(yè)務(wù)的外溢也會快速提升配套廠所的經(jīng)營質(zhì)量與規(guī)模。
美英等少數(shù)國家的寡頭企業(yè)主導(dǎo)世界航發(fā)市場。軍用領(lǐng)域真正形成航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)并具有相當(dāng)規(guī)模的國家只有美、俄、英、法、中等少數(shù)幾個國家。民用領(lǐng)域行業(yè)集中度更高,美、英兩國的三家公司(美國的GE公司、普惠公司以及英國的羅羅公司)及其成立的合資公司(CFM、IAE、EA公司)幾乎占據(jù)了全球民用航發(fā)市場90%的份額。
我國軍用航發(fā)格局:航發(fā)動力作為航發(fā)集團旗下航空動力裝置唯一上市平臺,是國內(nèi)唯一能夠研制渦噴、渦扇、渦軸、渦槳、活塞等全譜系軍用航空發(fā)動機的企業(yè)。我國軍用航空發(fā)動機經(jīng)歷了“維護使用-測繪仿制-型號研制-開展預(yù)研”的過程,當(dāng)前已建立起了相對完整的發(fā)動機研制生產(chǎn)體系,國產(chǎn)發(fā)動機已裝配殲擊機、運輸機、轟炸機等多種機型。未來,我國軍用航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)將形成一、二代機加速淘汰,三代機批量穩(wěn)定交付、四代機研制、五代機預(yù)研加速的局面。
航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈包括原材料→零部件→分系統(tǒng)→整機→維修五大環(huán)節(jié)。我國軍用航空發(fā)動機經(jīng)歷了“維護使用-測繪仿制-型號研制-開展預(yù)研”的過程,當(dāng)前已建立起了相對完整的發(fā)動機研制生產(chǎn)體系,我國軍用航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)一覽如下:
高溫合金:
高溫合金又稱耐熱合金或超合金,是指以鐵、鎳、鈷為基,能在600℃以上的高溫下抗氧化、抗腐蝕、抗蠕變,并能在較高的機械應(yīng)力作用下長期工作的一種合金材料。基于以上性能特點,高溫合金目前是屹立于金字塔尖的尖端工業(yè)材料,既是航空發(fā)動機熱端部件、航天火箭發(fā)動機各種高溫部件的關(guān)鍵材料,又廣泛運用于工業(yè)燃氣輪機、能源、化工等工業(yè)部門。
高溫合金分類:
按照工藝路線分類有三大類:變形高溫合金、鑄造高溫合金、粉末高溫合金。其中鑄造高溫合金根據(jù)結(jié)晶方式又可以分為:等軸晶鑄造高溫合金、定向凝固柱晶高溫合金和單晶高溫合金3類。其中變形高溫合金應(yīng)用范圍最廣,占比達到70%多,鑄造高溫合金占比為20%,其余不到10%。總體上看,變形高溫合金的制造工藝難度大于鑄造母合金,因此價格上變形高溫合金更高,鑄造高溫合金產(chǎn)業(yè)鏈的工藝難點在于后續(xù)的精密鑄造工藝,也是提升鑄造合金產(chǎn)品附加值的重要環(huán)節(jié)。
按照基體元素種類可以分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金等,其中鎳基高溫合金的耐熱性能相對更強一些,因此其應(yīng)用最為廣泛,在當(dāng)今生產(chǎn)中所占的比例高達80%。
高溫合金主要公司:
國內(nèi)高溫合金生產(chǎn)商主要為特鋼企業(yè)、科研院所及其下屬企業(yè)和民企。其中,特鋼企業(yè)的代表撫順特鋼高溫合金年產(chǎn)量可達5000噸,其航空航天用高溫合金在國內(nèi)市占率高達80%以上??蒲性核捌湎聦倨髽I(yè)代表鋼研高納擁有年生產(chǎn)超千噸的航空航天用高溫合金母合金以及高溫合金精鑄件的生產(chǎn)能力。民企代表圖南股份是國內(nèi)少數(shù)能同時批量生產(chǎn)變形高溫合金、鑄造高溫合金(母合金、精密鑄件)產(chǎn)品的企業(yè)之一,掌握高溫合金材料超純凈熔煉等核心技術(shù)。
技術(shù)壁壘:高
軍用變形高溫合金擁有極高的壁壘,鑄就穩(wěn)固的競爭格局,預(yù)計十四五撫鋼仍占據(jù)主導(dǎo)地位。高溫合金的工藝非標(biāo)準(zhǔn)化,因此對研發(fā)實力、經(jīng)驗積淀要求很高;下游是航空發(fā)動機等產(chǎn)品也要求非常高的質(zhì)量穩(wěn)定性,因此高溫合金行業(yè)有著非常強的市場先入壁壘,一旦進入用戶的供應(yīng)鏈體系,一般不會輕易更換。高溫合金供應(yīng)要2步,走完科研-驗證流程、批量供貨,前者時間周期很長,后者對質(zhì)量穩(wěn)定性、成材率要求很高,因此我們認(rèn)為“十四五”撫鋼占據(jù)軍用變形高溫合金的主導(dǎo)地位不會變化。
鑄造高溫合金:
鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金,具有合金化程度高、成分范圍高、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊等特點。其工藝流程較為復(fù)雜,包括精選、組裝和熔煉等多個步驟,復(fù)雜的工藝流程也使產(chǎn)品更加精細化。廣泛應(yīng)用于制造航空、航天、能源等領(lǐng)域高端裝備核心熱部件的高溫母合金、精鑄件以及高溫合金葉片等。
粉末高溫合金:
粉末高溫合金在我國高溫合金領(lǐng)域應(yīng)用占比約10%,鋼研高納為該領(lǐng)域市場占有率達60%。粉末高溫合金是航空發(fā)動機渦輪軸、渦輪盤擋板、渦輪盤等關(guān)鍵熱端部件的首選材料。目前世界上只有美國、俄羅斯、英國、法國、中國等少數(shù)國家具備粉末高溫合金研發(fā)、生產(chǎn)能力,其中美國和俄羅斯是粉末高溫合金研制和工程化應(yīng)用最成功的國家,所生產(chǎn)的粉末高溫合金制品被用于多個型號的航空發(fā)動機。
鈦合金擁有良好的耐腐蝕性、抗疲勞性及較高的比強度,并且對于減輕航發(fā)重量具有不可替代的作用,因此被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機的冷端部件。鈦的密度比鋼小40%卻有著相同的強度,同時具備較好的耐熱性、耐蝕性、彈性、抗彈性和成形加工性,已成為先進航空發(fā)動機的主要結(jié)構(gòu)材料之一,主要用于發(fā)動機的壓氣機盤、葉片、鼓筒、高壓壓氣機轉(zhuǎn)子、壓氣機機匣、罩、軸類等冷端部件。
目前航空發(fā)動機的鈦合金重量占比已逐步增加至25%以上。國外來看,美國第3代發(fā)動機F-100的鈦合金用量25%,第4代發(fā)動機F-119鈦合金用量已達40%。據(jù)曹春曉院士《鈦合金在航空工業(yè)中的應(yīng)用》,我國第二代航空發(fā)動機鈦合金用量約13%-15%,第3代航空發(fā)動機(太行發(fā)動機)中鈦合金用量達到25%,在研的軍用渦扇發(fā)動機鈦用量預(yù)計為30%~35%,在研的商用渦扇發(fā)動機鈦合金用量預(yù)計為23%左右,未來先進軍用航空發(fā)動機放量疊加商用航空發(fā)動機將大大增加鈦合金需求。
我國軍用鈦材產(chǎn)業(yè)鏈完整,大致分為三大環(huán)節(jié):1)上游資源產(chǎn)業(yè):包括鈦鐵礦、金紅石等鈦礦資源,以及由鈦鐵礦加工而成的人造金紅石、鈦渣和四氯化鈦;2)中游制造加工:包括海綿鈦的還原或熔鹽制取,進而熔鑄鈦錠和鈦加工材(鍛件、坯棒板管線絲材等);3)下游應(yīng)用:鍛造廠將鈦加工材加工為鈦結(jié)構(gòu)件,最后裝在航空發(fā)動機或者飛機上。
我國的鈦加工產(chǎn)業(yè)整體呈現(xiàn)低端產(chǎn)能過剩、高端產(chǎn)能不足的局面。在我國的“鈦谷”寶雞,存在著大小共計400家鈦合金材加工廠商,其中,軍用高端鈦材市場參與者主要為寶鈦股份(全譜系)、西部超導(dǎo)(棒材、絲材)和西部材料(板材、管材)三家,其技術(shù)均源自西北有色金屬研究院。西部超導(dǎo)主要從事鈦合金棒材、絲材,西部材料主要從事鈦合金板材、管材,二者不存在實質(zhì)性競爭關(guān)系。
復(fù)合材料:
要持續(xù)提升航空發(fā)動機性能如高推重比、低耗油等,則必須在新材料、新工藝應(yīng)用、新結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面取得更多更大突破,對于推重比15~20的發(fā)動機,新材料、新工藝及相應(yīng)新結(jié)構(gòu)對提高推重比的貢獻將達50~70%,使用創(chuàng)新型的復(fù)合材料是極其關(guān)鍵的手段之一。具體如,在發(fā)動機低溫部件(外涵機匣、風(fēng)扇機匣等)使用樹脂基復(fù)合材料(PolymerMatrixComposites,PMC)或金屬基復(fù)合材料(MetalMatrixComposites,MMC);在高溫部件(火焰筒、渦輪導(dǎo)葉、噴管調(diào)節(jié)片等)使用陶瓷基復(fù)合材料(CeramicMatrixComposites,CMC)。目前復(fù)合材料已經(jīng)開始逐漸應(yīng)用于新一代航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)中,如 LEAP-X、GE90 發(fā)動機風(fēng)扇葉片均使用樹脂基復(fù)合材料,F(xiàn)414、EJ200 發(fā)動機燃燒室均使用陶瓷基復(fù)合材料等。
應(yīng)用趨勢上看,先進航空發(fā)動機中使用復(fù)合材料的比重逐年提高。以CMC為例,根據(jù)《航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析》,在2000年左右,CMC材料僅占發(fā)動機總重量的0.8%,而這一比例在2015年被提高至7.1%,且根據(jù)GE官方預(yù)測,未來10年航空發(fā)動機市場對CMC的需求將遞增10倍,因此航空發(fā)動機復(fù)合材料的應(yīng)用不容小覷。
CMC陶瓷基復(fù)合材料是指在陶瓷基體中引入增強材料,以陶瓷基體為連續(xù)相的復(fù)合材料,近幾十年來在航空發(fā)動機中應(yīng)用占比逐步提升。陶瓷基復(fù)合材料兼顧了金屬的高韌性、可塑性和陶瓷的高熔點、耐腐蝕和耐磨損等特性,是新型航空發(fā)動機的關(guān)鍵材料。它的密度約為耐高溫鎳合金的 1/4~1/3,鎢基合金的 1/10~1/9,可以大大減輕發(fā)動機結(jié)構(gòu)質(zhì)量,降低油耗的同時提高推重比,是未來發(fā)動機熱端結(jié)構(gòu)的首選材料。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,陶瓷基復(fù)合材料已經(jīng)在高溫渦輪葉片、高溫燃燒室、調(diào)節(jié)/密封片等部件上進行了相關(guān)典型件測試,部分已實現(xiàn)工程化應(yīng)用。
陶瓷基復(fù)合材料(CMC)產(chǎn)業(yè)鏈:
陶瓷纖維以火炬電子為代表,CMC材料制備商以西安鑫垚、航天科技材料研究所等為代表。CMC由陶瓷基體和增強纖維組成。我們可以用“鋼筋混凝土”形象地比作CMC,陶瓷基體好比水泥,增強纖維好比鋼筋,復(fù)合在一起形成CMC。陶瓷基體如PCS;增強纖維如C纖維、氧化鋁纖維、SiC纖維、Si3N4纖維等;復(fù)合工藝又包括CVI、PIP、SIHP、RMI等手段。
樹脂基復(fù)合材料:
樹脂基復(fù)合材料是大涵道比渦扇發(fā)動機風(fēng)扇端增效減重的首選材料。大涵道比渦扇發(fā)動機風(fēng)扇部件占發(fā)動機總質(zhì)量較大,如涵道比為5的CF6-80C2發(fā)動機風(fēng)扇質(zhì)量占總質(zhì)量的20%,涵道比為10的GEnx發(fā)動機風(fēng)扇質(zhì)量占總質(zhì)量的30%。根據(jù)《商用航空發(fā)動機先進復(fù)合材料風(fēng)扇葉片研究進展》,與傳統(tǒng)的鈦合金葉片相比,使用樹脂基復(fù)合材料可以將葉片數(shù)量減少約50%,減輕重量約66%,提高效率,減低噪聲和振動。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,樹脂基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片已經(jīng)發(fā)展出四代,工藝水平已經(jīng)由早期的熱壓成形發(fā)展至如今的3D編制,RTM成形。樹脂基復(fù)合材料的增強纖維有碳纖維、玻璃纖維、芳綸等,航空發(fā)動機則主要使用性能更加優(yōu)異的碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料。
碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈:
樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)過程中,預(yù)浸料是生產(chǎn)中至關(guān)重要的原材料,我國航空用預(yù)浸料基本被中航高科下的中航復(fù)材所壟斷。碳纖維方面,我國制備技術(shù)整體進步較快,T300、T400級別產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟,中復(fù)神鷹、光威復(fù)材、中簡科技、恒神股份等企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn) T700、T800級別產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn),而T1000、M55J級別產(chǎn)品也已經(jīng)實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。我國航空航天用碳纖維主要為高性能小絲束碳纖維,目前可以穩(wěn)定供應(yīng)批產(chǎn)裝備的主要是光威復(fù)材和中簡科技。
武器裝備的隱身是指通過控制和降低武器裝備特征信號,使其難以被探測、識別、跟蹤和攻擊,主要通過外形設(shè)計和使用隱身材料來實現(xiàn)。外形設(shè)計是通過降低武器裝備的雷達散射截面以實現(xiàn)隱身,但受制于戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)、環(huán)境條件等方面限制導(dǎo)致設(shè)計難度極大,因此隱身材料也成為了武器裝備實現(xiàn)隱身的關(guān)鍵技術(shù),其根據(jù)探測技術(shù)可分為雷達隱身、紅外隱身、可見光隱身、多頻譜隱身等。
隱身材料產(chǎn)業(yè)鏈:
隱身材料行業(yè)具有壁壘高、集中度高,下游客戶的供應(yīng)商選擇具有穩(wěn)定性、排他性,以及研發(fā)周期長,具有定制化特征等特點。目前國內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)能夠進行高性能、實戰(zhàn)化隱身材料的研制生產(chǎn),軍工產(chǎn)品的資質(zhì)要求、高難度的技術(shù)工藝、較高的研發(fā)投入、優(yōu)秀的研發(fā)及生產(chǎn)人才儲備、完善的質(zhì)量控制體系和檢測體系等均構(gòu)成較高競爭壁壘。在材料實現(xiàn)定型批產(chǎn),客戶選定供應(yīng)商后,一般不會輕易更換。
由于隱身材料的性能和質(zhì)量在相當(dāng)大的程度上決定著武器裝備關(guān)鍵構(gòu)件的使用性能和服役周期,因此相關(guān)武器裝備對于隱身材料的性能、質(zhì)量的要求非常高,目前國內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)能夠進行高性能、實戰(zhàn)化隱身材料的研制生產(chǎn)。其中華秦科技是國內(nèi)唯一能夠全面覆蓋常溫、中溫和高溫隱身材料設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)的企業(yè),在中高溫隱身材料領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位,產(chǎn)品在多軍種、多型號裝備實現(xiàn)裝機應(yīng)用,我國從事隱身材料先相關(guān)產(chǎn)品的企業(yè)還包括光啟技術(shù)、佳馳電子等。
航空發(fā)動機中游零部件:
根據(jù)結(jié)構(gòu)形式,可以將航空發(fā)動機的機械部件分為:葉片類、盤類、軸類、機匣類、鈑金、齒輪、軸承等部件,根據(jù)各部件材料,可以將其分為鈦合金部件、高溫鋼合金部件、復(fù)合材料部件,根據(jù)各部件毛坯制備方式,可以將其分為鑄造件、鍛造件、鈑金件等。
鑄造件:
精密鑄造工藝壁壘極高,也是鑄造母合金產(chǎn)品附加值大幅提升的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)。以圖南股份為例,2019年其鑄造母合金和精密鑄件單價分別為24.41萬元/噸和1061.78萬元/噸。航空發(fā)動機精密鑄造的產(chǎn)品主要是:渦輪葉片、機匣等熱端部件。
渦輪葉片:由于所處溫度最高、應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最惡劣的部位而被列為第一關(guān)鍵件,擁有極高的工藝壁壘,對質(zhì)量、穩(wěn)定性等指標(biāo)要求非??量獭?/span>先進航空發(fā)動機的燃氣進口溫度達1380℃,推力達226KN。渦輪葉片承受氣動力和離心力的作用,葉片部分承受拉應(yīng)力大約140MPa;葉根部分承受平均應(yīng)力為280~560Mpa,相應(yīng)的葉身承受溫度為650~980℃,葉根部分約為760℃。提升航空發(fā)動機的性能就必須提升其關(guān)鍵部件渦輪葉片的性能。渦輪葉片的性能水平(特別是承溫能力)成為一種型號發(fā)動機先進程度的重要標(biāo)志。渦輪葉片占葉片價值比超過60%。從某種意義上說,未來發(fā)動機葉片的鑄造工藝直接決定了發(fā)動機的性能,也是一個國家航空工業(yè)水平的顯著標(biāo)志。
目前只有美國、俄羅斯、英國、法國、中國等少數(shù)幾個國家少數(shù)廠商能夠制造單晶渦輪葉片,技術(shù)更迭慢導(dǎo)致彎道超車的機會較少。
與傳統(tǒng)的鍛焊成型工藝相比,整體精鑄成型是燃燒室機匣的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)燃燒室機匣大多采用“板材彎曲成型-鍛件粗加工-焊接機加工成型”工藝,須經(jīng)過多道工序,不僅由于焊縫多而密導(dǎo)致變形嚴(yán)重、剛性差,而且制造周期長、材料利用率低、成本高。大型整體構(gòu)件超薄壁精密鑄造技術(shù)是燃燒室機匣制造技術(shù)發(fā)展的方向,大大簡化了零件制造過程,僅需要一道精密鑄造工序即可完成薄壁整體構(gòu)件的制造,可取消許多后續(xù)加工工序,減少零件數(shù)量、顯著降低制造成本。整鑄機匣與鍛焊成形機匣相比剛度高、無焊縫,壁厚可降至2mm,對于降低重量、提高推重比具有重要意義。
航空發(fā)動機精密鑄件競爭格局:
鍛造件:
鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力,使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法,根據(jù)成形機理,可分為自由鍛、模鍛、輾環(huán)。自由鍛是指用簡單的通用性工具對原材料進行鍛壓處理和加工的方法,該方法簡單、通用性好,成本低,市場占比為18.5%。模鍛是在鍛模膛內(nèi)受壓變形而獲得鍛件,該方法易實現(xiàn)機械化生產(chǎn),生產(chǎn)率高,市場占比為75.2%。輾環(huán)是指通過專門設(shè)備輾環(huán)生產(chǎn)不同直徑的環(huán)形零件,該方法材料利用率高,精準(zhǔn)度高,質(zhì)量好,市場占比為6.3%。
鍛件是發(fā)動機轉(zhuǎn)子的主要組成部分,按照產(chǎn)品類型可分為鍛造葉片、環(huán)形鍛件和盤軸類鍛件等三大類。其中,鍛造葉片主要為風(fēng)扇/壓氣機葉片,環(huán)形鍛件主要為各部位機匣,盤軸類鍛件主要為渦輪/壓氣機盤。
鍛造件壁壘:
技術(shù)壁壘高。航空鍛件要求高性能、長壽命、高可靠性,且要求各批次性能穩(wěn)定、一致,從而要求企業(yè)在材料成形與性能控制的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域有較深的認(rèn)識。航空鍛造企業(yè)不但需要具備深厚的材料和鍛造理論知識,還需要進行大量的計算分析、工程試驗驗證和長期的工程實踐。
設(shè)備和資金壁壘高。航空鍛造具有投資大、建設(shè)周期長的特征,屬于典型的資本密集型行業(yè)。以大型模鍛機為例,據(jù)《大型航空模鍛件的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》,截止2010年全球僅有40余臺100MN級以上模鍛機,其中70%左右集中在在美、俄、法。資金投入方面,進口大型設(shè)備單位價值昂貴,例如據(jù)派克新材招股說明書,1臺7000噸自由鍛液壓機價值9000萬元,一臺精密碾環(huán)機價值1.2億元。
鍛造件商業(yè)模式:
定制化特征強,多采用“以銷定產(chǎn)”的生產(chǎn)模式。由于航空發(fā)動機產(chǎn)品型號眾多,每種型號的產(chǎn)品在材料、規(guī)格、性能方面均具有特殊性要求,因此產(chǎn)品具有定制化特征,且我國軍品采購具有強計劃經(jīng)濟色彩,客戶單次采購的產(chǎn)品也具有多種類、多規(guī)格、小批量的特征,因此航空發(fā)動機零部件鍛造企業(yè)多采用以銷定產(chǎn)的生產(chǎn)模式。
鍛造件主要公司:
國內(nèi)航發(fā)鍛件龍頭企業(yè)產(chǎn)品差異化大,總體來看,中航重機龍頭地位穩(wěn)定,優(yōu)秀民企紛紛涌現(xiàn)。國內(nèi)航空鍛件制造企業(yè)主要包括國有大型軍工企業(yè)或其下屬科研院所和民營軍品生產(chǎn)企業(yè)。其中,中航重機是行業(yè)龍頭,旗下子公司陜西宏遠和貴州安大,專門從事航空鍛造業(yè)務(wù)。陜西宏遠以機身的大型模鍛件為主,貴州安大以航空發(fā)動機的環(huán)鍛件為主。此外,隨著航空發(fā)動機主機廠實行“小核心,大協(xié)作”的生產(chǎn)制造模式,國內(nèi)以航宇科技、航亞科技、派克新材、無錫透平、三角防務(wù)等為代表的民營優(yōu)秀供應(yīng)商紛紛涌現(xiàn),不斷成為國內(nèi)外主流航空發(fā)動機鍛件的重要供應(yīng)商。例如,航宇科技是新一代窄體客機發(fā)動機LEAP高壓渦輪機匣鍛件的主要生產(chǎn)企業(yè);航亞科技已成為賽峰、GE航空等國際主流航空發(fā)動機制造企業(yè)的核心供應(yīng)商;派克新材是我國第二家成為美國GE供應(yīng)配套環(huán)鍛件的企業(yè)。
鈑金件:
鈑金件是將金屬薄板(6mm以下)通過手工或模具沖壓使其產(chǎn)生塑性變形,形成所希望的形狀和尺寸,并可進一步通過焊接或少量的機械加工形成更復(fù)雜的零件。與鍛件、鑄件不同的是,鈑金件是一種冷加工工藝,包括剪、沖/切/復(fù)合、折、鉚接、拼接、成型等,其顯著特征就是同一零件厚度一致,該方法生產(chǎn)效率高、原材料消耗少、生產(chǎn)成本低,而且可以有效改善材料的組織和力學(xué)性能,具有重量輕、強度高、導(dǎo)電、成本低、大規(guī)模量產(chǎn)性能好等特點。目前鈑金件主要用于航空發(fā)動機的火焰筒、噴管等部位。
1)火焰筒:整環(huán)結(jié)構(gòu)中前后各有一個法蘭用于安裝固定,中間為均勻壁厚、帶有一定曲率的薄壁結(jié)構(gòu)(壁厚通常小于 2mm),傳統(tǒng)的鍛件+機加工的工藝路線成本高、加工周期長,而且隨著壁厚減薄,零件剛度下降,加工變形問題越來越突出。因此目前中間均勻壁厚部分采用鈑金成形,前后法蘭采用鍛件+機加工制備。
2)噴管:作為航空發(fā)動機中的重要零件,其成形質(zhì)量直接影響發(fā)動機的性能和安全。由于鈑金件生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高,可以成形出空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件,因此這類零件大多采用鈑金成形的工藝方法。
目前國內(nèi)從事航空發(fā)動機鈑金件制備的上市公司主要包括航發(fā)動力及航發(fā)科技。航發(fā)科技轉(zhuǎn)包業(yè)務(wù)經(jīng)過三十余年的發(fā)展,已形成機匣、葉片、鈑金、軸類產(chǎn)品專業(yè)制造平臺,與國際兩機巨頭建立長期穩(wěn)定合作關(guān)系;航發(fā)動力旗下黎明公司、南方公司2019年出口轉(zhuǎn)包產(chǎn)品中鈑金出口量分別達到5347、63947件。
機加工:
機加工指通過機械設(shè)備對工件的外形尺寸或性能進行改變,從而得到所希望得到的零部件的過程。機加工是航空發(fā)動機中如葉片、葉輪、機匣、盤軸類等高附加零部件加工成型前的最后一道工序,其作用是進一步提升零部件的精細程度,在整個生產(chǎn)制造中處于關(guān)鍵環(huán)節(jié),且加工難度很大一旦出現(xiàn)誤差將造成整個零件報廢。
航空發(fā)動機零部件對機加工精度要求極高,機加環(huán)節(jié)材料切除率高達60%以上。雖然數(shù)控加工技術(shù)與設(shè)備已成為航發(fā)零部件機加的主流方式,但由于現(xiàn)代航發(fā)廣泛采用難加工材料且對加工精度要求極高,導(dǎo)致機加環(huán)節(jié)毛胚材料切除率極大,典型如機匣、壓氣機風(fēng)扇、整體葉盤等零件毛坯均為整體模鍛件,其外輪廓極其復(fù)雜,造成鍛造毛坯余量大且分布不均勻,導(dǎo)致機加環(huán)節(jié)材料切除率高達60%以上。
機加工主要公司:
我國從事航發(fā)零部件機加工企業(yè)主要以航發(fā)集團旗下單位為主。由于航發(fā)零部件對于加工精度要求極高,目前參與單位主要包括航發(fā)動力、航發(fā)科技、愛樂達等。航發(fā)動力作為我國航發(fā)龍頭,在設(shè)備、人員等方面均具有明顯優(yōu)勢,其機加工藝在國內(nèi)處于絕對領(lǐng)先水平。航發(fā)科技主營兩機零部件,內(nèi)貿(mào)產(chǎn)品直接配套某主機廠,市占率達到 100%;國際轉(zhuǎn)包業(yè)務(wù)具備 30 余年發(fā)展歷史,形成了機匣、葉片、鈑金、軸類產(chǎn)品專業(yè)制造平臺,與GE、RR等全球兩機巨頭形成長期穩(wěn)定合作關(guān)系。此外,民營企業(yè)如愛樂達也向航發(fā)集團提供零部件但其主要收入來源以軍機為主。未來趨勢上,我們預(yù)計隨著航發(fā)集團小核心大協(xié)作的深度推進,部分優(yōu)秀民營企業(yè)或有望承接航發(fā)機環(huán)節(jié)外溢訂單。
航天發(fā)動機控制系統(tǒng):
航空發(fā)動機控制系統(tǒng)是發(fā)動機的“中樞神經(jīng)“和”大腦“,控制系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到航空發(fā)動機的性能和可靠性。發(fā)動機控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)將飛行員的控制指令準(zhǔn)確傳達到發(fā)動機相關(guān)機構(gòu),實現(xiàn)對發(fā)動機的精確控制,保證發(fā)動機安全、可靠、穩(wěn)定的工作,并獲得最佳性能,對于發(fā)動機以及飛機的穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。航發(fā)控制系統(tǒng)主要由電子控制器、燃油泵、燃油控制器、限制器、執(zhí)行元件、測量元件、燃油噴嘴和控制閥門等部件構(gòu)成。
航天發(fā)動機控制系統(tǒng)發(fā)展歷史:
1、初始階段:液壓機械控制。早期航空發(fā)動機僅有一個燃油流量作為控制變量,控制系統(tǒng)核心部件是液壓機械或液壓氣動式的燃油控制器,主要采用液壓機械式開環(huán)控制技術(shù),飛行員根據(jù)飛行高度和速度,手動操作油門位置,直接驅(qū)動燃油計量閥,調(diào)節(jié)燃油流量。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單,機械液壓控制系統(tǒng)的精度不高,僅適用于中低空航空發(fā)動機。
2、成長階段:液壓機械+電子控制。隨著發(fā)動機性能及控制系統(tǒng)功能不斷提升,低精度的液壓機械式控制已無法適應(yīng),迫切需要監(jiān)視裝置來確保發(fā)動機時刻處于安全工作狀態(tài)。電子控制器(EEC)應(yīng)運而生,用于發(fā)動機飛行包線內(nèi)轉(zhuǎn)速和溫度的保護,并時刻監(jiān)控發(fā)動機狀態(tài),保證推力控制精確。代表產(chǎn)品如 F100-PW 發(fā)動機的數(shù)字電子式發(fā)動機控制裝置、F101-GE 模擬電子式推力增強器風(fēng)扇溫度控制裝置、АЛ-31Ф 的綜合電子調(diào)節(jié)器等。
3、電子化:全權(quán)限數(shù)字電子控制(FADEC 系統(tǒng))。FADEC作為當(dāng)今航空發(fā)動機控制系統(tǒng)主要研究與應(yīng)用方向,其使得發(fā)動機控制技術(shù)、精度、范圍達到了新高度。FADEC主要包括發(fā)動機電子控制器(EEC)、液壓機械裝置(HMU)、傳感器、作動器、活門等,所有的控制由計算機進行,再通過電液伺服機構(gòu)輸出液壓機械裝置及各個活門、作動器等。
從實際應(yīng)用層面來看,20世紀(jì)90年代起雙通道FADEC系統(tǒng)已經(jīng)成為航空發(fā)動機的標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng),F(xiàn)ADEC系統(tǒng)已經(jīng)成為新研航空發(fā)動機的典型特征。20 世紀(jì)70年代美國制定了全權(quán)限數(shù)字電子控制技術(shù)研究計劃,在PW-F100發(fā)動機監(jiān)控用的數(shù)字電子式發(fā)動機控制裝置基礎(chǔ)上,用數(shù)字電路和軟件實現(xiàn)了液壓機械裝置的全功能控制,并于1983年完成了飛行驗證計劃,驗證了FADEC技術(shù)的優(yōu)越性。FADEC系統(tǒng)可使飛行員無約束的操作并提供自我保護裝置,在可控制參數(shù)、系統(tǒng)功能性、可靠性、維護性等領(lǐng)域全方位優(yōu)于液壓機械式及電子控制式系統(tǒng)。
國內(nèi)航發(fā)控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈完整,已掌握核心技術(shù)。國內(nèi)航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括控制器及燃油調(diào)節(jié)器、電機及點火裝置、傳感器的生產(chǎn)廠商,主要參與者為國企,部分為民企。國內(nèi)航發(fā)控制產(chǎn)業(yè)鏈已形成較完整的產(chǎn)業(yè)鏈,并且已掌握核心技術(shù),在電子元器件等領(lǐng)域國產(chǎn)替代率較高。
航發(fā)集團旗下控制系統(tǒng)研產(chǎn)單位均具備濃厚的歷史底蘊與技術(shù)累積,幾乎壟斷我國軍用航發(fā)控制系統(tǒng)市場份額且有望長期保持。國內(nèi)軍用航發(fā)控制系統(tǒng)主要由航發(fā)集團旗下航發(fā)控制旗下4家子公司與中航動控研究所(614 所)共同研制生產(chǎn)。614所作為控制系統(tǒng)總體所主要從事控制系統(tǒng)中的軟件、電子控制器等研制生產(chǎn)工作,其產(chǎn)品作用主要是發(fā)出控制指令信號。航發(fā)控制主要從事航空發(fā)動機控制系統(tǒng)中關(guān)鍵機械液壓執(zhí)行機構(gòu)的研制生產(chǎn),是執(zhí)行指令信號的關(guān)鍵硬件,軟硬件相輔相成密不可分,共同構(gòu)成一個完整的控制系統(tǒng)。除航發(fā)集團外,部分民營企業(yè)如晨曦航空、海特高新等也試圖進入搶占市場份額。
航天發(fā)動機維修:
航空發(fā)動機是典型的消耗性武器裝備,全生命周期約進行四次大修。《航空發(fā)動機壽命控制體系和壽命評定方法》一文中統(tǒng)計了不同翻修次數(shù)的35臺次發(fā)動機性能測試情況,伴隨外場飛行時間和大修頻次的增長,發(fā)動機推力和耗油率均呈現(xiàn)下滑趨勢,而面臨五次大修的軍用航發(fā)性能顯著下滑,幾乎達到滿足使用條件的臨界點,因此在實際應(yīng)用中軍用航發(fā)進行四次大修較為常見。一方面因為四次大修后發(fā)動機可靠性、安全性、性能衰減及修理經(jīng)濟性等指標(biāo)僅基本滿足軍用航發(fā)定壽指標(biāo)要求,五次大修難以滿足定壽標(biāo)準(zhǔn)及使用要求;另一方面則是隨著航發(fā)翻修次數(shù)增長,其修理難度越來越大,修理經(jīng)濟性變差,第五次大修成本較前四次大修成本平均值提高35%,修理費效比明顯降低。
后市場服務(wù)市場空間和銷售市場相當(dāng),其中一半費用(51%)用于購置新的零備件航材,發(fā)動機大修(不含航材)和零部件修理占 22%(其中零件修理費用達9%以上),航線維修占10%,租賃備發(fā)費占5%,外場更換周轉(zhuǎn)件占9%,發(fā)動機管理占3%。維修部份航材占比較高,可以達到85%,人工成本較少,只有15%左右。
航天發(fā)動機維修主要公司:
目前國內(nèi)軍用航發(fā)維修市場參與者主要包括航發(fā)動力以及部隊修理廠5719等,航發(fā)動力憑借技術(shù)實力、產(chǎn)品認(rèn)知等多方面優(yōu)勢未來有望占據(jù)主導(dǎo)地位。航發(fā)動力是我國最大的航空發(fā)動機及衍生品生產(chǎn)制造、維修基地,2014年起公司陸續(xù)通過募集、自籌、國撥等方式對發(fā)動機維修能力進行投入,近年來多個維修項目已陸續(xù)進入達產(chǎn)期為公司后續(xù)維修業(yè)務(wù)放量提供保障。解放軍5719廠始建于1970年,具備一代機、二代機、三代機到多型跨代全壽命全型號同時并線修理的能力,累計維修各型發(fā)動機超過1萬臺,2016年工業(yè)產(chǎn)值突破27億元,是目前國內(nèi)主力戰(zhàn)機發(fā)動機維修型號最先進、掌握核心技術(shù)最全面的工廠。未來趨勢上,我們判斷隨著三代機及其改其型號交付量的快速增長,部隊修理廠如5719等在新型航發(fā)的大修能力方面處于競爭劣勢,航發(fā)動力有望依托公司在產(chǎn)品認(rèn)知、技術(shù)實力等方面的優(yōu)勢獲得更大市場份額。
航電系統(tǒng)是飛機上所有電子系統(tǒng)的總和,技術(shù)水平的高低影響著戰(zhàn)斗機的作戰(zhàn)性能,是飛機平臺實現(xiàn)信息獲取、傳輸、處理和應(yīng)用的核心系統(tǒng)。隨著第三代、第四代戰(zhàn)斗機的不斷研發(fā),未來綜合航電系統(tǒng)將成為戰(zhàn)斗機獲勝的關(guān)鍵,屬于綜合性強、難度大、技術(shù)門檻高的研發(fā)行業(yè)、我國航電系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)被中航工業(yè)集團下屬的中航電子及615、618所壟斷。
軍民機均具備的航電系統(tǒng)包括人機交互系統(tǒng)(顯示系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸入與控制、飛行控制系統(tǒng))、飛行狀態(tài)傳感器系統(tǒng)(大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、內(nèi)部傳感器)、導(dǎo)航系統(tǒng)(無線電導(dǎo)航系統(tǒng)、航路推算導(dǎo)航系統(tǒng))、外部傳感器系統(tǒng)(雷達、前視紅外傳感器)和任務(wù)自動化系統(tǒng)(導(dǎo)航系統(tǒng)管理、自動駕駛儀與飛行管理系統(tǒng)、發(fā)動機控制與管理系統(tǒng)、航電系統(tǒng)勤務(wù)管理)。其中,人機交互系統(tǒng)、飛行狀態(tài)傳感器系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、外部傳感器系統(tǒng)屬于航電系統(tǒng)功能層,實現(xiàn)航電系統(tǒng)基本或核心功能,任務(wù)自動化系統(tǒng)是特定任務(wù)層,通過自動工作和管理完成多種任務(wù),減少機組工作量,同時進行更多的飛機監(jiān)控工作。此外,民航飛機還配備空中交通管制、應(yīng)答機系統(tǒng)、近低告警系統(tǒng)和威脅告警/防撞系統(tǒng)等,軍用飛機配備更多種雷達、導(dǎo)航等作戰(zhàn)相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備。
機電系統(tǒng):系統(tǒng)細分繁雜,中航機電壟斷
機電系統(tǒng)是機載系統(tǒng)的重要組成部分,被稱作飛機的“肌體”,占飛機總成本的15%(機載設(shè)備占總成本的30%-40%),是執(zhí)行飛行保障功能的飛機系統(tǒng)總稱,主要作用是用于實現(xiàn)飛機機械電力保障功能。是提升戰(zhàn)機整體作戰(zhàn)性能和安全所必須的關(guān)鍵功能系統(tǒng)。機電系統(tǒng)分為兩類:①與能量轉(zhuǎn)化、傳輸、使用相關(guān);②與生命、任務(wù)保障相關(guān)。
軍用航空機電產(chǎn)業(yè)進入門檻高,屬于“資本+技術(shù)”密集型行業(yè),我國軍用航空機電市場基本被中航機電系統(tǒng)有限公司壟斷。中航機電是我國航空機電資產(chǎn)唯一上市平臺,為中航工業(yè)航空機電系統(tǒng)資產(chǎn)整合平臺,下設(shè)12家子公司,涉及機電各個細分領(lǐng)域,產(chǎn)品優(yōu)勢明顯。
整機廠:分工明確,各類軍機有固定廠商。
在整機生產(chǎn)行業(yè),中國飛機制造廠分布呈現(xiàn)集團化、規(guī)?;?、主體化、分類化的特點。整機廠大都屬于航空工業(yè)集團,包括成飛(戰(zhàn)斗機)、沈飛(戰(zhàn)斗機)、西飛(運輸機/轟炸機)主流整機廠,以及哈飛/昌飛(直升機)、洪都/貴飛(教練機)等新一代主機廠,共同促進我國軍機整機的制造。