一、航空發(fā)動機核心零部件空間廣闊

    1、航空發(fā)動機分類與競爭格局

    吸氣式發(fā)動機吸進空氣作為燃料的氧化劑，根據(jù)工作原理不同， 分為活塞式發(fā)動機、 燃氣渦輪發(fā)動機、沖壓噴氣發(fā)動機與脈動噴氣發(fā)動機。 燃氣渦輪發(fā)動機包括渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、渦輪軸發(fā)動機、螺槳風(fēng)扇發(fā)動機。

航空發(fā)動機分類

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    高溫合金部件占航空發(fā)動機重量約 40%~60%，主要應(yīng)用于燃燒室、渦輪盤、葉片、機匣等關(guān)鍵熱端部件。從制造工藝上來講，渦輪盤、機匣通常采用鑄造或細晶鑄造工藝；渦輪葉片、導(dǎo)向葉片通常采用定向凝固或單晶鑄造工藝。 葉片為航空發(fā)動機核心部件之一，其約占整臺發(fā)動機制造工作量的 30%以上。

航空發(fā)動機用到的高溫合金（紅色部分）

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帶加力燃燒室的渦噴發(fā)動機結(jié)構(gòu)圖

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    海外巨頭在航空發(fā)動機領(lǐng)域占據(jù)絕對優(yōu)勢。全球航空發(fā)動機制造商主要包括通用電氣、普拉特·惠特尼、羅爾斯·羅伊斯、 CFM 國際公司、 IAE 國際航空發(fā)動機公司、EA 發(fā)動機聯(lián)盟公司。其中， 通用電氣為全球最大的綜合性動力與設(shè)備制造商之一，典型產(chǎn)品包括 GE90、 GE9X、 GEnx 等； 普拉特·惠特尼在直升機用渦輪軸發(fā)動機領(lǐng)域具備較為明顯的優(yōu)勢， 為美國主力戰(zhàn)機 F-22、 F-35 的唯一動力供應(yīng)商； 羅爾斯·羅伊斯為歐洲最大的航空發(fā)動機供應(yīng)商，代表性產(chǎn)品包括遄達系列等； CFM 國際公司由通用電氣和 Snecma 公司各占 50%股份合資成立，主要負責(zé)生產(chǎn)全球最暢銷的民用渦扇發(fā)動機之一 CFM56。

    2、高溫合金核心零部件應(yīng)用領(lǐng)域： 軍用航空發(fā)動機行業(yè)現(xiàn)狀

    軍用航空發(fā)動機發(fā)展至今已歷經(jīng)四代。發(fā)達國家現(xiàn)役主力戰(zhàn)斗機主要搭載第三代航空發(fā)動機，其推重比約為 7~8、渦輪前溫度約為 1,600K~1,750K。第四代軍用航空發(fā)動機以 F119、 F120、 EJ200 的發(fā)動機為代表，其推重比約為 9~10、渦輪前溫度約為 1,800K~2,000K，涵道比約為 0.2~0.4，其特點可概括為高推重比、小涵道比、高渦輪前溫度。第五代軍用航空發(fā)動機不僅要求具備較大的起飛推力以及高度的靈活性，還應(yīng)滿足超音速巡航能力，其推重比約為 12~15。

軍用航空發(fā)動機性能趨勢

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    截止至 2017 年，全球現(xiàn)役軍用飛機總計 53,042 架，其中，美國、俄羅斯排名居前，分別擁有軍用飛機 13,764 架、 3,792 架，占比達到 25.95%、 7.15%。 2017 年，我國總計擁有各類軍用飛機 2,955 架，占全球總量約 5.57%，位居世界第三，僅次于美國與俄羅斯。具體來看，截止至目前，我國擁有現(xiàn)役戰(zhàn)斗機、特殊任務(wù)飛機、運輸機、武裝直升機/運輸直升機、教練機架數(shù)分別為 1,523 架、 84 架、 184 架、 809架、 352 架，分別占對應(yīng)機種全球總量的 10.40%、 4.17%、 4.30%、 4.01%、 3.15%。

2017 年全球主要國家現(xiàn)役軍用飛機（架）

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2017 年我國軍用飛機構(gòu)成

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    我國軍用航空發(fā)動機國產(chǎn)化道路歷經(jīng)引進、測仿、改進、創(chuàng)新四個過程，經(jīng)過 60余年發(fā)展，已具備戰(zhàn)斗機、運輸機、武裝直升機/運輸直升機、教練機等多機種系列飛機的研制能力。我國主要作戰(zhàn)飛機國產(chǎn)發(fā)動機占比已達到 90%左右，主要裝配于殲擊機、強擊機、轟炸機、殲擊轟炸機等主戰(zhàn)飛機中。其中， “昆侖”（渦噴-14） 于2002 年 7 月被國家軍工產(chǎn)品定型委員會正式批準設(shè)計定型，從而使我國成為繼美國、俄羅斯、英國、法國之后全球第五個具備獨立研制航空發(fā)動機的國家，主要搭載于殲-7、殲-8 等第二代戰(zhàn)斗機上； “太行”（渦扇-10） 為我國第一臺自主研制的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大推力加力式渦扇發(fā)動機，主要搭載于殲-10、殲-11、殲-15、殲-16 等第三代戰(zhàn)斗機上。

我國現(xiàn)役主要軍用飛機航空發(fā)動機搭載情況一覽表

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    以運-20、殲-20 為代表的軍用飛機亟待搭載國產(chǎn)航空發(fā)動機，進口替代步伐有望加速?，F(xiàn)階段，我國軍用大型運輸機運-20 以搭載俄制進口航空發(fā)動機為主，過渡發(fā)動機采用國內(nèi)自主研發(fā)的渦扇-18。隨著研發(fā)、 制造進度的推進，預(yù)計未來渦扇-20將成為運-20 主力搭載發(fā)動機。 殲-20 為我國自主研制的首臺第四代隱身戰(zhàn)斗機，此前， 其搭載的航空發(fā)動機主要來自俄羅斯 AL-31F-M1。 未來來看， 渦扇-15（峨眉）有望替代現(xiàn)有俄制產(chǎn)品成為殲-20 的重要動力源。事實上，不僅在軍用領(lǐng)域，中長期看，民用航空發(fā)動機對于國產(chǎn)設(shè)備的需求同樣強烈。其中， C919 中型客機擬使用SFA 渦扇發(fā)動機或長江 CJ-1000A，其目前搭載的發(fā)動機產(chǎn)品來自 CFM 國際公司；ARJ-21 支線客機擬使用渦扇-12，其目前搭載的發(fā)動機產(chǎn)品來自通用電氣。

國內(nèi)部分亟待進口替代的航空發(fā)動機對應(yīng)機型一覽

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    3、高溫合金核心零部件應(yīng)用領(lǐng)域： 民用航空發(fā)動機行業(yè)現(xiàn)狀

    CFM 國際公司銷量數(shù)據(jù)問鼎民用航空發(fā)動機領(lǐng)域。 截止至 2016 年， CFM 國際公司當(dāng)年發(fā)動機產(chǎn)量達到 10,750 臺，市占率約為 40.2%；聯(lián)合技術(shù)公司（UTC）憑借旗下美國普惠公司與普惠加拿大公司的傳統(tǒng)優(yōu)勢，銷售成績雖較過往有所下滑， 2016 年市占率仍高達 27.2%。 GE、羅爾斯·羅伊斯（Rolls-Royce） 2016 年全球的市占率分別為 18.8%、 10.6%。

全球航空發(fā)動機制造商市占率

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    2017 年~2036 年的 20 年間，全球民用飛機總計新增需求為41,030 架，新增市場總規(guī)模 6.050 萬億美元。 中國市場方面，我國民用飛機總計新增需求為 7,240 架，占全球新增需求 17.65%；新增市場總規(guī)模 1.085 萬億美元，占全球市場新增總規(guī)模 17.93%。具體來看，未來 20 年，我國支線噴氣機新增需求 150架，占國內(nèi)新增需求 2%，市場規(guī)模約為 100 億美元；單通道客機新增需求 5,420 架，占國內(nèi)新增需求 75%，市場規(guī)模約為 5,700 億美元；小型寬體客機新增需求 940 架，占國內(nèi)新增需求 13%，市場規(guī)模約為 2,600 億美元；中型/大型寬體客機新增需求 550架，占國內(nèi)新增需求 8%，市場規(guī)模約為 1,900 億美元；寬體貨機新增需求 180 架，占國內(nèi)新增需求 2%，市場規(guī)模約為 600 億美元。

2017 年~2036 年我國民用飛機需求預(yù)測

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    截止至 2016 年，我國航空運輸業(yè)飛機數(shù)量達到 2,950 架，其中，客機 2,818 架，貨機 132 架，當(dāng)年凈增加值 300 架。預(yù)計未來 20 年（2017 年~2036 年），國內(nèi)需要新增民用客機 6,103 架，其中大型噴氣客機 5,120 架，支線客機 983 架。2017 年~2036 年的 20 年間，我國將交付飛機 8,575 架，總價值約 12,104 億美元。其中，單通道噴氣客機 5,475 架，占比 63.85%；雙通道噴氣客機 2,003 架，占比 23.36%；噴氣支線客機 1,097 架，占比 12.79%。

    4、市場空間：航空航天領(lǐng)域高溫合金需求持續(xù)攀升

    航空發(fā)動機通常占整架飛機價值 20%~30%左右。 對于大型飛機而言，由于其整機價值較高，航空發(fā)動機價值占比相對而言會較小型飛機低一些。民用航空飛機構(gòu)成中，機體結(jié)構(gòu)、 發(fā)動機、機電設(shè)備、航電設(shè)備價值占比分別為 38%、27%、14%、 11%。軍用航空飛機方面，主流戰(zhàn)斗機 F-16、 F-18、 F-15 航空發(fā)動機價值占比分別為 24.70%、 31.30%以及 25.00%。

民用飛機價值構(gòu)成 

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軍用航空發(fā)動機價占軍機價值比例

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    原材料占航空發(fā)動機成本約 50%，高溫合金為原材料主要構(gòu)成。具體看航空發(fā)動機價值構(gòu)成，勞動力、原材料占比分別達到 25%與 50%，其中，高溫合金作為原材料的主要構(gòu)成，約占材料成本約 36%。

航空發(fā)動機制造成本構(gòu)成

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航空發(fā)動機原材料成本構(gòu)成

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    我們分別就軍用航空發(fā)動機與民用航空發(fā)動機對于高溫合金的需求作出測算。關(guān)鍵假設(shè)如下：（1）航空發(fā)動機全生命周期包括研發(fā)、采購、維保三個主要的階段，其分別占總支出的 10%、 45%、 45%左右?；诖耍覀儗⒑娇瞻l(fā)動機的需求分為新增需求與維保需求兩部分。（2） 軍用航空發(fā)動機方面， 參考權(quán)威統(tǒng)計機構(gòu)的預(yù)測值， 預(yù)計未來 10 年我國對于軍用飛機的需求量為 3,300 架。（3）民用航空發(fā)動機方面， 參考權(quán)威統(tǒng)計機構(gòu)的預(yù)測值，預(yù)計未來 20 年全球?qū)τ诿裼蔑w機的需求量為 41,030 架，我國對于民用飛機的需求量為 7,240 架。

    未來 10 年，我國軍用航空發(fā)動機對于高溫合金的市場需求規(guī)模約 524 億元。根據(jù)測算， 未來 10 年間，我國軍用領(lǐng)域的發(fā)動機市場新增需求約 2,079 億元，維保需求約 1,663 億元，對應(yīng)高溫合金需求分別達到 291 億元、 233 億元。未來 20 年，全球民用航空發(fā)動機對于高溫合金的市場需求規(guī)模約 2,592 億美元。根據(jù)測算，未來 20 年間，全球民用領(lǐng)域的發(fā)動機市場新增需求約 10,285 億美元，維保需求約 8,228 億美元，對應(yīng)高溫合金需求分別為 1,440 億美元、 1,152 億美元。未來 20 年，我國民用航空發(fā)動機對于高溫合金的市場需求規(guī)模約 467 億美元。根據(jù)測算，未來 20 年間，我國民用領(lǐng)域的發(fā)動機市場新增需求約 1,853 億美元，維保需求約 1,482 億美元，對應(yīng)高溫合金需求分別為 259 億美元、 208 億美元。

2017 年~2036 年全球民用航空發(fā)動機用高溫合金市場規(guī)模測算

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2017 年~2036 年我國民用航空發(fā)動機用高溫合金市場規(guī)模測算

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    二、燃氣輪機結(jié)構(gòu)性增長，國內(nèi)供應(yīng)商迎機遇

    1、美國通用為全球燃氣輪機龍頭

    燃氣輪機由壓氣機、加熱工質(zhì)設(shè)備（比如燃燒室）、透平、控制系統(tǒng)、輔助設(shè)備組成，通過將氣體壓縮加熱后，送入透平中膨脹做功，將一部分熱能轉(zhuǎn)化為機械能。燃氣輪機包括重型燃氣輪機、車輛與工業(yè)驅(qū)動燃氣輪機、艦船動力燃氣輪機、各類型微型燃氣輪機等。其中，重型燃氣輪機功率一般在 50MW 以上，可用于區(qū)域發(fā)電、大型船舶等；輕型燃氣輪機功率一般介于 1MW 與 50MW 之間，可用于循環(huán)發(fā)電、天然氣管道、艦船等；微型燃氣輪機功率一般為幾百瓦，可用于坦克、機車等。重型燃氣輪機主要應(yīng)用于燃氣發(fā)電、分布式能源系統(tǒng)。 根據(jù)透平進口燃氣溫度的不同，重型燃氣輪機可分為 E 級、 F 級、 H 級，其透平進口溫度分別為 1,200℃、1,400℃、 1,600℃。在北美地區(qū)， H 級重型燃氣輪機為天然氣發(fā)電主要機型。燃氣輪機中需要使用高溫合金的部件主要包括燃燒室、過度導(dǎo)管、渦輪工作葉片、渦輪盤、導(dǎo)向葉片等。

燃氣輪機構(gòu)造圖 

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GE 燃氣輪機產(chǎn)品（50Hz）

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    重型燃氣輪機主要應(yīng)用于燃氣發(fā)電、分布式能源系統(tǒng)。 根據(jù)透平進口燃氣溫度的不同，重型燃氣輪機可分為 E 級、 F 級、 H 級，其透平進口溫度分別為 1,200℃、1,400℃、 1,600℃。在北美地區(qū)， H 級重型燃氣輪機為天然氣發(fā)電主要機型。燃氣輪機中需要使用高溫合金的部件主要包括燃燒室、過度導(dǎo)管、渦輪工作葉片、渦輪盤、導(dǎo)向葉片等。

燃氣輪機中需要用到高溫合金的部件圖例

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    全球具備自主知識產(chǎn)權(quán)且能夠設(shè)計制造重型燃氣輪機的供應(yīng)商主要包括美國通用（GE） 1、德國西門子（Siemens）、日本三菱（Mitsubishi）、意大利安薩爾多（Ansaldo）等，其分別占全球燃氣輪機市場總份額的 53%、27%、 8%、 5%2。

    2、天然氣發(fā)電及分布式能源工程提振重型燃氣輪機需求

    《天然氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出， “十三五”要抓好天然氣發(fā)電及分布式能源工程等四大利用工程，天然氣占一次能源消費比重力爭提高到 10%左右。2017 年 6 月，國家發(fā)改委與國家能源局聯(lián)合發(fā)布《依托能源工程推進燃氣輪機創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》，就燃氣輪機國產(chǎn)化提出具體要求。 根據(jù)《意見》，至 2020 年，我國將基本形成完整的重型燃氣輪機產(chǎn)業(yè)體系。天然氣分布式能源即以天然氣為燃料、通過冷、熱、電三聯(lián)產(chǎn)實現(xiàn)能源的梯級利用，其綜合能源利用效率達到 70%以上，與常規(guī)燃煤電站相比二氧化碳排放減少 30%以上，占地面積與耗水量減少 60%以上。截止至 2016 年末，我國天然氣發(fā)電裝機規(guī)模 7,008 萬千瓦，《規(guī)劃》要求，至2020 年天然氣發(fā)電裝機規(guī)模上升至 1.1 億千瓦以上，占發(fā)電總裝機比例超過 5%。分布式發(fā)電方面，截止至2015年年底，我國天然氣分布式能源項目（單機規(guī)模 50MW 以下，總裝機容量200MW以下）共計 288 個，總裝機容量超過 1,112 萬千瓦。 2016 年至 2017 年前 7 月，我國新獲批、簽約天然氣分布式能源項目 68 個，裝機規(guī)模合計約 377 萬千瓦。預(yù)計至2020 年，天然氣分布式能源裝機規(guī)模將攀升至 4,000 萬千瓦以上。

我國燃氣發(fā)電裝機規(guī)模（萬千瓦） 

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我國天然氣分布式能源裝機規(guī)模（萬千瓦）

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    3、預(yù)計“十三五”期間燃氣輪機發(fā)電裝置投資逾千億元

    2014 年全球燃氣輪機市場規(guī)模約為 159 億美元，預(yù)計至 2020 年，全球市場將增長至 197 億美元，其中，維修、維保市場約 80億美元（燃燒室維修、維保約 20 億美元）。國際能源署的測算認為， 2014 年~2024年全球燃氣輪機制造總產(chǎn)值約為 3,417 億美元。燃氣輪機對于渦輪葉片的需求包括新增與更新兩部分。 新增需求方面， 一臺燃氣輪機渦輪工作葉片共分為 3 級，每級擁有渦輪工作葉片數(shù)量約 92 片，合計 276 片。導(dǎo)向葉片同樣分為 3 級，合計 108 片。以重型燃氣輪機的Ⅰ級渦輪為例，海外供應(yīng)商渦輪工作葉片的單片成本（單晶）約為 40 萬元，售價達到 100 萬元/片左右。如果該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化，預(yù)計單片葉片制造成本下降至 10 萬元左右。 更新需求方面，一臺燃氣輪機中，各級葉片的平均使用時間為 1.5 萬小時~2.4 萬小時，一般情況下正常使用 2 年后進入替換周期。 根據(jù)運行時間的不同，燃氣輪機的維修可大致分為小修、中修與大修。其中，小修針對燃燒室；中修主要針對熱端部件，包括燃燒室、渦輪部分等；大修針對整機進行維護與保養(yǎng)。 平均來說，一臺燃氣輪機每年需要的渦輪工作葉片備件約 110 片、導(dǎo)向葉片備件約 60 片。通常情況下，每千瓦燃氣輪機發(fā)電裝置3的投資額約為 3,000 元。基于《天然氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，至 2020 年我國燃氣發(fā)電裝機規(guī)模將達到 1.1 億千瓦，較 2015年年末的 6,603 萬千瓦增長 4,397 萬千瓦。 根據(jù)測算， “十三五”期間我國燃氣輪機發(fā)電裝置投資總額或?qū)⑦_到 1,319.1 億元， 對應(yīng)高溫合金市場需求 162 億元。