JOB竞博.航空发动机产业链全景解析：军民需求共振铸就万亿市场

　　航空发动机被誉为“现代工业皇冠上的明珠”和“工业之花”，是衡量一个国家综合科技水平、科技工业基础实力和综合国力的重要标志，也是飞机的“心脏”。

　　航空发动机的研究和发展特点是技术难度大、耗资多、周期长，对飞机性能以及飞机研制的成败和进度有着决定性的影响，是产业发展的核心基础，也是衡量一个国家工业水平和能力的重要标志。例如，航空发动机的工作原理复杂，涉及几乎所有科学和工程专业领域，主要结构部件包括进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管，零配件达 3 万多个。

　　此外，受限于发动机的尺寸小和工作环境严苛的原因，组装过程精细严格，生产商需要在有限的空间中安装成千上万的零件；并且组装精度要求高，单个组件的组装需要独特的技术，其中叶片滚轮的精度要求高达人发丝的十分之一。

　　航空发动机从活塞式发动机发展到今天的多种喷气式发动机，其中涡扇式喷气发动机应用最广泛。从 1903 年世界上第一架飞机诞生，到二次世界大战结束后，几乎所有的战机都采用活塞式航空发动机，这类发动机通过推动螺旋桨使得飞机获得动力。但是，随着航空发动机向高功率和低重量方向发展，功重比较低的活塞式发动机逐渐退出历史舞台。

　　喷气式发动机可以产生很大的推力，而自身重量又较轻，能够大幅提高飞机的飞行速度，因此得到了广泛的应用。按压气机种类可分为涡轮喷气式发动机、涡轮风扇式发动机、涡轮螺旋桨式发动机、涡轮轴式发动机和螺旋桨风扇发动机。目前，应用最广的是涡扇发动机， 2020 年全球产量占比高达 46.10%。

　　不同类型喷气式发动机因其自身特性应用于不同机种，涡喷式逐渐淘汰，涡扇式为当今主流。现代涡喷发动机主要由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管等部位组成，其特点是高空高速飞行时性能较好，但在低速飞行时，高速高温燃气喷出发动机后直接散溢造成巨大的能量损失，其整体油耗高，效率较低，目前除了尚未退役的部分二代战斗机用涡喷发动机外，大多数已被涡轮风扇发动机所取代。

　　涡桨和涡轴发动机是在涡喷发动机发展成熟后，将活塞发动机涡轮化而研制发展的新型动力。涡桨发动机的适用速度一般小于 900km/h，在中低速飞机或对低速性能有严格要求的巡逻、反潜或灭火等类型飞机中得到广泛应用。

　　涡轴发动机一般装有自由涡轮，主要用在直升机和垂直/短距起落飞机上。民用涡扇发动机主要为大涵道比，油耗低，广泛用于大型商用客机。

　　航空发动机价值回报高，经济辐射带动作用强。航空发动机作是工业部门目前附加值最高的高端制造业，对上下游产业也有着巨大的辐射带动作用。

　　一是“回顾效应”，即对机械、仪表、电子、材料、冶金、化工等上游产业发展的带动作用；二是“前瞻效应”，即对航空运输业、旅游业、城市交通基础设施建设、物流等产业发展的诱导作用；三是“旁侧效应”，即对改善国民经济各部门资源配置、提高效率等的推动作用。据日本通产省统计，按照产品单位重量创造的价值来计算，如果船舶为 1、则汽车为 9、电子计算机为 300、大型飞机为 800、航空发动机高达 1400。

　　航空发动机是典型的技术密集型产品，要求重量轻、体积小、使用安全可靠、经济性好，满足在高温、高压、高转速和高负荷等苛刻条件下长期反复工作指标，因而必须设计精巧、加工精密、使用高性能材料部件，其研制对结构力学、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。

　　根据统计，世界先进航空发动机研发投入普遍高达数十亿美元，其中 F135 更是高达 67 亿美元。与国外相比，投入资金不足是此前严重限制我国航空发动机产业发展的重要因素之一。1988 年-2003 年间，美国的 IHPTET 计划总计投入 50 亿美元，约是我国 1980 年-2000 年间两项发动机预研计划总投 入的 6 倍。

　　根据《航空发动机研制全寿命管理究及建议》，预研阶段和工程研制阶段需要长达30年，此后才能进入实用发展阶段进行大批量装配，整个研发周期漫长。我国成功自研的第一台大推力涡扇发动机涡扇-10 从 20 世纪 80 年代后期开始验证机研制，到 2006 年正式宣告成熟定型，历时 20 余载，目前已经成为我国第三代战机的主要配套型号。

　　航空发动机产业持续发展发动机以核心机为基础可不断改进衍生出系列化军民发动机，降低研发成本，极大提高研发效率及产品可靠性，拓宽市场应用领域，满足不同客户需求。

　　核心机具有军民通用性，一旦研制成熟，无论是战机的涡扇发动机、轰炸机或者军用运输机的发动机、舰艇使用的燃气轮机都可以由核心机改进而来，制造商可以根据客户的不同需求基于成熟核心机衍生出不同机型，降本增效，且产品可靠性得到保证，极大地拓宽了市场应用领域。

　　利用多用途核心机研制系列发动机为航空发达国家普遍采用的方式，如美国 GE 公司在第三代核心机的基础上成功研制出一系列军民用发动机，包括 F101、F110、F404、TF39、CF6 和 CFM56。

　　我国于 70 年代初引进美国核心机和验证机研究途径，坚持走基础研究—应用研究—预先发展（核心机、验证机）—工程研制的研究和发展道路。

　　一款成熟发动机可销售 30-50 年，产品红利期长，军民一体化进一步推动航空发动机产业持续发展。

　　据美国《国家关键技术计划》描述：发动机产业因其技术高端，处于寡头垄断的环境中，一款成熟产品能够销售 30~50 年，制造商可以充分享受技术和产业链升级带来的市场回报。在航空发动机领域，军用民用航空发动机普遍存在通用性，基于核心机可衍生出满足民用需求的发动机，不仅可最大程度缩短研发周期，而且推动产品系列化发展，延长产品销售生命周期。

　　我国目前对航空发动机产品军民融合主要体现在国产发动机的军转民应用上，例如，涡轴-8 发动机可同时应用于军用、民用直升机机型；以太行发动机为基础衍生而来的民用燃气轮机，实现一机多型。在民转军领域，我国目前还处于初期阶段。

　　2）我国航空发动机的研发与制造主要由中国航空工业集团主导，实行“一型飞机配套研制一型发动机”的研制与生产模式。

　　3）航空发动机与航空飞机研制深度绑定，航空发动机独立研制灵活性受限，国家政策和资金支持力度不够。

　　为增强航发制造实力和相关企业活力，逐步实现航发产品国产化，自“十三五”以来，我国相继出台了军民融合、两机专项等政策，用竞争机制推动技术进步，打通产业链上下游，缩短流程并降低成本，国家千亿拨资，打破产业发展资金制约，解决研发投入，预先研究资金不足。我国还实施了飞发分离等改革措施，成立航发集团，打破体制制约，极大提高发动机研制灵活性和研发效率。

　　把国防和军队现代化建设深深融入经济社会发展体系之中，全面推进经济、科技、教育、人才等各个领域的军民融合，在更广范围、更高层次、更深程度上把国防和军队现代化建设与经济社会发展结合起来，为实现国防和军队现代化提供丰厚的资源和可持续发展的后劲。

　　我国在建立航空工业之始学习苏联模式，以飞机型号研发驱动航空发动机型号配套，航空发动机研制缺乏独立自主性，在航空发动机研发周期比飞机研发周期更长的事实下，航空发动机产业发展受到严重制约。

　　2016 年 5 月，中国航发集团成立，原中航工业旗下的航发资产被剥离出来，划拨到中国航发名下。

　　同时，航发动力、航发控制和航发科技实际控制人变更为中国航发。航发集团的成立标志着我国航空发动机研制正式独立于飞机制造，给予了航空发动机研制更强的自主性，从根源上扫除了航空发动机发展的部分体制障碍，有利于相关主机厂和科研院所专注主业，加快追赶步伐，实现军用和民用发动机的突破。

　　发动机研制周期长、研发投入高，核心机预研需要大量资金，与国外相比，投入资金不足严重限制我国航空发动机产业发展。

　　1988年-2003年间，美国的 IHPTET 计划总计投入50亿美元，约是我国1980年-2000年间两项发动机预研计划总投入的6倍。

　　2016年《“十三五”国家科技创新规划》中明确航空发动机和燃气轮机重大专项（即“两机专项”）为 6 个重大科技项目之一。两机专项政策实施以后，航空发动机专项报送国务院审议，专款专用，保证航发产业有充足的研发资金。两机专项中的航空发动机专项重点局聚焦于小涵道比超音速涡扇发动机和大涵道比大推力长续航亚音速涡扇发动机，基本涵盖了当下国内所有先进航空器对发动机的需求。

　　从国际上来看，航发产业链已形成“主承包商+供应商”的发展模式。据 GAO 估计，发动机主承包商只生产其最终产品所有零部件中附加值最高的 30%，剩下 70%的生产工作和零部件/子系统研发工作，由供应商负责。

　　一级供应商：以欧、日企业为主，研发能力强，一般具备核心机制造能力，主要向主承包商供应单位体、核心部件。

　　二级供应商：多分布于新兴国家，数量多且竞争大，通常不具备核心的设计能力及知识产 权，主要向一级供应商供应零部件。

　　我国目前已经具备完整的航空发动机产业链的研发制造能力，航空发动机产业链主要由五个环节组成，分别是上游原材料和零部件、中游分系统、下游整机制造和维修保障。

　　1）上游原材料和零部件领域：以科研院所及其下属企业为主，新兴民营企业也具备一定竞争力，尤其是在零部件领域，民营企业参与度高。

　　3）下游整机制造和维修：军用航发制造以航发动力为主，民用航发制造以航发商发为主。军用维修主要由军工维修厂以及航发动力负责，民用维修方面，合资共建的四川斯奈克玛是我国领先的民用发动机修理厂。

　　航空发动机成本中原材料占比最高，其中主要使用的是高温合金和钛合金两种材料。按照航发制造成本拆分，现代航空发动机制造成本（不含控制系统）主要由两部分组成：原材料成本和劳动力成本，占比分别在 40%-60%、25%-35%。

　　航空发动机原材料以高温合金和钛合金为主，二者成本约占原材料的 65%，占发动机的 33%。除高温合金和钛合金材料外，新兴的陶瓷基复合材料正逐步扩大在原材料中的占比份额，成为航空发动机中的新型材料。

　　高温合金是推动航空发动机发展的关键所在，也是发动机原材料的主要成本。一代材料造就一代发动机，发动机性能通常用推重比来综合评定，提高推重比最直接和最有效的技术措施是提高涡轮前的燃气温度，因此，新型先进航空发动机对高性能高温合金材料的依赖也越来越大。

　　在现代航空发动机中，高温合金材料用量约占到发动机总质量的 40%-60%，主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘四大热端零部件，以及发动机机匣、环形件、尾喷口等工作温度较高的部位。

　　按照合金材料成形方式不同，高温合金可分为变形高温合金、铸造高温合金（包括等轴晶铸造高温合金、定向凝固柱高温合金和单晶高温合金）和新型高温合金（包括粉末高温合金、Ti-AI 系金属间化合物、氧化物弥散强化高温合金、耐蚀高温合金等）。

　　其中，变形高温合金应用范围最广，占比高达 70%，铸造高温合金位居其次，占比 20%，新型高温合金仅占 10%。

　　单晶铸造高温合金在耐高温、抗蠕变、抗疲劳方面有明显优势。单晶铸造高温合金符合现代飞机对高推重比的追求。

　　有数据显示，在发动机尺寸不变的条件下，涡轮前进口温度每提高 100 度，推重比可以增加 10%。

　　同时，单晶材料没有晶界，在高温应力下不易发生蠕变和疲劳断裂。粉末高温合金采用粉末冶金工艺，具有成分均匀，抗疲劳，热加工性能好等特点。由于单晶铸造高温合金和粉末高温合金优异的性。