本文作者:万山红投资网

航空发动机(二):产业链梳理

万山红投资网 2022-01-14 08:56

一、整机制造

国际寡头垄断,国内航空动力主导产业的历史

民用寡头垄断,CFM交付占比超过50%。在民用领域,根据《CommercialEngines 2019》的数据,主要由英国通用电气(GE)、普惠(PW)、劳斯莱斯(RR)等6家公司垄断,以及这3家公司分别或共同成立的合资企业CFM(Safran/GE)、IAEA (RR/PW)、EA(GE/PW)。

其中,CFM是由通用电气和萨夫兰各出资50%成立的合资公司。2018年民用发动机交付量占全球交付总量的58%,主要是因为CFM生产的LEAP系列发动机是波音737Max唯一指定发动机,占据其100%的市场份额和空客A320neo的67%。

在军工市场领域,目前只有美国、英国、法国、俄罗斯和中国自主掌握了大推力航空发动机的自主设计制造技术。主要龙头公司有美国GE和PW、英国RR、法国SNECMA、俄罗斯联合发动机制造集团和中国航空发展集团。典型产品包括通用电气的F119和F135,分别供应给美军的F22和F35。

国内整机制造主要由航空动力承担,其实际控制人为中国航空发展集团。航空发动机是我国最大的军用和民用航空发动机制造公司,可以覆盖各种军用航空发动机。其子公司曙光公司、南方公司和溧阳动力是中国最重要的原始设备制造商,负责中国军用发动机的研发。其代表产品涡扇-10目前装备了我国的主力战斗机歼-10、歼-11和歼-20。

第二,原材料

金属应用广泛,新材料应用可期。

目前,航空发动机主要以高温合金、镍基合金和钛合金为原料,新型复合材料正在逐步开发和应用。航空发动机研制初期,主要原材料是高温合金钢,占比近80%,其次是镁、铝合金等轻金属材料。随着发动机结构和性能的演变,对原材料提出了更高的要求,铝合金和钢的比例逐渐降低。目前航空发动机的主要原材料是钢、镍基合金和钛合金,分别约占20%、35%和30%。近年来,航空发动机逐渐开始在叶片、燃烧室等部位使用新型复合材料,如陶瓷基复合材料CMC金属基复合材料。

图1:航空发动机原材料比例

数据来源:东海基金整理

来源:东海基金整理1。超级合金

主要用于热端零件,占重量的40%以上。高温合金通常是指在600-1200的高温下能够抗氧化、抗腐蚀、抗蠕变,并能在高机械应力下长期工作的合金材料。自1956年首次试制GH3030高温合金以来,我国高温合金的研究、生产和应用经历了60多年的发展。

航空发动机的技术进步与高温合金的发展密切相关,高温合金是推动航空发动机发展最关键的结构材料。在新型先进航空发动机中,高温合金的用量占发动机总重量的40%-60%以上,主要用于燃烧室、导管、涡轮叶片和涡轮盘等四个热端部件,此外还有机匣、环、加力燃烧室和尾喷管。

2.钛合金

高的热强度和比强度,广泛用于风扇和压缩机圆盘。钛合金是由钛等金属制成的合金金属,具有强度高、密度低、耐腐蚀性好、耐热性高等特点。在450-500下仍能长时间稳定工作,同时还能减轻结构重量,提高结构效率,帮助发动机拥有更高的推重比。

钛合金是飞机和发动机的主要结构材料,主要用于发动机风扇盘、压气机盘、风扇叶片、起落架、机身梁等。自20世纪60年代以来,钛在飞机上的使用量逐年增加。据西方超导招股书披露,目前欧美先进军用飞机中钛合金的使用率已超过20%,其中w

能承受高温和低密度。与高温合金相比,陶瓷基复合材料的密度较低,仅为高温合金的1/3-1/4。同时,CMC的正常工作温度可达1200以上,潜在使用温度可达1600。较高的可承受温度使得CMC需要较少的气体冷却,更多的空气在燃烧室中燃烧以获得更大的功率,这使得CMC逐渐成为航空发动机燃烧室、涡轮等热端部件的理想材料。

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