航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈主要由設(shè)計研發(fā)、加工制造、運營維修三大環(huán)節(jié)構(gòu)成。其中：（1）設(shè)計研發(fā)包括：基礎(chǔ)研究、子系統(tǒng)設(shè)計、整機(jī)集成設(shè)計；（2）加工制造包括：原材料、零部件及整機(jī)集成；（3）運營維修包括：發(fā)動機(jī)運營和發(fā)動機(jī)維修。

圖：航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

資料來源：慧博智能投研

就航空發(fā)動機(jī)加工制造環(huán)節(jié)的價值量分布而言，上游原材料價值合計占整機(jī)總價值比例約30%，中游零部件及控制系統(tǒng)價值合計占整機(jī)總價值的比例約65%。

圖：航空發(fā)動機(jī)加工制造環(huán)節(jié)價值量分析

資料來源：慧博智能投研

圖：航空發(fā)動機(jī)加工制造環(huán)節(jié)毛利率水平

資料來源：慧博智能投研

1、概述

鈦合金是航空發(fā)動機(jī)部件中不可缺少的材料，主要用于發(fā)動機(jī)冷端部件。在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，鈦合金主要用于壓氣機(jī)風(fēng)扇盤、風(fēng)扇葉片、中/高壓壓氣機(jī)盤、動葉片、靜葉片、涵道等部件。在 300~600℃工作溫度下，鈦合金具有較高的比強(qiáng)度、高溫蠕變抗力、疲勞強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性，能夠滿足相應(yīng)部件的特性要求。

表：鈦合金性能特點

資料來源：《鈦及鈦合金》（雷霆，2018），中金公司研究部

先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)中，鈦合金的用量逐漸增加。美國、俄羅斯、英國的航空發(fā)動機(jī)制造處于全球領(lǐng)先水平，其發(fā)動機(jī)的用鈦量一般保持在 20%~35%，美國 F-22 的發(fā)動機(jī)F119鈦合金用量高達(dá)39%。國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)鈦合金用量較國外先進(jìn)水平尚有一定差距，其中我國設(shè)計制造的WP13發(fā)動機(jī)用鈦量為13%，WP-14 用鈦量提高至15%，國產(chǎn)第三代大推力渦扇發(fā)動機(jī)WS-10發(fā)動機(jī)鈦合金用量約為25%。

表：典型國外航空發(fā)動機(jī)鈦合金用量

資料來源：北京航空材料研究院

（2）相關(guān)公司

（1）概述

高溫合金應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)熱端部件，約占發(fā)動機(jī)總重量的 40~60%。高溫合金具有較高的熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)度，能夠在高溫下具有良好的抗腐蝕、抗氧化能力，是制造航空發(fā)動機(jī)熱端部件必不可少的關(guān)鍵材料，主要應(yīng)用于渦輪盤、渦輪導(dǎo)向葉片、渦輪工作葉片、燃燒室和加力燃燒室的各種零部件。在目前的主流航空發(fā)動機(jī)中，高溫合金約占航發(fā)總重量的 40%~60%。

資料來源：鋼研高納招股書。注：左圖紅色部分為先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)中關(guān)鍵的熱端承力部件，全部為高溫合金。

① 變形高溫合金

變形高溫合金通過把鑄錠經(jīng)鍛造、軋制等方式加工后成材，在高溫合金產(chǎn)量中約占70%，產(chǎn)品種類相對最多，可以用于制造航發(fā)機(jī)匣、盤軸、緊固件燃燒室等。

② 鑄造高溫合金

多用于制造航空發(fā)動機(jī)中的機(jī)匣、葉片等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，鑄造高溫合金通過熔模鑄造等工藝直接凝固成型，與變形高溫合金相比，合金元素種類更多、合金化程度高，約占高溫合金總產(chǎn)量的20%。航空發(fā)動機(jī)上一些形狀復(fù)雜難以加工的腔體、空心部件、葉片等，必須采用精密鑄造工藝才能完成。

③ 粉末高溫合金

粉末高溫合金采用粉末冶金工藝、熱等靜壓直接成型或熱加工成型制備，主要用于近凈成型航空發(fā)動機(jī)中的盤軸類鍛件，具有成份均勻、組織細(xì)小、力學(xué)性能優(yōu)異的特點，可以耐受更為苛刻的工況環(huán)境。粉末高溫合金制備工藝目前主要有等離子旋轉(zhuǎn)電極法（俄）、氬氣物化法（美、歐）等。

軍用高溫合金處于持續(xù)升級中，研發(fā)能力是高溫合金企業(yè)的立足之本。以撫順特鋼，鋼研高納為首的國內(nèi)老牌高溫合金企業(yè)科研根基扎實。其中，撫順特鋼的變形高溫合金市場和技術(shù)優(yōu)勢明顯，而鋼研高納鑄造高溫合金國內(nèi)頂尖、研發(fā)能力卓越。以萬澤股份為代表的新興高溫合金企業(yè)，業(yè)務(wù)覆蓋面廣，同時也注重新型高溫合金的研發(fā)。

2、相關(guān)公司

（1）概述

要持續(xù)提升航空發(fā)動機(jī)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(jī)，新材料、新工藝及相應(yīng)新結(jié)構(gòu)對提高推重比的貢獻(xiàn)將達(dá)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(jī)低溫部件（外涵機(jī)匣、風(fēng)扇機(jī)匣等）使用樹脂基復(fù)合材料（Polymer Matrix Composites，PMC）或金屬基復(fù)合材料（metal Matrix Composites，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（Ceramic Matrix Composites，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(jī)結(jié)構(gòu)中，如LEAP-X、GE90發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片均使用樹脂基復(fù)合材料，F(xiàn)414、EJ200 發(fā)動機(jī)燃燒室均使用陶瓷基復(fù)合材料等。

表：航空發(fā)動機(jī)用復(fù)合材料簡介

應(yīng)用趨勢上看，先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)分析》，在2000年左右，CMC材料僅占發(fā)動機(jī)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(jī)市場對CMC的需求將遞增10倍，因此航空發(fā)動機(jī)復(fù)合材料的應(yīng)用不容小覷。

圖：航空發(fā)動機(jī)材料不同溫度下力學(xué)性能

資料來源：慧博智能投研

圖：復(fù)合材料在航空發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用比例逐年提高

資料來源：慧博智能投研

（2）相關(guān)公司

（1）概述

鍛造是航空發(fā)動機(jī)的核心生產(chǎn)工序之一。鍛造是指通過加壓設(shè)備及模具，使鋼、鈦合金、鋁合金及其他高溫合金胚料產(chǎn)生變形達(dá)到目標(biāo)尺寸和形狀的工藝。一體化制造的鍛件強(qiáng)度高于焊接，且能夠起到減少構(gòu)件數(shù)量、降低組裝難度、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的作用，因此在實際工程中得到廣泛應(yīng)用。航空發(fā)動機(jī)鍛件按形狀分主要有盤件、軸件和環(huán)件，其中：（1）盤件包括風(fēng)扇盤、高壓/低壓渦輪盤、壓氣機(jī)盤等；（2）軸件包括壓氣機(jī)軸、渦輪軸等；（3）環(huán)形件主要為發(fā)動機(jī)中環(huán)形承力部件如機(jī)閘、結(jié)合環(huán)、安裝邊、封嚴(yán)環(huán)等。從重量角度看，鍛件約占航空發(fā)動機(jī)總質(zhì)量的30%-45%，從價值量角度看，鍛件占航空發(fā)動機(jī)價值的15%~20%，其中環(huán)鍛件約為6%。

航空鍛造具有“高設(shè)備投入+高客戶粘性”的特征，行業(yè)壁壘較高。航空鍛件參數(shù)和精度要求高，對設(shè)備、工藝均有較高要求。大型鍛壓機(jī)從研發(fā)到投產(chǎn)需要投入大量的研發(fā)資金，短期內(nèi)無法建成，因而阻攔了外界參與者進(jìn)入；企業(yè)需要通過國內(nèi)特種行業(yè)客戶的資質(zhì)審核，進(jìn)入供應(yīng)鏈后往往客戶粘性較強(qiáng)，客戶更換配套方的成本較高，因此新進(jìn)入者不易切入。

2、相關(guān)公司

（1）概述

鑄造具有保證零件承溫能力、提高零件精度等優(yōu)勢。相較于鍛造，鑄造零件可以更復(fù)雜，可使用高合金化金屬作為原材料，從而兼容了較高的耐高溫性；可通過型芯和精鑄技術(shù)制備具有復(fù)雜內(nèi)腔的空心葉片；利用大型復(fù)雜薄壁技術(shù)制備的鑄件，尺精度和表面粗糙度可達(dá)到較高水平；定向凝固技術(shù)、單晶制備技術(shù)等先進(jìn)鑄造手段可保證零件在各種工作環(huán)境下的使用性能。

鑄件主要應(yīng)用于葉片、機(jī)匣等部位，國內(nèi)航發(fā)鑄件研制以航發(fā)集團(tuán)內(nèi)部企業(yè)為主。鑄造可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件，在航空發(fā)動機(jī)上鑄件主要用于葉片和機(jī)匣等部位。鑄造葉片主要是用于渦輪葉片，分為等軸晶、定向晶和單晶三種工藝，其中：（1）非單晶鑄造葉片主要由航發(fā)動力子公司貴陽精鑄承擔(dān)，近幾年應(yīng)流股份、江蘇永瀚、萬澤股份等民營企業(yè)也正積極進(jìn)入這一領(lǐng)域。（2）單晶葉片的鑄造技術(shù)難度較大，基礎(chǔ)科學(xué)和產(chǎn)品研制主要以專業(yè)院所為主，如北京航空材料研究院、中國鋼研科技集團(tuán)公司、中科院沈陽金屬研究所等。（3）機(jī)匣是航空發(fā)動機(jī)上的主要承力部件，屬于薄壁易變形的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，機(jī)匣鑄造對設(shè)計精度要求較高，國內(nèi)主要參與者包括航發(fā)集團(tuán)和圖南股份等。

（2）相關(guān)公司