一、航空發動機簡介：工業皇冠上的明珠

    航空發動機概念及分類

    航空發動機是為航空器提供飛行所需動力的裝置，是航空器的“心臟”。航空發動機的設計、研發、制造、工藝等均需要精尖的科學技術水平，其在現代工業領域里占據重要地位，被譽為現代工業“皇冠上的明珠”，代表了人類最先進的智慧，更體現了一個國家科技和工業的實力，其發展水平也是國家安全和強國地位的重要保障。按結構劃分，航空發動機分為活塞式與噴氣式兩類，噴氣式中按是否有壓氣機又可以分為燃氣渦輪發動機與沖壓發動機。早期的飛機及直升機幾乎全部使用活塞式發動機，由于其功率的限制，只適用于低速飛行。20世紀40年代以來，燃氣渦輪發動機開始成為現代飛機與直升機的主要動力。沖壓發動機構造簡單、推力大，特別適用于高速高空飛行，低速飛行時沖壓發動機成為死重，不能自行起動和低速性能差限制了其在航空器上的應用，目前僅用在導彈和在空中發射的靶彈上。本文主要討論燃氣渦輪發動機。

航空發動機分類

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    燃氣渦輪發動機通常由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪、排氣裝置和附件系統組成。其中，壓氣機、燃燒室以及驅動壓氣機的燃氣渦輪組成的裝置用來提供高溫高壓燃氣，稱為燃氣發生器，是發動機的核心部分，決定了發動機的整體性能，也稱之為核心機。從簡單的原理構造上看，核心機稍加改造便可作為燃氣輪機，加上超聲速進氣道、加力燃燒室和尾噴管就成了渦噴發動機，在核心機前加上風扇就成了渦扇發動機。燃氣渦輪發動機又可以細分為渦輪噴氣發動機、渦輪風扇發動機、渦輪螺旋槳發動機、渦輪軸發動機。渦輪噴氣發動機主要用于超音速飛機，三代以前戰機中應用較多，渦輪風扇發動機主要用于速度更高的飛機，是現在大多數客機及軍機的主要動力類型。渦輪螺旋槳發動機主要用于時速小于800千米的飛機，多用于低速運輸機、輕型飛機及加油機等。渦輪軸發動機主要用作直升機的動力。

航空燃氣渦輪發動機原理及優缺點

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    軍用航空發動機趨勢：推重比提升，向變循環發展

    智研咨詢發布的《2020-2026年中國軍用航空發動機行業市場現狀調研及市場發展前景報告》數據顯示：軍用航空發動機歷經五代，推重比不斷提升。第一代渦扇發動機出現在20世紀50年代，以英國的康維發動機、美國的JT3D發動機為代表，推重比在2左右；第二代渦扇發動機出現在20世紀60年代，以英國的斯貝MK202和美國的TF30發動機為代表，推重比在5左右；第三代渦扇發動機出現在20世紀70-80年代，以美國的F100、歐洲的RB199和蘇聯的AL-31F發動機為代表，推重比在8左右；第四代渦扇發動機出現在20世紀90年代，以美國的F119和歐洲的EJ200發動機為代表，推重比在10以上；第五代渦扇發動機出現在21世紀初，以美國的F135和英、美聯合研制的F136發動機為代表，推重比為12-13。未來航空發動機推重比將不斷提高，美國已經開啟第6代航空發動機的研發，預計推重比將達到16-18。

國際航空發動機劃分

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    變循環是未來發展方向。變循環是指通過改變發動機的一些部件的幾何形狀、尺寸或者位置，實現不同熱力循環間的轉變。利用變循環改變發動機循環參數，如增壓比、渦輪前溫度、空氣流量和涵道比，可以使發動機在各種工作狀態下都具有良好的性能。爬升、加速和超聲速飛行時減小涵道比，接近渦噴發動機的性能，增大推力，在起飛和亞聲速飛行時，加大涵道比，以渦扇發動機狀態工作降低耗油率和噪聲。

    二、軍用航空發動機市場寡頭壟斷，美俄占比超八成

    軍用航空發動機：美俄英占九成

    當今世界能夠獨立研制航空發動機并形成產業規模的也僅僅有中美俄英法等國家，軍用航空發動機被美俄英主導。我國由于航空發動機研制起步較晚，目前軍用航空發動機進展較民用航空發動機更快，但仍落后于美英法等國家，而俄羅斯航空工業發展長期以軍用為主，民用航空發展失衡，故在民用航空發動機方面也相對落后。

全球主要航空發動機制造商及其代表型號

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    對全球裝備數量前十的戰斗機、運輸機和直升機進行統計：①按產地分，美、俄、英三國分別占比為55%、27%、9%，合計91%；②戰斗機裝備數量前三發動機廠商為GE、ODK、PW、，占比分別為42%、34%、14%；③運輸機裝備數量前三發動機廠商為R&R、PW、ODK，占比分別為39%、37%、21%；④直升機裝備數量前三發動機廠商為GE、阿維科〃萊卡明、ODK，占比分別為50%、17%、11%；⑤三種機型合計，裝備數量前三發動機廠商為GE、ODK、PW，占比分別為35%、27%、16%。

全球主要軍用飛機及其發動機統計

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全球軍用飛機裝備量前十名發動機產地

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戰斗機裝備數量前十名發動機廠商

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運輸機裝備數量前十名發動機廠商

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直升機裝備數量前十名發動機廠商

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戰斗機、運輸機、直升機裝備數量前十名發動機廠商

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軍用航空發動機數量機型占比

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    美國：以引進起家，通過”調控”式競爭推動發展

    美國是公認的當今航空發動機技術最為先進的國家，但美國的航空發動機也是以引進英國發動機技術起家的。美國通過政府主導的”調控”式競爭推動航空技術進步，從1984年到1989年，美國空軍每年都要將F-16發動機的訂單在普惠和通用之間進行分配，每年的份額都有所不同，這導致兩家公司每年的激烈競爭。但如果把6年間的總份額累計來看，兩家公司基本上是平分秋色。作為競爭的統籌規劃者，美國軍方在研發和采購過程中并未由于競爭的存在而節約多少資金，但通過對競爭的有效統籌，美國空軍從更優秀的廠商那里獲得了性能更優、更為可靠且維護性更好的噴氣發動機。從上世紀八十年代至今，美國憑借其在發動機遙遙領先的技術和地位，成為全球航空大國和軍事大國。

美國軍用航空發動機發展歷程

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    俄羅斯：整合重組發動機企業形成競爭力

    俄羅斯前蘇聯航空發動機產業也以仿制起步，二戰后與歐美強國處于同一水平。前蘇聯鼎盛時期建立了強大的航空工業體系，形成了“設計單位百花齊放，生產單位三強并立”的格局。隨著蘇聯的解體，由于缺乏資金，許多在研和預研項目被取消，一批國有航空發動機設計局和批量廠被民營資本和海外資本收購。這直接導致俄羅斯民用航空發動機產品幾乎完全退出國際市場。為了扭轉這一現狀，一向以鐵腕著稱的普京總統上臺后，對國內的航空發動機產業進行了鐵腕改革。從2007年開始進行了3個階段的航空發動機行業改革與重組：①2007年整合國內航空發動機行業的資源，成立4個控股公司：“禮炮航空發動機聯合體”、“留里卡-土星航空發動機聯合體”、克里莫夫股份公司、薩馬拉航空發動機制造中心；②2008年，把4個控股公司整合成立聯合發動機制造集團控股公司（ODK），ODK整合了俄羅斯發動機行業85%以上的資產，已經成為俄羅斯航空發動機的領軍企業；③2013年，將ODK旗下多家企業進行專業化整合，根據不同的產品線，成立了4個發動機部，分別是軍機發動機部、民用飛機發動機部、直升機發動機部和燃氣輪機部。值得一提的是，在對發動機產業整合過程中，俄羅斯開始吸納社會資本參與航空發動機產業的發展。

俄羅斯軍用航空發動機發展歷程

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    三、國產軍用航空發動機的自主之路

    國產軍用航空發動機發展歷程

    我國航空發動機的研制是在新中國成立后一片空白的基礎上發展起來的，從最初的修理、仿制、改進改型到今天可以獨立設計制造高性能航空發動機，走過了一條十分艱辛的發展道路。

中、美、俄戰斗機發動機發展對比

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    （1）仿制和改進

    上世紀50年代，中國航空發動機工業從零起步，走過了一條充滿荊棘的道路。1956年，中國第一臺渦噴-5發動機根據蘇聯BK-1φ發動機的技術資料在沈陽仿制成功，此后很長一段時間，中國航空發動機都以仿制和改進為主，例如渦噴-6、渦噴7和渦噴8。

    （2）部分自主設計

    進入上世紀70年代，我國開始對航空發動機進行了部分的自主設計，如基于渦噴-7研制的渦噴-13系列發動機和基于英國斯貝MK202的渦扇-9系列發動機。其中，渦噴-13于1985年開始裝機試飛，滿足了殲-8Ⅱ飛機研制進度的要求。

    （3）擁有自主知識產權

    直至2002年，國產渦噴-14”昆侖”發動機定型，中國才首次走完了自行研制的全過程，也一躍成為繼美、俄、英、法之后的第五個航空發動機生產國。2005年12月，渦扇-10也就是俗稱的”太行”發動機研發成功，成為我國首個具有自主知識產權的高性能大推力渦扇發動機。

中國軍用航空發動機發展歷程

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中國軍用航空發動機發展歷程

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中國軍用發動機參數及裝備軍機一覽

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    經過60多年的發展，我國已建立了相對完整的發動機研制生產體系，具備了渦槳、渦噴、渦扇、渦軸等類發動機的系列研制生產能力。國產發動機主要裝配在殲擊機、強擊機、轟炸機、殲擊轟炸機等主戰飛機上，只有少量三代戰機裝的是進口發動機。運輸機方面，運-7、運-8等運輸機使用的渦槳發動機全部國產化。直升機方面，隨著直-9、直-8、直-10等整體技術的成熟，在引進的基礎上實現渦軸-8、渦軸-6、渦軸-16發動機的系列化發展，為我國快速擴大的國產直升機群提供了可靠的動力來源。

我國軍機發動機發展情況

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    四、軍用航空發動機產業鏈

    航空發動機產業鏈包括研發設計、原材料制備、零部件制造、分系統制造、整機裝配、整機試驗和維修保障等環節；我國目前已基本建立了完整的航空發動機研制和生產體系。

軍用航空發動機產業鏈

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軍用航空發動機全產業鏈供應商

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    五、軍用航空發動機市場空間測算

    全球軍用航空發動機市場

    全球軍用航空發動機市場年復合增長率為4.96%，將從2017年的97億美元增加到2027年的141億美元，加上維修經費后，全球軍用航空發動機市場從2017年的145.5億美元增加到241.5億美元。

2017-2027軍用航空發動機市場預測

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    中國軍用航空發動機市場

    軍用航空發動機的發展和軍機發展相輔相成，而軍機發展依賴于航空兵部隊（包括空軍航空兵、陸軍航空兵、海軍航空兵等，空軍為主力）建設。

    （1）戰略空軍轉型，軍機換裝列裝提速

    我國空軍起步晚、底子薄，老舊機型比例高，代際差距嚴重，運輸機、轟炸機、直升機等短板明顯。2015年首次將空軍定位為戰略軍種，空軍建設由“國土防御”向“空天一體、攻防兼備”的戰略轉變，成為了新裝備加速發展和列裝的主要驅動力。在新時期戰略空軍建設目標下，由“防”轉“攻”，將信息化作為發展方向和戰略重點，大力發展先進戰斗機、戰略運輸機/轟炸機，提高縱深攻擊能力、遠程投送/打擊能力和立體攻防能力，彌補代際差，盡快實現代際換裝，提高信息化、自動化程度。

我國軍機現狀與看點

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    我國各類型軍機數量均低于美國，各機型數量比例不合理。美國軍機數量為13772架，我國數量僅為2955架。和美國相比，我國直升機、運輸機、轟炸機比例明顯偏低，中美空軍數量和作戰能力相差巨大，難以達到覆蓋我國領土巡航的要求，距離戰略空軍目標尚遠。

世界主要國家軍用飛機數量及占比

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中美軍機數量及比例

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    戰斗機：代際差距嚴重，換裝列裝需求急切。四代機列裝戰斗機作為空軍最主要的作戰平臺，是空軍戰斗力強弱的主要標志，對于制空權的奪取有著舉足輕重的意義，我國與美國相比代際差距嚴重，老舊機型較多，整體水平顯著落后。我國二代機占比依然高達55.5%，而四代機不足1%，相比美國，美國二代機僅占14.8%，四代機占比已達10%。我們認為，我國戰斗機處于快速換裝和列裝期，三代機將保持開足馬力生產狀態，四代機將在固化狀態后迅速大批量部署。

    轟炸機：遠程轟炸機力量薄弱，短板短期較難補齊。我國空軍當前的主力轟炸機型是批量列裝的轟-6，存在機體設計落后、航速/航程低、載彈量不足等諸多缺陷，從其本身來看只是一款中型轟炸機，并不是合格的戰略轟炸機。而且考慮到我國的戰略環境，僅擁有中遠程轟炸機遠遠不夠，不能從根本上彌補我國空軍的戰略打擊和戰略威懾短板。我國缺少遠程戰略轟炸機，需要一款突防能力的洲際戰略轟炸機。

    運輸機：運-20列裝，戰略運輸機取得長足進步。大型運輸機、加油機、預警機和戰略轟炸機等大飛機是戰略空軍的基石，相比美俄等軍事強國，我國大型運輸機/加油機/預警機列裝極為有限，遠程隱形轟炸機更是空白，打造戰略空軍任重而道遠。運-20是中國自主研發的新一代重型軍用運輸機，已列裝部隊，將成為我軍重要的一款運輸機型，我們預計，運-20將迎來快速列裝部署，基于運-20平臺的預警機、加油機項目也將不斷推進。

    直升機：陸軍轉型“立體防攻”戰略提升軍用直升機需求量，在研10噸級通用直升機為未來主要看點。未來空中打擊力量將是陸軍主要配臵的主要戰斗力，陸航部隊是我軍建設“立體防攻”的重要力量。此輪軍改之前我軍共有7個陸航旅和5個陸航團，到2017年5月已擴編為11個陸航旅和1個陸航團。由于陸航兵在現代作戰中的特殊性，預計我軍將進一步擴建陸航部隊。

    （2）我國軍機發動機市場，未來十年年均467億

    我們按照存量和增量兩部分，對未來十年我國軍用航空發動機市場進行測算，為了簡化計算，我們將存量飛機分為換發1次和2次兩部分，增量飛機分為不換發和換發1次兩部分，發動機單價取可參考型號價格。經測算，未來十年，我國軍用發動機購置經費共3114億，維修經費1557億，合計4671億；平均每年購置經費311億，維修費156億，合計467億。按各部分拆分費用，平均每年葉片179億、零部件202億、動力控制系統55億。

中國軍用航空發動機未來十年市場測算

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未來十年我國軍用航空發動機各部分市場測算

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