航空發動機行業深度研究：國之重器，萬里鵬程核心要點：壁壘高+市場大+格局清晰，關注坡長雪厚的航發賽道壁壘高：

1)高投入、高回報：航空發動機研制正朝著更高的綜合性能方向發展，其研制難度逐漸增大，所需的研制費用必然大大提高，而與研制過程中的高投入相對應的是高附加值。2)研制周期長：根據《基于“結構—材料—工藝”一體化大工程觀理念的課程建設研究》（牛序銘，【工業和信息化教育】，2021年6月），全新研制一型跨代航空發動機比全新研制同一代飛機時間長一倍。同時為確保研制的發動機能可靠工作，需對發動機進行大量的主要零部件試驗和整機試驗，以考核設計、制造與選材等方面是否滿足要求。3)單型號的長服役周期&單臺發動機的短壽命期：航空發動機高技術、寡頭壟斷下的衍生化發展模式，使得一旦一款成熟的系列產品進入市場，接下來就有望享受30-50年的持續穩定盈利。同時航空發動機工作壽命普遍小于飛機服役期限，以美國五代戰斗機F-22為例，在預計服役期限內，至少需要更換4臺F119發動機。市場大：

1)軍用市場：根據前瞻產業研究院、《WorldAirforces2021》等相關數據，我們預計2021-2030年我國軍用航發市場總規模為11914.64億元，年均達1191.46億元，對應2022-2030年復合增速約為25.28%。2)民用市場：根據中國商飛公司市場預測年報（2020-2039），2020-2039年中國將累計交付8725架新機，我國國產民用機型市場總規?？蛇_到13323億美元。結合民航飛機成本構成中發動機占比22%，按美元匯率為1：6.5計算，我們預估未來20年民航發動機市場總規模為19052.21億元，年均近千億。格局清晰：

下游主機廠方面，隨著我國航空發動機產業的“飛發分離”體系正式確立，航空發動機將作為獨立軍工產品進行研發和生產，從此不再受制于飛機，不會出現飛機下馬發動機也下馬的情況；中游鑄鍛件方面，受益于“小核心、大協作”格局下航發體系內的需求外溢，集團內部保留核心能力，將重要能力及一般能力充分放開至體系外，民企有望實現從零部件配套向分系統、部裝研制生產的價值延伸；上游新材料方面，一代發動機一代新材料，上游材料企業需在新型號發動機預研階段積極跟研，市場格局較為穩定。四個維度看航空發動機賽道的持續性：

1)短期：“十四五”軍機列裝帶動批產型號（WS-10）放量，航發動力大額預收款鎖定中短期訂單；

2)中期：我國四代發動機關鍵技術能力大幅提升，五代機預研技術持續突破瓶頸，在研型號正加速轉入批生產階段；

3)長期：航空發動機先軍后民，CJ-1000、CJ-2000商用發動機加速研制推出，驅動遠期行業持續高景氣度；

4)后市場：廣闊后市場鑄造航空發動機坡長雪厚賽道。按發動機生命周期費用拆分：研發、整機制造、運營維修分別占10%、40%和50%。我國航發保有量達到高位后，訓練量加大帶來替換、維修需求提升。航發板塊復盤：結構性β行情，市場表現異軍突起我們以航空發動機板塊16支核心標的為樣本繪制航發板塊指數，以每日各標的漲跌幅平均值作為指數漲跌幅，2021.1.4-2022.9.9，航發板塊漲幅達9.13%，跑贏中證國防指數22.47pcts。即使在2022年1-4月軍工板塊受市場風險偏好調整等原因出現大幅下滑，同時航空發動機板塊受鎳價上漲導致全產業鏈面臨一定成本壓力的局面下，航發板塊依然跑贏行業，2022.1.4-2022.4.29航發板塊下跌33.30%，跑贏中證國防指數1.29pcts。原材料價格回落，航發產業鏈成本壓力邊際改善。受鎳漲價影響，年初至今鎳——高溫合金——航發鑄鍛件——航發主機廠產業鏈盈利能力顯著承壓。在印尼鎳新增項目產量逐步釋放的背景下，鎳價持續下跌，滬鎳價格從3月9日高點下跌46.98%至9月1日的16.78萬/噸，9月初至今鎳價短期持續上漲，主要系歐央行9月議息會議宣布加息75基點，歐元出現了較大幅度的走強，而美元指數則順勢回落，以美元定價的國際大宗商品迎來了普漲，我們認為屬于短期影響；2021年起海綿鈦持續漲價，而鈦合金為航空發動機冷端部件的核心材料，產業鏈成本持續上行。目前上游全流程海綿鈦企業擴產順利，同時鎂價降幅較大，利好半流程海綿鈦企業生產經營。我們認為隨著鎳、海綿鈦價格逐步下跌，航空發動機產業鏈各環節對應企業或將在22H2成本壓力下行階段業績加速釋放。具體看鎳價對航發產業鏈的影響，由于最下游的航發主機廠議價能力強，中游的航發環鍛件企業較難將成本壓力向下游傳導，因此本次鎳價上漲主要對產業鏈中上游產生影響。對于中航重機、派克新材、航宇科技等從事航空發動機環鍛件的企業，原材料是公司營業成本的主要組成部分，而原材料中的高溫合金是以鎳為原料的高端合金，鎳價上漲將對產業鏈造成一定影響。如2019年派克新材航空鍛件業務直接材料成本占比為74.28%，其中高溫合金占直接材料成本的38.16%；2020年航宇科技航空鍛件業務原材料成本占比為83.28%，其中高溫合金占原材料成本的66.59%；2021年中航重機航空鍛件原材料成本占比為72.26%。根據華泰軍工第十周周報《“妖鎳”激化板塊行情震蕩，關注高溫合金產業鏈投資機會》（2022年3月13日發布），我們測算了鎳價上漲對產業鏈的影響：若上游企業將電解鎳價格通過產品漲價等方式向中游傳遞，而中游企業的銷售價格保持不變，假設上游冶煉企業高溫合金產品毛利率為40%（撫順特鋼

2021年高溫合金業務毛利率為42.65%），假設中游鍛造企業毛利率為30%（中航重機、派克新材、航宇科技

2021年鍛造業務毛利率分別為28.92%、30.71%、32.60%），則鎳價漲幅為10%至100%時，對上游高溫合金冶煉的毛利率影響為0.00pcts至-17.28pcts，對中游毛坯件鍛造的毛利率影響為-0.10pcts至-10.50pcts。航發產業鏈中報回顧：增速領跑整體行業，板塊性行情延續航發產業鏈業績增速顯著高于行業平均水平。我們以前述16家航發產業鏈企業作為成分股，整體分析產業鏈的業績情況。2022H1航空發動機板塊實現營收384.22億元，同比增長29.86%；2022H1板塊實現歸母凈利潤34.95億元，同比增長33.14%。單季度看，航發板塊22Q1-22Q2營收增速分別為30.01%、29.75%（中信軍工板塊為10.18%、11.08%），22Q1-22Q2歸母凈利潤增速分別為46.11%、26.34%（中信軍工板塊為17.18%、4.77%），航發板塊業績增速持續領跑軍工行業。在華泰軍工團隊2022.9.5發布的《2022中報綜述，逆流而上，向陽而生》報告中，我們將軍工板塊分為主機廠、信息化、新材料、配套廠、制造加工五個子板塊進行了中報業績分析。在此我們單獨將航空發動機板塊進行分析，并類似地將航發動力歸類為主機廠，中游結構加工環節對標制造加工+系統配套板塊，同時航發新材料可直接類比新材料板塊。航空發動機主機端營收顯著提速，有望前瞻性牽引產業鏈景氣度。自2021Q3開始航發整機端（航發動力）的營收增速開始快于整體主機廠，且近兩個季度增速差逐步擴大，主機廠為最接近軍方的終端需求，航發動力的體量擴張有望同步牽引上游原材料和結構件等關鍵環節的增長。同時2021Q2航發動力248.23億元大額合同負債落地，鎖定了行業中短期訂單，為產業鏈整體業績釋放保駕護航。航發中游環節業績增速自2021Q2起持續高于軍工整體板塊中游環節增速。中游板塊規模效應顯著，21Q1-22Q2板塊凈利潤增速持續高于營收增速，得益于以中航重機為代表的中游龍頭持續提質增效，同時各家鑄鍛造企業深度綁定的航發型號先后進入批量生產期。同時9月13日派克新材發布三季度預告，2022Q1-Q3公司預計實現歸母凈利潤3.51億元左右，同比增長65%左右；預計實現歸母扣非凈利潤3.38億元左右，同比增加70%左右，業績高增得益于航空、航天行業景氣度向好，市場訂單量充足。短期波動不改長期成長邏輯，上游環節或迎來反轉。受鎳價、電費等漲價影響，航發上游高溫合金企業自21Q4起連續3個季度業績增速位于低位。我們認為備庫需求使得產業鏈上游業績彈性高于中下游，中長期看，我們預計鎳、鈷、鉬等合金原材料價格終會回落，短期鎳價上漲不影響長期基本面，且隨著2022Q3行業新增產能逐步釋放，22Q3起上游板塊業績有望持續環比向上。壁壘篇：飛機的“心臟”，新材料、新技術協同發展航空發動機是技術先進國家基礎性戰略產業。航空發動機是高溫、高壓、高轉速而又要求重量輕、可靠性高、壽命長、可重復使用、經濟性好的高科技產品，研制難度很大。航空發動機是以材料和機械制造等為基礎的多學科交叉融合的結晶，它以先進性和復雜性成為一個國家科技水平、軍事實力和綜合國力的重要標志之一，被譽為“現代工業皇冠上的明珠”。航空發動機簡單可以分為兩大類，活塞式發動機和空氣噴氣式發動機。航空活塞式發動機是依靠活塞在氣缸中的往復運動使氣體工質完成熱力循環，將燃料的化學能轉化為機械能的熱力機械，它與一般汽車用的活塞式發動機在結構和原理上基本相同，都是由曲軸、兩岸、活塞、氣缸、進氣閥、排氣閥等組成。航空空氣噴氣式發動機中，經過壓縮的空氣與燃料（通常為航空煤油）的混合物燃燒后產生高溫、高壓燃氣，在發動機的尾噴管中膨脹，以高速噴出，從而產生反作用推力。流進發動機的空氣可以是由專門的壓氣機進行壓縮，也可以利用高速流進發動機的空氣制止而產生高壓來達到，因此空氣噴氣式發動機可以分為無壓氣機和有壓氣機兩類。第一代渦扇發動機出現在20世紀40-50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，根據《航空渦輪發動機現狀及未來發展綜述》（焦華賓等，2015年12月，航空制造技術），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。部件拆分：新材料、新技術協同發動機改型航空渦輪發動機主要由風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。從進氣裝置進入的空氣在壓氣機中被壓縮后，進入燃燒室并與噴入的燃油混合燃燒，生成高溫高壓燃氣。燃氣在膨脹過程中驅動渦輪作高速旋轉，將部分能量轉變為渦輪功。渦輪帶動壓氣機旋轉不斷吸進空氣并進行壓縮，使發動機能連續工作。壓氣機、燃燒室和渦輪被稱為核心機，在運行過程中，該部分將受到溫度、壓力和轉速方面最苛刻條件的影響。因此，核心機將以更快的速度劣化，可能在每次大修時進行維修、更換，以恢復失去的性能。對于戰斗機發動機，其外涵道很小，有加力燃燒室，因此，風扇、外機匣的價值占比較低，但加力燃燒室、控制系統占比高；對于運輸機發動機（客運、貨運、軍用），外涵道大，無加力燃燒室，因此，風扇、外機匣的價值占比高，控制系統占比較低；直升機發動機中，控制系統、減速機構的占比較高。風扇：整體葉盤結構及復合材料技術或為發展趨勢目前，小涵道比發動機大多基于20世紀60~80年代的產品系列發展衍生而來，發動機的涵道比整體呈降低趨勢，壓縮系統的總壓比提高趨勢較為緩慢，高壓壓氣機的壓比基本保持在5~7:1，因此需要通過提高風扇壓比來增加壓縮部件的總壓比。目前，以F119為代表的小涵道比渦扇發動機基本都采用3級風扇，壓比在5:1左右。小涵道比渦扇發動機的風扇除了采用寬弦空心葉片和復合材料技術，通常還采用整體葉盤結構。整體葉盤不僅減輕質量效果顯著，同時對性能和結構可靠性也有所提升，美國F119、F135和EJ200發動機風扇和壓氣機轉子都采用了整體葉盤結構。樹脂基復合材料風扇葉片是實現高性能寬弦風扇葉片推廣應用的途徑之一。根據《航空發動機風扇/壓氣機技術發展趨勢》（溫泉等，【航空動力】，2020年第2期），20世紀90年代，GE公司吸取GE36UDF發動機的研制經驗，成功地開發了GE90發動機樹脂基復合材料風扇轉子葉片。該葉片的葉身和葉根由IM7中長碳纖維與增強的8551-7環氧樹脂組成的稱為“大力神”的8551-7/IM7復合材料制成一體。葉片的壓力面涂覆聚氨酯防腐層，葉身的吸力面涂覆一般的聚氨酯涂層。為了提高葉片的抗大鳥撞擊能力，在葉片前緣膠粘鈦合金薄片;為了避免工作中復合材料葉片脫層，在葉尖與后緣處采用Kevlar細線縫合。采用該材料和工藝，不但明顯減輕了風扇葉片本身的質量，還減輕了其包容系統、盤以及整個轉子系統的質量，具備成本低、抗振、抗顫振性能好、抗損傷能力強等效果。壓氣機：多級軸流壓氣機將向更高壓比的方向發展隨著發動機更高推重比的發展需求，多級軸流壓氣機將向更高壓比的方向發展。目前，大涵道比渦扇發動機的壓縮部件總壓比從25~30:1提升到了50:1，由于其風扇部件的壓比略有降低趨勢，因此其增壓級/中壓壓氣機和高壓壓氣機需要提高壓比來滿足高總壓比的要求，目前GE9X發動機的11級高壓壓氣機壓比達到了27:1。對于多級軸流壓氣機，級間匹配問題增加了流動復雜性，提高了壓氣機設計難度，往往需要經過多輪迭代才能滿足設計要求。美國GE公司和普惠公司同時進行了E3發動機研制，最終GE公司用3年時間經過多輪迭代設計與大量試驗驗證才滿足設計需求。GE公司形成的E3發動機高壓壓氣機技術，為后續GE公司高壓壓氣機設計提供了技術支撐。GE90發動機的高壓壓氣機就是將E3的高壓壓氣機按流量放大，實現了10級壓比23:1，平均級壓比達到1.368:1，是當時平均級壓比最高的民用發動機高壓壓氣機。目前普遍作為壓氣機盤和葉片材料的鈦合金耐高溫能力最高是600℃。隨著壓氣機壓比及出口溫度的增加，在壓氣機的后幾級也逐步采用了耐熱鋼和鎳基高溫合金。今后，隨著壓氣機總壓比的進一步提高，壓氣機的出口溫度將繼續提高，預計推重比15～20的發動機壓氣機出口溫度可達760℃，而目前的鈦合金和鎳合金已經難以滿足這一溫度要求。最近，國外粉末冶金鎳合金全盤工藝取得了一定進展，通過增加難溶金屬和更好地控制晶粒尺寸，已經發展了一種可使壓氣機排氣溫度升高40～70℃的新型盤合金。國外正在發展用于壓氣機葉片的聚合物復合材料，這種材料可使壓氣機葉片比鈦合金輕30%～50%。并且還研制一種阻燃鈦合金，它將使壓氣機后面級的鈦葉片取代銅葉片或鎳葉片，可進一步減輕壓氣機的重量。燃燒室：陶瓷基復合材料為關鍵候選材料航空發動機的燃燒室位于壓氣機和渦輪之間，發動機工作時，在燃燒室供入燃料，與高壓空氣混合，形成可燃混合氣，進行充分的燃燒，以提高氣流溫度，并在渦輪和噴管中膨脹做功。隨著發動機的改進改型和新研，美國空軍研究實驗室和GE公司發展研究了駐渦燃燒組織技術，駐渦燃燒室是一種利用燃燒室內駐渦腔實現火焰穩定的創新型燃燒組織方案，具有在寬廣的工作范圍內性能穩定、地面/空中點火能量強、燃燒效率高、長度短、結構簡單等特點。此項技術對燃燒室溫升的提高、穩定工作范圍的擴展、燃燒室耐久性的提高和排放的降低等方面產生較大推動，可以滿足未來軍用小涵道比發動機更高推重比、更低耗油率、更高機動性等要求。為了使燃燒室在高溫升、高熱容條件下同時具有較高可靠性、耐久性和較低壽命期成本，一方面可以采用先進的火焰筒復合冷卻和結構設計技術，另一方面可以開發耐溫更高的材料。近年來各航空發動機公司主要通過第一種途徑來提高火焰筒的耐溫能力，比較先進的有多斜孔氣膜冷卻火焰筒、多孔層板火焰筒等。材料方面，由于陶瓷基復合材料、碳-碳復合材料的耐高溫能力，它們仍然被視為未來發動機燃燒室最具潛力的關鍵候選技術。多斜孔氣膜冷卻的原理是模仿發汗冷卻的方法在火焰筒壁面上打出大量的發散小孔，隔離高溫燃氣與火焰筒壁面。與常規縫槽氣膜冷卻形式相比，多斜孔氣膜冷卻可節約40%的冷卻氣量，綜合冷卻效率可達0.9。層板冷卻結構的火焰筒壁溫比較均勻，溫度應力較小?？梢杂行岣呷紵一鹧嫱驳慕Y構強度和壽命；層板冷卻需要的冷卻空氣量少，能夠有效緩解高溫升燃燒室冷卻空氣量少的矛盾，大幅提高渦輪前溫度和改善出口溫度分布，從而提高航空發動機的推重比。渦輪：單晶葉片與冷卻技術為主要發展方向航空發動機推力的提高很大程度上依賴于渦輪前總溫T3*的提高。根據《航空發動機渦輪葉片冷卻技術綜述》（賴建和，【新型工業化】，2021年11月），T3*每提高55°C，在發動機尺寸不變的條件下，發動機推力約可提高10%。當代使用的航空發動機渦輪前溫度已超過2000K，應對高溫所帶來的問題主要有兩個解決方法：（1）提高材料的耐熱性，發展高性能耐熱合金，制造單晶葉片；（2）采用先進的冷卻技術，以少量的冷卻空氣獲得更高的降溫效果。其中材料的改善占40%，冷卻技術占60%。渦輪材料現已采用定向共晶合金、超單晶合金、機械合金化高溫合金，近期發展方向是人工纖維增強高溫合金、定向再結晶氧化物彌散強化合金以及新的能承受高溫的材料，如金屬間化合物及復合材料，碳-碳復合材料，陶瓷和陶瓷基復合材料。先進的冷卻技術可使高溫部件承受更高的工作溫度，使發動機壽命更長、可靠性更高?，F階段，航空發動機研究領域在渦輪葉片冷卻方式的研究上已經做了不同程度的試驗，并將渦輪葉片冷卻方式主要劃分為以下幾種，分別為：沖擊冷卻、擾流柱冷卻、帶肋冷卻、氣膜冷卻、雙層壁冷卻等，并且采用復合冷卻的方式。航發技術革新的本質：從“推重比”牽引到“系統綜合效益”牽引推重比是衡量戰斗機發動機性能水平和工作能力的一個綜合指標。提高推重比的主要實現路徑為：1）提高發動機推力（提高分子）；2）降低發動機自重（降低分母）。IHPTET計劃的后繼計劃——多用途、經濟可承受的先進渦輪發動機(VAATE)計劃，集中關注多用途核心機、智能發動機與耐久性三大領域。其旨在通過開發多用途發動機技術，驗證其經濟性，并將先進的渦輪發動機技術轉化應用在型號產品上，以獲得革新的性能改進。VAATE計劃中提出了技術能力經濟性指標，該指標不僅關注發動機的推重比與油耗，同時還強調研制、生產和維護成本。這反映美國在推進系統技術指導思路上發生了重要變化：

改變了IHPTET計劃中主要以推重比和耗油率為主的評價體系，采用經濟可承受性作為評價標準，強調向系統綜合要效益。推重比的提升與發動機熱端材料性能密不可分。現代渦輪噴氣發動機的結構由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成，戰斗機的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。渦輪噴氣發動機仍屬于熱機的一種，就必須遵循熱機的做功原則：在高壓下輸入能量，低壓下釋放能量。因此，從產生輸出能量的原理上講，噴氣式發動機和活塞式發動機是相同的，都需要有進氣、加壓、燃燒和排氣這四個階段，不同的是，在活塞式發動機中這4個階段是分時依次進行的，但在噴氣發動機中則是連續進行的。航空發動機工作過程中的熱力學循環為布雷頓循環。就噴氣式發動機而言，初始狀態1表示大氣氣體狀態，氣體經由進氣道被吸入壓氣機壓縮的過程是1-2的等熵壓縮過程，理想情況下在這個階段，空氣的總熵不變，氣體受壓縮作用使得溫度上升。氣體從點2到點3是在燃燒室中進行等壓加熱。經過燃燒室加熱后高溫氣體經過渦輪等熵膨脹（對應3-4的循環階段），在這個過程中推動渦輪做功，自身內能下降溫度降低。分析布雷頓熱力學循環可以看出，3點的溫度越高，氣體在渦輪前內能越高，在經過渦輪時膨脹做功也越多，進而推動發動機產生更大的推力。這一點的溫度也叫渦輪前溫度，是航空發動機的重要設計參數，目前噴氣發動機普遍能到1400K以上，一些戰斗機搭載的發動機渦輪前溫度能到2000K左右，對發動機熱端材料及冷卻系統設計提出了挑戰。因此，動力領域對工作溫度要求的提升將帶動相關材料的升級換代。高技術壁壘鑄造行業黃金發展期高投入、高回報航空發動機研制正朝著不斷追求更高的綜合性能的方向發展，其研制難度逐漸增大，所需的研制費用必然大大提高。根據《航空發動機研制降低費用、縮短周期技術綜述》（李華文等，【航空發動機】，2006年4月），國外80年代水平的各類航空發動機的研制經費一般需5~20億美元。美國在1988~2005年期間實施的IHPTET計劃中共投入50億美元，在后來的VAATE計劃中15年內共投入37億美元。研制周期長全新研制一型跨代航空發動機比全新研制同一代飛機時間長一倍。根據《基于“結構—材料—工藝”一體化大工程觀理念的課程建設研究》（牛序銘，【工業和信息化教育】，2021年6月），飛機研制周期一般為8年左右，而高性能的航空發動機研制周期長達15~20年的時間（其中包括預先研究）。GE公司的經典三代渦扇發動機F110由成熟的F110核心機發展而來，其研制也耗費了6年的時間。我國第一臺自主設計研發的渦噴發動機“昆侖”耗費了整整15年的時間；第三代軍用大推力渦扇發動機“太行”的研制花費了18年之久。航空發動機的試驗驗證十分嚴苛。為確保研制的發動機能可靠工作，需對發動機進行大量的主要零部件試驗和整機試驗，以考核設計、制造與選材等方面是否滿足要求。同時通過試驗，還能暴露出原設計中的不足并予以改進，以不斷提高發動機的性能與可靠性。試驗工作越多、越深入，發動機的可靠性就越有保證。為此，在發展一種發動機時，需進行大量部件與整機試驗，一般須用10~20臺發動機進行大約一萬余小時整機試驗，十萬余小時的部件與附件試驗。普惠公司的PW4000第1種系列發動機（即風扇直徑為94寸的系列發動機）在定型（1986年6月定型）前為取得適航證共進行過75項試驗，其中包括：24項發動機整機試驗、19項試驗器上的主要零件試驗、32項部件試驗，另外還有兩個飛機飛行試驗計劃。地面試車中用了6臺發動機，飛行試驗用了5臺發動機，即為定型用的發動機共11臺，另外還有3臺發動機在定型后繼續進行“定型后加速循環試驗”（PACER）。服役周期長+耗材屬性明顯航空發動機壽命的衡量一般按照小時數或循環數來計算。飛機完成一次從起飛到著陸的過程，被稱為發動機完成一次工作循環。發動機每工作一個循環，就經歷了從啟動到高速運轉再到關閉的過程，這意味著許多部件受力經歷了從零到最大再到零，長此以往，材料就會出現疲勞。航空發動機工作壽命往往由材料的疲勞性決定，疲勞性是指使用中因受各種應力的反復作用而產生疲勞，使制品的物理機械性能逐漸變壞，產生裂口、生熱、剝離、破壞等，以致最后喪失使用價值的性能，因此具有耗材屬性。當前航空發動機工作壽命普遍小于飛機服役期限。根據美國國防部數據，以五代戰斗機F-22為例，其發動機為F119渦輪風扇發動機，發動機總壽命超過10000小時。目前美國空軍的飛行員每人每年的訓練時間為300小時，如果每一架單座戰機都配備2名飛行員，F-22每年在空中的飛行時間是600小時，則每18年需要更換一次發動機。F-22的預期服役時長為至少40年，并且F-22采用雙發動機設計，那么在預計服役期限內，至少需要更換4臺F119發動機。基于高風險的特點，各航空發動機巨頭紛紛傾向于基于自身技術特點走出一條航空發動機產品的系列化、衍生化發展道路。由高壓壓氣機、燃燒室和高壓渦輪組成的發動機核心機，包括了推進系統中溫度最高、壓力最大、轉速最高的組件，其成本和周期在發動機研制中占比重大，是發動機研制主要難點和關鍵技術最集中的部分。發動機研制過程中發生的80%以上的技術問題都與核心機密切相關。核心機衍生發展發動機產品的主要方式有以下幾種：

一是核心機不動，改低壓部件，例如F101發動機與F110-GE-100發動機。F110-GE-100發動機的風扇是F404發動機風扇的比例放大；核心機與F101發動機的基本相同，為了適應直徑減小的風扇流路，少量改動了高壓壓氣機靜子的作動系統、放氣系統、燃油管路和燃燒室機匣的后部構件；低壓渦輪以F101發動機的低壓渦輪為基礎重新設計；加力燃燒室是F101發動機燃燒室的縮小型，噴管基于F101和F404發動機的噴管改型。二是改變流道件或者改變高壓軸轉速，例如F110-GE-100發動機與F110-GE-129發動機。F110-GE-129發動機繼承了F110-GE-100發動機81%的零部件；使用新材料，提高了渦輪進口溫度和轉子速度，增大了渦輪壓力；采用改進性能的全權限數字式電子控制（FADEC）系統，代替了模擬式電子控制器和機械-液壓式控制器。三是核心機加減級。增加級數的如F100-PW-220發動機與F100-PW-229發動機，將9級高壓壓氣機的前4級改成5級，增大了流量。減少級數的如GE90-76B發動機與GE90-90B發動機，GE90-90B發動機按照三維氣動力技術設計高壓壓氣機葉片，并取消了第10級，總級數減少為9級。四是核心機按比例縮放。例如，英國羅羅公司的遄達800發動機與遄達900發動機。遄達900發動機高壓壓氣機是遄達800按90%比例的縮小型；遄達900高壓渦輪幾何尺寸基本與遄達800相同，高壓渦輪的轉速比遄達800高。航空發動機高技術、寡頭壟斷下的衍生化發展模式，確保了一旦以一款成熟的系列產品進入市場，接下來就有望享受30-50年的持續穩定盈利。采用衍生化的發展路線，一是可以繼承原始機型的優點；二是降低新技術臺階的跨度，從而節省經費、縮短周期、降低風險。美國GE基于F101核心機衍生發展出一系列、滿足不同場景使用要求的發動機產品。其中的CFM56更是成為了民用航空發動機界的傳奇，迄今為止持續運營近40年。市場篇：軍民雙驅動，需求前景可觀軍機市場：裝備列裝加速疊加后裝維修需求，年均市場超千億我國軍機在數量上與美國存在較大差距，總量提升需求顯著。軍用飛機是直接參加戰斗、保障戰斗行動和軍事訓練的飛機的總稱，是航空兵的主要技術裝備。據《WorldAirForces2021》統計，美國現役軍機總數為13232架，在全球現役軍機中占比為25%，而我國現役軍機總數為3260架，在全球現役軍機中占比僅為6%。按各個細分機型來看，戰斗機是我國軍機中的主力軍，總數為1571架，但數量不到美國同期的60%，且其他機型的數量都遠落后于美國，我國未來軍機總量提升需求顯著。除軍機數量外，我國軍機在先進性上也與美國有較大差距，預計兩國軍機質和量的差異將驅動軍機規模擴張和產品升級。美國現役殲擊機以三代機和四代機相結合，數量分別為1778架和374架；而我國現役殲擊機依然以二代機和三代機為主，數量分別為561架和620架，四代機則僅有19架在役。我國軍機目前處于更新換代的關鍵時期，預計未來老舊機型將逐漸退役，新型戰機將加速列裝；特種飛機、運輸機等軍機也將有較大幅度的數量增長及更新換代的需要。我國空軍目前正在向戰略空軍轉型，未來10年帶來軍機需求規模約1.95萬億元。當前我國軍用飛機正處于更新換代的關鍵時期，未來10年現有絕大部分老舊機型將退役，殲-10、殲-11、殲-15、殲-16和殲-20等將成為空中裝備主力，新一代先進機型也將有一定規模列裝，運輸機、轟炸機、預警機及無人機等軍機也將有較大幅度的數量增長及更新換代需要。假設2021-2030年二代機全部替換為三代機，且戰斗規模按機種結構達到美國的1/2，我們預計未來十年中國軍機將有1.95萬億元的市場空間。根據《WorldAirForces2021》，2020年我國共有殲-10、殲-11、殲-15、殲-16系列戰機620架，殲-20系列戰機19架，作戰支援飛機115架，大型運輸機264架，武裝直升機405架，通用運輸直升機902架，結合前瞻產業研究院對2021-2030年中國軍機需求規模及市場空間預測情況，2030年市場規模將達到19508億元。按發動機生命周期費用拆分：研發、整機制造、運營維修分別占10%、40%和50%。航空發動機全壽命周期要經歷研發制造、采購、使用維護三個階段。研發階段分為設計、試驗、發動機制造、管理等環節。在全壽命周期中，研發制造、采購、維護的比例分別為10%、40%、50%左右。一臺民用大涵道發動機使用壽命約25年，平均每5年進行一次大修，發動機維修即對發動機部件進行檢測、修理、排故、翻修及改裝等，在全壽命周期中維修費用約占50%，與發動機本身的價值相當?？紤]到“全面聚焦備戰打仗”背景下訓練量所增加，以及軍用航空發動機本身性能要求較高，工作環境較惡劣，因此我們預估軍用航發使用壽命約5年，5年使用壽命內維修2次?？紤]到軍隊的保密措施，我國戰斗機實際數量或略高于《WorldAirforces2021》保有量數據，我們預計到2030年，三代機與四代機的保有量預計在3000架左右，其中單發三代半機約2000架，雙發四代機約1000架。根據中國產業信息網預測，2019年軍用飛機整機采購成本和生命周期內維修成本的比例接近1:1，我們假設：①目前存量飛機截止2030年平均換發2次且每次換發周期中經歷2次維修，共4次大修；②考慮到存量飛機舊機型占比較高，多數戰機服役期滿后直接報廢無須換發維修，我們假設存量飛機僅30%需要大修；

③至2030年增量飛機平均換發0.5次：以5年換發1次計算，2025年及之前列裝的飛機到2030年需換發1次，2025-2030年列裝的飛機到2030年無需換發，假設新增飛機按勻速增加，則平均換發次數為1/2*1+1/2*0=0.5次,每次換發周期中經歷2次維修，平均約1次大修；④各類型飛機單價參考國外同類型單價，發動機占軍用飛機成本的25%；⑤發動機采購費和維護保養費按照1:1預估；⑥考慮換發發動機來自于備發，因此不再單獨考慮備發數。民航市場：C919交付在即，國產商用航發實現從零到一跨越式突破全球客機市場空間廣闊，中國及亞太地區交付預計快速增長。根據中國商飛公司市場預測年報（2020-2039），2019年全球噴氣式機隊共有客機共23856架。從全球歷史交付量而言，以空客為主的歐洲市場和以波音為主的北美市場占總市場的份額較大，分別占比全球總份額的20.27%和27.99%。中國和亞太地區（除中國）分別占比16.62%和16.02%，中國已成為亞太地區接近半數以上的客機交付國家。預計2020-2039年中國及亞太地區將在民航領域快速發展，占據全球約41.6%的客機交付量。未來20年，民用客機全球市場空間將達萬億級別。據中國商飛預測，2020-2039年全球將有40664架新機交付，價值約5.96萬億美元，用于替代和支持機隊的發展。其中，渦扇支線客機交付量為4318架，價值約為0.23萬億美元；單通道噴氣客機交付量為29127架，其占交付總量三分之二以上，價值約為3.44萬億美元；雙通道噴氣客機交付量將達7219架，總價值約為2.30萬億美元。到2039年，預計全球客機機隊規模將達44400架，是現有機隊的1.86倍。面對波音、空客公司高度占據市場的既有格局，受益于本土較大的需求空間，預計未來C919、ARJ21等機型將保持一定的追趕態勢。根據中國商飛公司市場預測年報（2020-2039），預計2020-2039年中國將累計交付8725架新機，其中雙通道客機占21.41%，共計1868架；

單通道客機占比高達68.05%，共計5937架；余下10.54%為920架支線客機。2020-2039年，我國國產民用機型市場總規模可達到13323億美元。結合民航飛機成本構成中發動機占比22%，按美元匯率為1：6.5計算，我們預估未來20年民航發動機市場總規模為19052.21億元，年均接近千億。格局篇：軍民融合+小核心大協作，產業鏈自下而上注入活力中國航空發動機集團成立，“飛發分離”體系正式確立相比各國尤其是美歐飛發分離、橫向競爭的結構，中國航空工業現行體制明顯不同?，F存的中國航空工業體系來自1993年由航空（航天）部轉型的中國航空工業總公司（中航總）。中航總在1999年國內五大軍工行業的拆分競爭中分為中國一航、二航，后于2008年再次合并，改名為中航工業。2016年航發集團成立前，中航工業體系由總部、下屬飛機廠所、發動機廠所、以及各種機載設備廠所構成?？偛繉ζ煜缕髽I發揮領導協調作用，而各下屬企業之間也存在廣泛的上下游聯系。在體系之外，中航工業體系接受政府（國資委、工信部國防科工局）監管，以滿足軍方軍用航空裝備需求為核心基本職能。航發集團下屬四所七廠是我國航發產業主要整機生產力量。我國航空發動機產業絕大部分集中在中國航發集團內。傳統的主機研制生產單位主要包括中國航發旗下的4家研究所

（606所、608所、624所和貴發所）和黎明（410廠）、西航（430廠）、黎陽、南方、成發（420廠）、東安和蘭翔7家生產廠，企業的產品主要包括中、大型渦扇、渦噴發動機，是中國目前以及將來很長時間內主力機以及大型民機依賴的動力?，F代航空發動機產業市場容