2020“两机”叶片行业市场前景分析，行业具有高技术壁垒政策加码释放国产需

时间：2020-03-03  阅读：

两机即指航空发动机和燃气轮机，被誉为现代工业“皇冠上的明珠”和“工业之花”。两机需要在高温、高压、高转速和高负载的特殊环境中长期反复工作，其对设计、加工及制造能力都有极高要求，因此具有研制周期长，技术难度大，耗费资金多等特点。目前虽然许多国家都可以自主研制生产飞机，但具备独立研制航空发动机能力并形成产业规模的国家却只有美、俄、英、法、中等少数几个。

叶片是航空发动机的关键零部件，制造量占航发整机1/3左右，全寿命周期维度算，叶片价值量预计占到40%~50%。在航空发动机全寿命周期的角度（包括新机和更换），在三代战斗机发动机F110全寿命周期部件维护费用中，包括涡轮工作叶片、涡轮导向叶片和核心机在内的热端部件占航空发动机整机维护费用的41%，因此粗略估计叶片价值量占发动机整机比例为40%~50%。

1.“两机”叶片行业：2023年市场规模达483亿

“两机”指航空发动机和燃气轮机，广泛应用于军民用航空、舰船、坦克、油气、电力等领域。根据国际航空发动机巨头罗罗公司的测算，2014-2033年全球航空发动机和燃气轮机市场总规模2.68万亿美元。其中发动机及燃气轮机需求1.54万亿美元，配套的服务需求约1.14万亿美元，且配套服务需求净利润是制造业务的数倍。

航空发动机和工业燃气轮机涡轮叶片、航空发动机的整体机匣等热端部件主要依赖熔模铸造成型，高温合金零部件是航空发动机、燃气轮机的重要组成部分，在航空发动机中重量占比40%-60%。从20世纪40年代，熔模铸件在美国被成功用于制造航空发动机涡轮叶片以来，始终伴随着航空工业技术的进步，成为航空制造领域的关键技术之一。除了“两机”以外，熔模铸件也应用于医疗、汽车、农业机械、工程机械、液压设备等其他领域。

根据罗兰贝格的数据，2018年全球熔模铸造市场规模达142亿美元，其中航空领域占比最大为39%，约为55亿美元，相当于390-400亿人民币，到2023年该市场规模将达483亿人民币。

2、热端部件价值量高技术难度大是性能提升的关键

航空发动机是飞机的心脏，被誉为现代工业“皇冠上的明珠”和“工业之花”，具有高技术壁垒。航空发动机产业链长、覆盖面广，对国民经济和科技发展有着很大带动作用，是一个国家工业基础、科技水平和综合国力的集中体现，也是国家安全和大国地位的重要战略保障。作为一种典型技术密集型产品，航空发动机需要在高温、高压、高转速和高负载的特殊环境中长期反复工作，其对设计、加工及制造能力都有极高要求，因此具有研制周期长，技术难度大，耗费资金多等特点。目前虽然许多国家都可以自主研制生产飞机，但具备独立研制航空发动机能力并形成产业规模的国家只有美、俄、英、法、中等少数几个。

航空发动机中的高温合金主要用于燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘四大热端部件，此外也用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。导向器也可称为涡轮导向叶片，用来调整燃烧室出来的燃气流向，是涡轮发动机上承受温度最高、热冲击最大的零部件，材料工作温度最高可达1,100℃以上，但涡轮导向叶片承受的应力比较低，一般低于70MPa。涡轮叶片是涡轮发动机中工作条件最恶劣也是最关键的部件，由于其处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为第一关键件。涡轮叶片又称工作叶片，涡轮叶片在承受高温的同时要承受很大的离心应力、振动应力、热应力等。其所承受温度低于相应导向叶片50-100℃，但在高速转动时，由于受到气动力和离心力的作用，叶身部分所受应力高达140MPa，叶根部分达280-560MPa。涡轮叶片其结构与材料的不断改进已成为航空发动机性能提升的关键因素之一。

图表：航空发动机三维示意图

图表：燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘为航空发动机四大热端部件

涡扇发动机广泛应用于战斗机、运输机、客机、无人机，占比在95%以上，是目前最为核心的航空发动机。航空发动机一般分为涡扇发动机、涡喷发动机、涡轴发动机和涡桨发动机。目前世界各国仍在发展的航空发动机主要包括涡扇、涡轴发动机，传统的活塞和涡喷发动机已经退出主流研发市场，涡桨发动机除了一些运输机和教练机继续使用以外基本没有其他用途。

涡扇发动机的叶片约占航空发动机成本的30%，叶片包含风扇叶片、压气机叶片、涡轮叶片。其中，涡轮叶片为热端部件，采用精铸工艺，占叶片总价值超过60%。风扇、压气机叶片属于冷端部件，采用精锻工艺，占叶片总价值为30%-40%。

涡轮技术研发周期慢、技术更新速度慢。涡轮是航空发动机的重要部件，涡轮进口温度每提高100℃，航空发动机的推重比能够提高10%左右。涡轮叶片材料历经了锻造合金、等轴合金、定向合金、一代单晶合金、二代单晶合金、三代单晶合金，使用温度从600℃上升至1800℃，单晶合金技术从20世纪70年代延续至今，技术进度速度较慢。航空发动机的研制周期很长，通常新一代发动机的预研工作往往在型号研制之前大约10-15年已经开始。已经拥有技术优势的厂商难被超越，能够形成较高的技术壁垒。

图表：各代涡轮叶片研发周期长、更新迭代较慢

资料来源：公开资料整理

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