（报告出品方/作者：招商证券，王超、岑晓翔、杨雨南）
一、航空发动机产业概况
1、什么是航空发动机
航空发动机，又被称为航空动力装，它为航空器的飞行提供动力，被誉为航空器的“心脏”。航空发动机的研制是航空产业链中的核心环节，在莱特兄弟发明飞机之前，尽管不断有飞机设计方案出现，但都无法实现自由飞行，其中主要原因就是没有适于飞行的动力系统。
回顾航空发展历程，每一个里程碑式的成就，无不与航空发动机的技术进步紧密相关：涡轮喷气式发动机的出现，使人类的航空活动扩大到了平流层；加力燃烧室的采用，使飞机突破声障；Ma3的飞机得益于发动机推重比的提高；旋转喷口发动机使飞机的垂直起降成为可能；高涵道比涡扇发动机的问世使大型远程宽体客机得以成功；推力矢量喷管为飞机提供直接控制力，从而实现超机动飞行；大幅度提高涡轮前温度，则使四代机在不开加力条件下实现超声速持续巡航。因此，航空发动机不仅在狭义上为航空器提供飞行的动力，而且在广义上也是整个航空工业发展的推动力。
燃气涡轮发动机是目前应用最广泛的航空发动机：主要由进气口、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。从进气口进入的空气在压气机中被压缩后，进入燃烧室与喷入的燃油混合燃烧，生成高温高压燃气。燃气在膨胀过程中驱动涡轮作高速旋转，将部分能量转变为涡轮功。涡轮带动压气机不断吸进空气并进行压缩，使发动机能连续工作。由压气机、燃烧室和驱动压气机的涡轮这三个部件组成的一般称为核心机，又称为燃气发生器，它不断输出具有一定可用能量的燃气。按燃气发生器出口燃气可用能量的利用方式不同，燃气涡轮发动机分为涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨和涡轮轴发动机。涡轮喷气发动机在20世纪50年代曾广泛应用于军用和民用飞机，特别是超声速飞机上，目前大多数已被涡轮风扇发动机所取代。
涡轮螺旋桨发动机主要用于亚声速运输机、支线飞机和公务机；涡轮轴发动机用于直升机。燃气涡轮发动机是20世纪50年代以来主要的航空动力形式，而且在可预见的未来，还没有任何其他动力形式可以完全取代它。
制造业皇冠上的明珠：高温、高压、高转速、高可靠性、耐久性和维护性是其基本特点。在这些相互矛盾的高要求推动下，航空发动机经过长时间的发展已经成为人类有史以来最复杂最精密的工业产品，每台零件数量在万件以上。因此，航空发动机被誉为“制造业皇冠上的明珠”，它是一个国家科技、工业和国防实力的重要标志。
2、航空发动机产业特点
（1）技术门槛高、耗资大、风险高
航空发动机被誉为“制造业皇冠上的明珠”，它是一个国家科技、工业和国防实力的重要标志，是构成国家实力基础和军事战略的核心技术之一。航空发动机需要在高温、高寒、高速、高压、高转速、高负荷、缺氧、振动等极端恶劣环境下工作，这就使得航空发动机的研制对结构力学、材料学、气体动力学、工程热力学、转子动力学、流体力学、电子学、控制理论等学科都有极高要求。
因此，航空发动机的技术门槛极高，全世界能自主研制先进航空发动机的国家只有美、英、法、俄等少数发达国家。发达国家在发展策略上秉持对内优先发展，对外严密封锁的态度，以此来形成和巩固对航空动力技术和全球市场的垄断地位。
另一方面，发展先进的航空发动机，耗资巨大。国外研制一型先进的军用涡扇发动机的费用在20亿美元左右(法国M88为16亿美元，美国F为26亿美元)。据统计，美国航空发动机的研究和发展费用(包括型号研制和改进、改型)约占整个航空发展经费的1/3～1/4。其中不针对特定型号的发动机预研费约占全部发动机研究和发展费用的30%～35%甚至更高。另外，航空发动机的复杂以及大量的资金投入也给企业的产品研发和公司运营带来巨大风险。
以罗罗公司为例，在年，波音飞机配装的罗罗遄达发动机的中压涡轮中出现了工作叶片断裂的故障。当年日本全日空（ANA）航空公司的遭受了3次遄达中压涡轮工作叶片断裂的重大故障，随后，多家航空公司如英国维珍大西洋航空公司、泰国航空公司、英国航空公司与新西兰航空公司等用遄达为动力的接连不断地出现中压涡轮工作叶片腐蚀断裂的事件。罗罗对故障进行分析研究后，发现是由于涂在工作叶片上的隔热的涂层过早地脱落，涂层脱落后，高温的燃气直接与叶片接触，造成叶片受燃气中的硫腐蚀，叶片受到腐蚀后失去强度而折断。
遄达的中压涡轮工作叶片腐蚀断裂故障不仅造成航空公司众多的扒地停飞，甚至在一段时间内，釆用遄达发动机的总装线上无发动机可供装机。因此这个故障对罗罗公司打击极大，不仅公司的信誉受到极大损伤，在经济上更是亏损巨大，年6月3日，罗罗公司一名高级管理人员对媒体宣称，近三年来，公司用于处理中压涡轮工作叶片腐蚀断裂故障的费用（如用于飞机停飞对航空公司的赔款等）就高达13亿5千万英磅。
（2）产品研制及寿命周期长
航空发动机的研制难度极大，每一款航空发动机的研发都需要攻克一系列的关键技术，需要经过零件级、部件级、整机级的多种、多轮试验验证，因此，航空发动机的研制周期很长。
以军用航空发动机为例，不包括先进技术的预先研究,其工程研制周期约10～12年。一代新型军用航空发动机研制成功后，一般还要持续使用改进发展达几十年。因此现代涡轮喷气航空发动机的更新换代并不是很频繁。如美国为F14、F15、F16研制的F和F发动机及俄罗斯为苏27飞机研制的AL-31F发动机，从投入使用至今已达30余年，预计今后10～20年仍然还会继续使用。
虽然涡轮喷气发动机的研制是一项投资大、耗时长的大工程，但一旦研制成功投入使用，生命周期可达50年甚至更长。以CFMI公司赫赫有名的CFM56系列发动机为例，该系列发动机最早的型号CFM56-2型发动机在年取证，之后，在这款发动机的基础上，CFMI公司又相继研发出了-3、-5、-7等不同型号。该系列发动机凭借其无与伦比的可靠性等优势（CFM56发动机平均首次进厂维护前的在翼时间约为小时；最高纪录则是小时），统治了全球窄体飞机发动机市场近40年。
随着更先进的LEAP和PWG系列发动机逐渐占有市场，未来10年CFM56发动机机队规模将以3.3%的速率持续下降，不过考虑到其仍旧有超过台的巨大市场存量且有近60%的发动机尚未开始第一次返厂大修，CFM56发动机在今后相当长的一段时间内仍将是维修市场上最为核心的一型产品。预计到年，配装波音NG的CFM56-7B和配装Aceo的CFM56-5B的维修市场需求分别为亿美元和亿美元，约占整个发动机维修市场的1/3。
（3）开展预先研究至关重要
被誉为“中国航空发动机之父”的吴大观曾经说过，“随着科学技术的迅猛发展，加强航空发动机预先研究，对发动机研制显得更为重要。预先研究对我国发动机行业的振兴有着成败的关系，不能有丝毫的忽视。”
随着国际市场竞争日益激烈对武器作战性能的要求更高了。飞机对发动机的各种性能要求也更加苛刻，主要表现在对航空发动机的质量高、周期短、成本低、可靠性好、使用维护方便等项要求愈来愈突出。西方国家在航空发动机预研中不惜资金、大量投入、增加诸多预研项目来达到上述目的。
西方发达国家中发动机预研项目种类多和投资最大的要数美国了。为了保持在该领域的领先地位，从20世纪50年代开始由军方和政府相继投入巨资实施了十几个航空发动机研究计划，奠定美国顶尖军用航空发动机和先进民用航空发动机技术基础。
航空发动机领域实施的重大科技专项预先研究计划的典型代表有美国的“综合高性能涡轮发动机技术”（IHPTET）计划、“通用经济可承受先进涡轮发动机”（VAATE）计划、“支持经济可承受任务能力的先进涡轮发动机技术”（ATTAM）计划，欧盟框架计划（FP）中的“清洁天空”（CleanSky）计划等航空研发计划，英国、意大利、德国等国联合实施的“先进核心军用发动机”（ACME）计划和英法联合实施的“先进军用发动机技术”（AMET）计划等。
（4）核心机派生衍生发展为航空发动机主要发展途径
现代航空发动机系列化发展的最主要途径是在一台成熟的核心机的基础上，通过重新匹配低压部件或者对核心机进行缩放等技术方法，改变风扇或低压压气机直径和级数以及涡轮的冷却技术或材料来改变发动机的主要循环参数，如压比、涵道比、空气流量、涡轮进口温度等，从而获得不同性能和用途的发动机。以成熟核心机为基础进行派生衍生发展，就可以以较低的风险研制出覆盖一定推力（功率）范围的一系列发动机。满足不同用途飞机对动力的需要，从而实现核心机的多用途目标。利用多用途核心机发展系列发动机的道路一直受到了航空发达国家的高度重视，并成为发动机系列发展的主要技术途径。
如惠普公司就开展的多用途核心机研究中采用F核心机作为基准核心机，推力覆盖范围为~daN，可用于战斗机、教练机、轰炸机、运输机等六类飞机GE公司也采取同样的发展思路，利用GE23先进技术验证机的预研核心机，开发出了推力范围为~daN的系列发动机。
为了应对普惠公司齿轮传动涡扇（GTF）发动机通用核心机计划，在年范堡罗航展上，GE公司宣布启动eCore核心机项。eCore核心机项目的目标是将大尺寸的GEnx核心机缩比设计，并引入最新的气动、结构、冷却、复合材料和低排放设计技术，使得核心机应用领域由宽体机向窄体机发展。基于该项目发展的LEAP系列发动机，10级高压压气机增压比达到22。由于核心机性能获得较大提升，加之涵道比增加，燃油效率高于目前最好的CFM56发动机（9级高压压气机，增压比仅为12）15%以上。
LEAP-1A/1B/1C分别为空客Aneo、波音MAX和中国商飞C飞机提供动力，巩固了GE在下一代窄体机发动机市场的地位。同样基于eCore核心机，GE公司发展了Passport发动机，计划用于庞巴迪“环球”和“环球”公务机，使得该核心机的应用向公务机延展。
罗罗公司的三转子结构发动机具备快速衍生发展能力，基于RB发动机核心机，罗罗发展了遄达与遄达发动机；在遄达的核心机的基础上缩小尺寸，罗罗发展了遄达发动机；继续将遄达发动机核心机放大，罗罗发展了遄达发动机；将遄达核心机缩小，罗罗发展了遄达发动机；通过遄达发动机核心机，罗罗发展了遄达XWB和遄达发动机。
可以看出，世界级的航空发动机制造商均是以不多的几型核心机，甚至是一型核心机为主，通过引入先进技术成果，逐步改进升级，促进其产品的发展。为了适应市场的发展需求，还通过缩放、加减级等形式改进发展核心机，但其支撑布局等关键结构形式不变，正是这种几十年的持续改进和经验累积，保证了使用性能的稳定和高可靠性。同时，基于成熟的核心机发展具有费用低、时间短和风险低的突出优势，成为航空发动机发展的一条科学道路。（报告来源：未来智库）
3、军用航空发动机行业发展现状
（1）军用航空发动机发展至第五代，高推重比与高温是主要特征
从40年代末到21世纪初．喷气战斗机动力大致经历了四次更新换代。战斗机对发动机的主要要求是：1、推重比高飞机轻，机动性好，发动机划代的一个主要指标是推重比；2、耗油率低对于四代机要求具备不加力超音巡航能力；3、允许飞机高机动飞行发动机抗畸变能力强，具有推力矢量喷管；4、隐身：红外；5、可靠性安全性好；6、一次成本低．使用维修方便。
提高推重比的主要措施是：1、提高每公斤空气流量的推力，为此提高涡轮前燃气温度(K)和加力燃烧室温度(2-K)，这是非常有效的。涡轮前燃气温度是划代的另一主要特征；2、减重：采用先进结构，如整体叶盘，采用先进强度设计技术，实现等强度设计等，先进材料轻但受力能力大铝镁合金。
近年来，战斗机正朝多用途、宽包线方向发展，这促使研究者提出了变循环发动机概念。变循环发动机通过改变发动机部件的几何形状、尺寸或位臵来调节热力循环参数(如增压比、涡轮前温度、空气流量、转速和涵道比等)，将高、低涵道比发动机的优势合二为一，使发动机可同时具备大推力与低油耗特性，使得发动机在各种工作条件下都具有最佳的热力循环，从而对飞行速度和高度有良好的适应性。因此，变循环发动机受到各航空强国的重视，是目前航空发动机的重要研究方向。
据GE航空公司网站年5月13日消息，历时五个月，GE航空公司已经完成了第一台XA变循环发动机的测试，该发动机可用于F-35和第五代战斗机。该机全尺寸原型机测试在GE位于俄亥俄州埃文代尔的高空台完成。所有的测试目标都已达到，而且发动机性能与计划目标一致，并演示了发动机的两种不同模式，以及在这两种模式之间的无缝转换。对此，GE表示XA的首批测试结果超出了预期。
（2）我国军用发动机现状：长期受制于人，国产发动机渐成主力
仿制为主，严重制约了航空工业的发展：军用航空发动机方面，很长一段时期，俄罗斯战机和发动机是我们唯一的进口来源和学习对象，我国历史上的一系列发动机全部在走仿制俄式的路线。直到现在，这个情况依然存在，过去10年我国从俄罗斯分批进口了约台AL-31F发动机，用于装备歼-11和歼-10。这种状况对我国的先进战机装备进度和对外军售都造成了很大的制约。正因为多年来我们主要走的是仿制路线，缺乏必要的技术积累，使得发动机技术发展严重滞后，多年来一直是我国航空工业发展的短板。
（3）我国现有型号逐渐成熟，未来成体系化发展，进入放量收获期
尽管历经磨难，经过近70年的发展，我国已建立了相对完整的航空发动机研制生产体系，具备了涡桨、涡喷、涡扇、涡轴等类发动机的系列研制生产能力。目前我国在役歼击机、强击机、轰炸机、歼击轰炸机等主战飞机已批量使用国产涡扇发动机，同时仅有部分三代战机仍然装配的是进口发动机。运输机方面，运-7、运-8等运输机使用的涡桨发动机全部国产化，运-20目前装备的仍是进口发动机。直升机方面，随着直-9、直-8、直-10等整体技术的成熟，我国已经在引进的基础上实现涡轴-8、涡轴-6、涡轴-16发动机的系列化发展。目前我国现有发动机谱系已逐步成熟。
年11月6日，第十二届中国国际航空航天博览会在珠海开幕，换装了新型矢量尾喷管的歼-10B推力矢量验证机进行了精彩绝伦的单机飞行表演，上演了“落叶飘”、“眼镜蛇机动”等多个高难度飞行动作。安装隐身轴对称柔性矢量喷管的歼-10B飞机公开进行飞行表演，标志着我国矢量发动机走向了实装化的道路，也标志着WS-10发动机已经具有较高的成熟度，衍生型号逐渐涌现。
4、民用航空发动机行业发展现状
（1）民用航空发动机发展至第四代，安全性与经济性特点突出
民用大客机对发动机的要求与军机差别很大．各指标的相对重要性如下：1、安全性、可靠性；2、经济可承受性；3、排放和噪音的要求不断提高。近年来绿色、低碳甚至已成主要诉求，即在保证安全可靠的前提下．提高经济性，降低污染排放、降低噪音、增长寿命，实现性能更加优化、控制更加智能化和对环境更加友好。由于大涵道比涡扇发动机能更好满足上述要求，现代民用大客机均以此为动力装臵。
为了提高运行经济性、降低耗油率．基本的技术途径是提高发动机的涵道比提高总压比以及问冷回热技术。通过对比民机主要参数的发展情况发现，民用航空发动机的涵道比和总增压比明显增长，温度相应增加而耗油率则逐渐降低。而大涵道比的民航发动机是在价格上与小涵道比的发动机相差了近一个量级。
（2）民用航空发动机市场寡头垄断，美国优势明显
由于航空发动机的高技术、高投入，长周期、高风险等特点，行业进入门槛很高，全球范围内航空发动机经过多年的发展，已呈现出典型、明显的寡头垄断格局。以大推力商用航空发动机为例，目前主要是美国、英国和法国等国家企业占据垄断地位，军用航空发动机也主要集中在美、英、法、俄、中等国家。其中GE通用电气、PW普拉特〃惠特尼、RR罗尔斯〃罗伊斯、CFM国际公司、IAE国际航空发动机公司、EA发动机联盟公司是民用航空发动机市场上最主要的参与者。
从市场份额来看，CFM国际公司凭借其LEAP系列发动机优异的燃油经济性，牢牢把握住窄体飞机70%以上的市场份额，成为波音及空客交付和订单数量最多的供应商。而在宽体飞机的大型民用发动机领域，基本是GE与罗尔斯〃罗伊斯两强争霸的格局，GE占到了将近一半的市场存量。
（3）中国商发强势崛起，受益于我国民机产业巨大市场
中国航发商用航空发动机有限责任公司（简称“中国航发商发”，AECCCAE）成立于年1月18日，是由中国航空工业集团公司（注：年1月27日经国务院批准，中国航空工业集团公司所持公司股权换转至新成立的中国航空发动机集团有限公司）与上海烟草集团有限责任公司、上海电气（集团）总公司、上海国盛（集团）有限公司共同出资组建的股份多元化企业，注册资本60亿元，主要从事商用飞机动力装臵及其相关产品的设计、研制、生产、总装、试验、销售、维修、服务、技术开发和技术咨询等业务。商发公司下设研发中心、总装试车中心、大修中心、客户服务中心。
公司在研的“CJ-A”发动机是我国第一款商用航空发动机产品，是装配国产大飞机的唯一国产动力。据中国航发商发