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航发控制深度解析:聚焦航发控制管理系统主业增长提速巩固龙头地位

来源:华体会最新首页登录    发布时间:2023-12-14 02:08:34

  公司前身是南 方摩托股份有限公司,于 1997 年在深交所上市,2009 年完成重大资产 重组,臵出全部摩托车及其零部件加工业务相关的资产与负债,同时发 行股份购买中航工业旗下与航空发动机控制管理系统业务相关的资产。2016 年中国航发集团成立,对航发控制拥有实际控制权。

  公司以航空发动机控制管理系统为基础,拓展国际航空制造转包业务和相似 产品控制管理系统业务。企业主要有三大业务板块:发动机控制管理系统及部件、 国际合作和非航民品及其他。其中,发动机控制管理系统及部件最重要的包含航 空发动机控制管理系统及衍生产品的研制、生产、修理和销售,收入占比约 80%;国际合作业务主要是为国外知名航空公司可以提供民用航空控制管理系统 精密零部件的转包生产,收入占比约 10%;非航产品业务主要涉及以动 力控制系统核心技术为基础,包括燃机控制、新能源控制、汽车自动变 速控制、工程及行走机械等配套产品的研制、生产、销售和服务,收入 占比约 10%。

  从产业链上看,公司产业链涵盖研制、生产、试验、销售、 维修保障等五大环节;国际合作业务以航空转包生产为主,目前正积极 拓展航空产品联合开发模式。从经营事物的规模看,为更好的统筹实施“两机” 专项,公司经营进一步聚焦航空主业,基本的产品为航空发动机控制管理系统 及部件,收缩了部分与主业关联度低、产品附加值低且与公司资源冲突 的非航商品市场。公司作为国内主要航空发动机控制管理系统研制生产企业, 在军用航空发动机控制管理系统方面从始至终保持领先,与国内各发动机主机单 位均有密切合作,并与国际知名厂商 GE、霍尼韦尔等建立了长期稳定 的合作关系。

  背靠中国航发集团,股东实力强大。中国航发通过中国航发西安动力控 制有限责任公司、中国航发南方工业有限公司、中国航发北京长空机械 有限责任公司等公司间接持有航发控制约 52%的股权,是公司的实际控 制人。中国航发下属公司航发动力是国内主要的航空发动机整机制造商, 持有公司 18.06%的股权。中国航发集团是“两机专项”的实施主体,公 司作为重要的航空发动机控制管理系统制造商为集团公司的业务布局起到关 键作用。

  实际控制人中国航发是十大军工央企之一,实力丰沛雄厚。中国航空发动机 集团有限公司是中央直接管理的军工企业,由国资委、北京国有资本经 营管理中心、中国航空工业集团有限公司、中国商用飞机有限责任公司 共同出资组建。建有多个国防科技重点实验室、创新中心,具有较强的 科研生产能力,以及较为完整的军民用航空发动机、燃气轮机研发制造 体系与试验检验测试能力。主要是做航空发动机、辅助动力、燃气轮机、飞 机和直升机传动系统的研制、生产、维修和服务,从事航空材料及其它 先进材料的研发与制造。中国航发设计生产的涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、 活塞发动机和燃气轮机等产品,广泛配装于各类军民用飞机、直升机和 大型舰艇、中小型发电机组,客户涉及航空、航天、船舶、能源等多个 领域,为我国国防武器装备建设和国民经济发展做出了突出贡献。

  经营业绩稳步提升,近五年复合增速 13.37%。2020 年,公司实现营业 收入 34.99 亿元,同比增长 13.14%,五年复合增长率为 6.13%;2021 年 上半年营业收入为 20.24 亿元,同比增长 25%。2020 年实现归母净利润 3.68 亿元,同比增长 30.68%,五年复合增长率为 13.37%;2021 年上半 年归母纯利润是 2.96 亿元,同比增长率为 26.71%。2021Q2 公司营收为 11.04 亿元,环比增长 20.03%,归母纯利润是 1.63 亿元,环比增长 21.94%, 近五年,公司业绩稳步增长,并且从去年开始随着军工行业发展进入快 车道业绩增速明显加快。

  期间费用率趋于稳定,研发投入逐年稳步增加。近三年公司期间费用率 整体保持稳定,2021 年上半年管理费用率会降低。在研发投入方面, 近三年研发投入逐年增加,2021 年上半年研发费用达 1.26 亿元,同比增 长 81.87%,持续加大研发投入有利于公司逐步提升自身竞争力。

  主营业务占比持续提升,综合毛利率达到历史顶配水平。2020 全年实现 毛利率 29.04%,为近五年顶配水平,同时 2021 年上半年毛利率创历史 新高达 35.63%。2016-2020 年公司加权 ROE 持续上升,2020 年达 6.32%。 分业务来看,主营业务航空发动机控制管理系统及部件在 2021 年上半年的毛 利率也达到 37.54%的历史顶配水平,同时该项业务的营收占比也逐年提 升,2020 年,发动机控制管理系统及部件营收占比达到 85.03%。国际转包 业务在 2020 年受疫情冲击较大,业务规模有所减少。非航产品业务主要 涉及以动力控制系统核心技术为基础,包括燃机控制、新能源控制、汽 车自动变速控制、工程及行走机械等配套产品的研制、生产、销售和服 务,2020 年营收占比为 8.81%,近五年毛利率变动幅度最大,2016 年 10.89%提高至 2020 年 23.28%,年均提升 3.10pct。

  现金流状况显著改善,公司经营长期向好。受益于大额订单和预付款落 地。公司 2021 年上半年经营性活动现金净流量为 3.19 亿元,相比去年 同期的-2.74 亿元,现金流状况得到大幅改善,同时合同负债相比去年年 底的 0.97 亿元增长 825.52%达到 8.95 亿元。公司在手订单充足,基本面 有望呈现持续改善。

  募投提升公司航发控制管理系统的综合配套能力。2020 年 12 月 31 日公司发 布非公开发行 A 股股票预案,这次发行股票募集资金将大多数都用在公司下 属子公司西控科技、北京航科、贵州红林和长春控制的项目建设。该等 公司均为我国航空发动机控制管理系统重要承制单位。这次募集资金可作为 公司及子公司其他自筹资金之外的有效补充,覆盖公司及子公司各项科 研生产能力建设项目,有助于快速有效对接“两机”专项任务,有利于 公司补充短板、提升能力,支撑我国由航空大国走向航空强国的发展战 略。

  本次非公开发行股票数量不超过本次非公开发行前公司总股本的 30%,即不超过 343692704 股(含本数)。发行对象为包括公司实际控制 人中国航发、中国航发控制的关联方航发资产、国发基金在内的不超过 35 名特定投资者。同时,公司拟向中国航发收购其所持航空苑 100%股 权,航空苑主体业务为出租厂房,销售非标设备、包装箱盒及相关机器 维修、改造等服务。公司拟使用募集资金向中国航发西控购买机器设备, “中国航发北京航科发动机控制管理系统科技有限公司轴桨发动机控制系统 能力保障项目”涉及向中国航发长空购买厂房。2020 年该机器设备、厂 房由公司租赁使用,航空苑的非标设备、包装箱盒及相关机器维修、改 造主要销售服务对象亦为公司。募集到的资金将大多数都用在六项投资项目。

  航空发动机是为航空器提供飞行所需动力的装臵,是航空器的“心脏”。航空发动机是飞机动力的直接来源,其设计、研发、制造等均需要精尖 的科学技术水平,直接影响飞机的性能、可靠性及经济性。航空发动机 通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、排气装臵等系统组成。进气道 用来引导足够的空气顺利进入压气机,在飞行速度大于压气机进口气流 速度时,还可起到提升空气压力的作用,进气道在结构上往往属于飞机 机体的一部分,但在作用上属于发动机的组成部分;压气机位于发动机 进气道后方,最大的作用是吸收、压缩空气、提升空气压力;燃烧室位于 压气机的后端,涡轮的前端,通过喷嘴喷出适量燃料与压气机输送的空气混合,是发动机中提高燃气温度的重要装臵;涡轮是发动机重要动力 来源,处于发动机工作中温度最高、转速最快的部位,从涡轮中喷出的 高温度高压力燃气,在排气装臵中继续膨胀,高速从喷口向后排出,使航空 器获得推力。

  空气喷气式发动机是目前航空发动机的主流形式。航空发动机可大致分为 活塞式发动机和空气喷气式发动机,活塞式发动机是在上个世纪三十到 四十年代发展到达顶峰,年产量达数十万台,装备了上百万架飞机。但 是活塞式发动机的螺旋桨效率在飞行速度大于 700km/h 时急剧下降,而 且飞行速度越高,活塞发动机的重量也大幅度的增加,这极大地制约了活塞 式发动机的发展。目前活塞式发动机退出了航空主战场,因其油耗低、 结构相对比较简单和价格低等优势用于初级教练机、超轻型飞机、小型直升机和、 小型无人驾驶靶机和农林用小型飞机上。空气喷气式发动机可大致分为有 压气机和无压气机两种,有压气机的航空发动机诸如涡扇发动机、涡喷 发动机、涡轴发动机大范围的应用于各类飞机上,而无压气机的航空发动机 则应用于导弹、空天飞机上。

  发动机是飞机的核心系统,现代航空发动机采用 FADEC 控制管理系统。发 动机是飞机的核心系统,除了发动机本体单元体之外,还包括控制管理系统、 传动系统及润滑系统等。其中控制管理系统是航空发动机的重要组成部分,现代航空发动机基本都采用全权限数字电子控制(FADEC)系统。FADEC 系统一般可分为控制计算机子系统、燃油与作动子系统、传感器子系统、 电气子系统等。

  ADEC 系统一般来说包括转速、压力、温度等多个控制回路,每个控制回 路依据相应的输入闭环计算出控制输出,实现控制发动机状态的目的。电子控制器根据发动机工作过程的转速、温度、压力等参数及外部条件 (如飞行高度、速度,发动机进口温度、压力,驾驶员指令等)和控制 系统内部某些参数(如温度、压力、位移等)的变化,通过控制律计算, 产生控制信号,经过电子控制器输出处理电路,输出给液压机械装臵, 将电信号转换为液压信号,驱动相应作动器,以改变燃油流量、导叶角 度、放气开度等,进而达到控制发动机的目的。飞机油箱来油经过低压 泵增压后,进入主燃滑油散热器进行热交换。经主燃滑油散热器再回到 燃油泵后通过主燃油滤进入高压泵再次进行增压。高压泵出口油分为两 路:一路经自洗油滤和伺服燃油加热器后进入液压机械装臵(HMU)的 伺服燃油系统,按照 EEC 指令控制燃油计量系统和作动部件;另一路进 入液压机械装臵(HMU)的燃油计量系统,计量后的燃油经过燃油流量传感器和喷嘴油滤后进入喷嘴向燃烧室供油。

  航空发动机控制管理系统经历了从单个部件到整体、从模拟式到数字式、从 有限功能到全权控制的发展过程。总体来说,为了适应高性能和高精度 的要求,发动机控制技术经过了从传统的液压机械式控制向数字电子控 制的转变阶段,并且经历了从单个部件到整体、从模拟式到数字式、从 有限功能到全权控制的发展过程。发动机控制管理系统的发展主要分为以下 三个阶段:液压机械式控制管理系统、监控型电子控制管理系统和全权限数字电 子控制管理系统,其中,液压机械式控制管理系统由液压机械式调节器、启动机 械式调节器和燃油控制器等组成。监控型电子控制管理系统在原有的液压机 械式控制器基础上,再增加一个发动机电子控制器,两者共同工作实施 对发动机的控制。FADEC 是当今发动机研究的主要方向。它使发动机的 控制技术、控制精度和控制范围达到了新的高度。在 FADEC 控制中, 发动机电子控制器 EEC 是它的核心,FADEC 系统是管理发动机控制的 所有控制装臵的总称。所有的控制由计算机进行,然后通过电液伺服机 构输出液压机械装臵及各个活门、作动器等。

  ADEC 系统的普及得益于电子计算机技术的发展。在早期的航空发动 机控制中,主调节器只有一个控制变量——燃油,通过手动操纵油门开 环控制发动机的转速。后来液压机械装臵发展成功能完备的液压机械式 调节器,它引入了发动机转速、进口温度和压气机后的压力等参数,利 用杠杆、三维凸轮等复杂的计算机构来实现发动机的控制规律。概括地 说,就是控制管理系统中所需的逻辑判断和控制运算以及指令的执行全部用 液压机械装臵(杠杆、凸轮、弹簧等零件)来实现。俄罗斯的苏-27 飞机所 用的 AA-310 发动机主燃油控制管理系统将这种纯液压机械式控制管理系统从设 计观上演绎到了极致。由于发动机控制参数的增加和电子技术的发展, 在液压机械式控制管理系统的基础上增加了模拟电子调节器,从而产生了监 控型电子控制管理系统。它的发动机控制主要功能仍有液压机械式控制器完 成,如转速控制及启动、加速、减速控制等。发动机电子控制(EEC) 的作用主要是监控和限制,保证精确地推力控制,同时不要超出发动机 的工作限制。CFM56-3 发动机、JT9D-7R4 发动机采用的都是监控型电 子控制管理系统。随着电子计算机技术的迅猛发展,FADEC 系统应运而生。

  FADEC 的使用极大地提高了航空发动机的可靠性和维修性。传统的液 压机械式控制管理系统,其组件如凸轮、弹簧、活门、作动筒等基本都为机械组件,且工作环境较为恶劣,没有备份组件。因此,一旦某一组件或 某多个组件出现可靠性问题,对整个系统的影响都是非常之大,严重的 可能完全发挥不了作用。对于监控型电子控制管理系统,由于模拟电子调节 器 EEC 具有微调功能,能够保持精确的推力控制及工作参数不超限,因 此它的控制可靠性要高于液压机械式控制。但是又正是因为其引入了模 拟电子线路,需要考虑电子干扰的问题。与纯液压机械式控制管理系统相比, FADEC 系统中的 HMU 组件数量大大减少,从而降低了部件之间的耦合 和系统综合故障率,提高了系统可靠性。

  作为控制核心的 EEC,其采用 的是双通道余度技术,电子控制器的模块信号通过缓冲器相连,当模块 发生故障时可以相互隔离,电源系统采用专用的交流发电机电源和飞机 电源备份供电,大大提高了系统可靠性。因此,在系统可靠性上,FADEC 系统要远远优于液压机械式控制管理系统和监控型电子控制系统。液压机械 式控制系统和监控型电子控制系统都是以液压机械装臵为全部或主要控 制计算组件,其系统维护排故流程基本相同。但是由于同一故障引起的 因素较多,要找出合理办法排故有一点难度,要排除故障,就需要维修 人员进行试车,通过多次的测试来找到故障来源,从而耗费大量的人力、 物力及时间。而对于 FADEC 系统而言就相对简单的多。由于 FADEC 系 统的核心部件是控制计算机,它不仅能够完成对发动机的控制,还监测 控制系统的输入、输出及计算机自身的工作状态,并将监测到的异常信 息存储到自身的存储器或者将信息发送到飞机系统进行告警或存储,飞 机回到地面后,维护人员通过查阅 FADEC 系统可获得相关故障的详细 信息,然后根据检查结果进行排故,从而节省了大部分的时间和精力。

  航空发动机的复杂度越来越高,对控制系统研发提出更高要求。随着飞 机性能的提高,对现代航空发动机性能的要求也逐渐提高。在提高发动 机性能的同时,还要求减少排放物、降低噪声,因此,航空发动机将设 计的更加复杂,可调的部件越来越多,发动机的控制变量在不断增加, 控制变量的增加使得控制回路的耦合性更强,经典控制理论已无法适应 发动机高性能的控制要求,必须采用新的控制理论和控制方法以适应发 动机性能发展的要求。

  航空发动机成本占整机制造成本的 20-30%。航空发动机是飞机上极为 重要的子系统,一般而言,其价值约占整机价值的 20-30%,机型越小, 发动机价值占比越高,机型越大,发动机价值占比相对越低。

  发动机全寿命周期中使用维护阶段费用占比最高,达 50%左右。航空发 动机全寿命周期要经历研发、采购、使用维护三个阶段。研发阶段又分 为设计、试验、发动机制造、管理等环节。在全寿命周期中,研发、采 购、维护的比例分别为 10%、40%、50%左右。使用维护阶段的费用占 比最高。该阶段又分为更新零部件、维修服务两部分。

  战斗机或运输机用发动机,高、低压涡轮的价值占比都最高,直升机 发动机中,控制系统、减速机构价值占比较高。航空发动机制造商根据 部件分配任务,因此有必要对部件价值进行拆分。一般而言,无论战斗 机或运输机用发动机,高、低压涡轮的价值占比都最高,而其他部件 则有明显区别。对于战斗机发动机,其外涵道很小,有加力燃烧室,因 此,风扇、外机匣的价值占比较低,但加力燃烧室、控制系统占比高; 对于运输机发动机(客运、货运、军用),外涵道大,无加力燃烧室,因 此,风扇、外机匣的价值占比高,控制系统占比较低;直升机发动机中, 控制系统、减速机构的占比较高。

  “两机专项”将航发研制生产提升至国家战略高度,航空发动机市场前景 广阔。航空制造是集制造业大成的国家战略,是制造业中高新技术最集 中的领域,整个制造过程对材料、工艺、加工手段、试验测试等都有极 高的要求,而航空发动机技术则是高新技术中的尖端代表。自 2011 年起, 国家相关部委开展了对航空发动机与燃气轮机的调研与论证。至 2016 年,重大科技专项办公室、全国两会、国务院等多方关键机构相继将航 空发动机纳入重大技术专项,并着手批复中国航发组建方案,为“两机专 项”提供研发试验平台。2017 年,工信部成立“两机”基础研究专业组, 并下发研究指南,面向高等院校征集项目方案。

  航空发动机研制周期长,技术壁垒较高。在应用基础研究阶段会产生许 多新的原始发明,但大部分发明在应用研究和先期技术开发阶段即被淘汰,只有少部分新的构思经过不断筛选、改进和验证后可以进入到工程 研制阶段。在工程研制阶段中,验证机研制也是多方案筛选的过程,其 目的是验证发动机总体方案的可行性,以及新技术、新工艺、新结构的 成熟度和可用性,为确定原型机设计方案奠定基础,以减少进入发动机 型号研制过程的技术、进度和成本风险,提高经济性。原型机研制通过 4 个阶段逐步向前推进——初始飞行前规定试验、科研试飞、设计定型 和生产定型。工程研制阶段结束后,将最终给出是否可以大批量装备使 用的结论。随着新型发动机全寿命各研究和发展阶段的逐步推进,大部 分发动机潜在的故障隐患被排除,发动机技术成熟度不断提高。

  一般来 说,在新型航空发动机全寿命期中,从应用研究开始到工程研制结束时 的研究和发展周期规划为 30 年,技术成熟度等级从 1 级逐步达到 9 级。 预先研究阶段的主要任务是为发展新型发动机提供技术储备,缩短研制 周期,降低研制风险,不断提高技术水平。同时,为改进现役发动机性 能、可靠性提供实用的技术成果。工程研制阶段的主要任务是根据主要 作战使用性能指标,研制满足装备使用要求的发动机产品。该阶段分为 工程验证机研制和原型机研制 2 个阶段,研制周期规划为 18 年。使用发 展阶段是发动机全寿命科研工作的重要组成部分,发动机装备使用后应 不断解决使用中暴露的技术质量问题,提高可靠性,并根据装备发展需 求和新技术研究成果进行改进改型发展。使用发展阶段包括可靠性增长 和改进改型工作。

  航空发动机研制耗时费力,需要国家战略引领。根据国内外经验,航空 发动机在研制过程中无一例外地进行了长时间的试验验证,以保证发动 机能高可靠地完成飞行任务,如英国的 RB199 航空发动机,地面整机试验达到了 16250 小时。航空发动机的发展和定型中的整台发动机试验可 以分为性能试验、操纵性试验和耐久性试验。其中性能试验通常考虑在 特定设计条件下的推力、空中流量和燃油消耗率,这些参数直接影响航 程、有效载荷和机动性。

  操纵性,如对油门和发动机进口条件变化的相 应,在飞机进气道、加力燃烧室和压气机之间的相容性、相互干扰性使 操纵性问题变得更加复杂,采用进气道模拟器或扰流网格产生流场畸变 在发动机试车台上做各种状态的试验,一直是评定发动机操纵性能的主 要方法。耐久性试验包括注入低循环疲劳寿命、盈利断裂或蠕变寿命、 抗外来物破坏的能力以及机械结构强度方面的问题。航空发动机技术研 究和试验验证体系,无一例外都是在国家战略的引领和政府、企业资金 的长期支持下完成构建,历经 80 多年的发展,形成政府机构(包括军方 研究机构)、发动机骨干企业、院校 3 级组织架构,覆盖基础和预先研究、 应用研究、产品研发、状态鉴定或者适航取证、外场综合保障全过程。

  我国已形成成熟的航空发动机科研生产体系。从新中国成立之后,我国 也开启了自身的航空体系的建设进程,20 世纪 60 年代到 80 年代是第一阶段,主要靠引进和仿制国外的航空发动机型号,典型的产品包括涡喷 -5、涡喷-6、涡喷-9 等;到 20 世纪的 90 年代,我国航发研制以自主研 发为主,包括涡喷-13、涡喷-14、涡扇-10 等;经过两个阶段的研发技术 积淀,现在我国的航发研制进入了新的阶段,具备了全面的科研生产体 系,即将列装的型号包括涡扇-15 和涡扇-20 等。

  中国航发集团下属院所是航发研制生产的主力军。新中国成立以来,我 国的军事装备科研生产体系就主要向前苏联学习,形成了研究所主研发、 生产厂主生产的体系。航空发动机的科研生产长期隶属于航空生产体系, 从 2016 年中国航发集团成立以后才单独形成体系。从事航空发动机科研 活动的研究所主要有 606 所、608 所、614 所、624 所和 649 所,其中 614 所主要从事航空发动机控制系统的研制工作,其余四个研究所组成了中 航空天发动机研究院有限公司。在整机生产方面,除开中航发商用飞机 发动机有限责任公司是在近些年成立的之外,其余整机厂均有着数十年 的航发生产经验。

  主要军用航发均由航发集团生产。我国现役的国产三代机发动机大多以 涡扇-10 为动力,因涡扇-15 的研制进度问题,目前四代机歼 20 暂时配 装涡扇-10,这一定程度上阻碍了歼 20 的性能发挥。涡扇-20 已成功列装 运-20。同时,适用于直升机的涡轴系列发动机也有新型号陆续亮相。这 些型号都是由航发集团下属总装厂生产的。

  中国军用航空发动机的自主可控是大势所趋。当前我国军机发动机国产 化比例已大幅度的提升,四代战机用的小涵道比涡扇发动机和大型运输机、 轰炸机用的大涵道比涡扇发动机国产化已取得重大突破。

  军事需求促进航空发动机迭代升级。美国的航空发动机技术水平在全球 属于领先水平,为确保美军长久地在空中保持相对优势,美国不断推出 针对航空发动机技术迭代更新的计划,先后包括“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的先进涡轮发动机技术”(ATTAM)计划。

  IHPTET 计 划自 1988 年开始实施,按三个阶段目标实施,第一阶段为 1988-1991 年, 第二阶段为 1991-1997 年,第三阶段为 1997-2005 年,要求三个阶段分 别实现总目标的 30%、60%和 100%。而 IHPTET 计划本身又分为涡扇/ 涡喷发动机、涡桨/涡轴发动机和一次性使用发动机三个基本部分,分别 命名为“先进涡轮发动机燃气发生器计划(ATEGG)”、“联合涡轮先进 燃气发生器计划(JTAGG)”和“联合短寿命涡轮发动机概念计划 (JTTEC)”;后来涡扇/涡喷发动机部分又增加了“联合技术验证机发动 机计划(JTDE)”。1999 年,在综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET) 研究计划取得的部分重要成果和成功经验的基础上, 美国国防部、国家 航空航天局(NASA)、能源部和工业界联合制定了 IHPTET 研究计划的 后续计划即 VAATE 研究计划。该研究计划于 2003 年开始部分实施,于 2005 年开始全面实施,计划分 3 个阶段到 2017 年结束。

  其目标是为未 来轰炸机、无人作战飞机、先进隐身作战飞机、先进运输机、低成本空 间飞行器和垂直/短距起降(V/STOL)飞机提供包括增加航程、缩小保 障规模、提高战备完好率,降低噪声、排放和可探测性(隐身),以及提 供高速续航等能力。与 VAATE 计划相同,ATTAM 计划也由美国国防部、 国家航空航天局(NASA)、能源部、联邦航空局(FAA)和工业界联合 实施,AFRL 航空航天系统部负责管理。其目的是寻求用于下一代涡轴 和战斗机发动机的先进基础技术和先进部件,并通过部件、核心机及验 证机试验来评估和确认这些技术是否达到技术成熟度(TRL)6 级或制 造成熟度(MRL)6 级。

  经过 70 余年发展,我国军用航发性能仍有较大的提升空间。我国军用 航空发动机国产化道路经历引进、测仿、改进、创新四个过程,经过 70 多年发展,已具备战斗机、运输机、武装直升机、教练机等多系列飞机 研制能力。国产航空发动机自研起步于上世纪 60 年代,吸取前苏联技术 经验的基础上研发生产了涡喷 6、涡喷 7。2002 年,涡喷-14 被国家军工 产品定型委员会正式批准设计定型,我国正式成为全球第五个拥有独立 研制航空发动机能力的国家,主要搭载于歼-7、歼-8 等二代战斗机上。

  2006 年,中国推重比 8 的太行涡扇 10 发动机正式定型,目前已经批量 列装于歼-11B、歼-11、歼-15、歼-16 等三代战机。进入 21 世纪以来, 中国航空发动机发展已经进入快车道,一系列新型发动机项目正在进入 关键攻关阶段。WS-20 发动机已随运-20 飞机试飞升空,推重比达到 9 以上的新一代中推发动机获得立项研制,推重比为 10 的 WS-15 第四代 发动机正在进行上机试飞,推重比为 12 一级的改进型四代军用发动机已 经进入预先研究。推重比为 8.5 一级的改进型“太行发动机”将于未来几 年试飞。尽管如此,我国自研航发与国际领先的航空发动机仍有较大的 差距,同为适配三代机的航发 F100 和 WS10,在性能上相差不大,但是 定型的年代差距达到 20 多年。

  我国具有完整的航空发动机产业链,航空发动机控制管理系统竞争格局稳 定。国内从事航空发动机控制管理系统研制生产的企业仍以大型国企为主, 614 所与航发控制同属航发集团的下属企业,但是产品略有差异,614 所主要从事航空发动机控制管理系统中的软件、电子设备等产品的研制生产, 航发控制则主要从事航空发动机控制管理系统中机械液压执行机构等产品的 研制生产。国内一部分民营企业包括海特高新、晨曦航空在部分航空发 动机控制管理系统的部组件上具备一定的研制生产能力,此外中航机电具备 发动机点火系统的配套能力。

  我国空军飞机数量不足美国的四分之一。军用航空发动机与军机发展相 辅相成,据《World Air Forces》统计,我国空军军用飞机数量位居世界 第三位,仅次于美国和俄罗斯。但是美国军用飞机总数是我国的 4.1 倍, 从战斗机总量来看我国也仅为美国的 60%。我国空军军用飞机与美国等 发达国家比起来起步晚、底子薄、代际差异大,运输机、轰炸机、直升 机等短板明显,但近十年来,中国空军现代化建设进入快车道,战斗机 等军用飞机研发成果尤为突出。自 2015 年,我军首次将空军定位为战略 军种,空军建设发生战略转变。在新时期战略空军建设目标下,将以信 息化作为发展方向和战略要点,加大先进战机的列装是下一阶段我国国 防建设的重点。

  我国军机普遍代际落后,先进战机列装需求旺盛。截至 2020 年底,美 国拥有军用飞机 13232 架,占比 25%,数量居全球第一;其次是俄罗斯, 数量达 4143 架,占比 8%;我国拥有军机数量为 3260 架,占比约为 6%, 其中战斗机 1571 架、特殊用途飞机 115 架、运输机 264 架、直升机 902 架、教练机 405 架,同美国存在较大差距。从代际结构来看,我国四代 机只有 19 架,对比美国近 500 架四代机机队规模,有很大的提升空间。

  先进军机列装加速,年均航发控制管理系统需求约 93.80 亿元。据 2020 年 11 月 26 日国防部例行记者会上就“如何确保 2027 年实现建军百年奋斗目 标”的问题,国防部新闻发言人任国强答道“我国经济实力、科技实力、 综合国力在“十三五”时期跃上了新的台阶,已成为世界第二大经济体, 但国防实力与之相比还不匹配,与我国国际地位和安全战略需求还不相 适应。这就需要同国家现代化发展相协调,充分利用全社会优质资源, 加快国防和军队现代化,确保强军征程行稳致远。”2020 年,我国 GDP 为 14.72 万亿美元,约为第一大经济体美国的 70.30%。

  以 2027 年建军 百年实现我国国防实力与现阶段经济实力相匹配的目标,我们保守测算 未来 10 年,我们假设我国各类飞机总量达到现阶段美军的 80%,则中 国新增三代机、四代机分别为 1100 架和 380 架左右。各类直升机 3550 架,大型运输机 490 架,特种飞机 1000 架左右,合计价值量在 2.08 万 亿。按军用发动机系统占比 25%测算,装备发动机价值 5210.63 亿元, 若按军用飞机 120%的备发率,军用发动机的市场合计为 6252.75 亿元, 年均市场规模在 625.28 亿元左右。若按控制管理系统占比 15%测算,军用航 发控制管理系统的年均市场空间在 93.80 亿元左右。

  商用航空发动机在全球呈寡头垄断格局。在商用航空发动机领域,全球 市场经过近百年的发展,已经呈现出典型、明显的寡头垄断格局。美国 通用电气(GE)、普拉特〃惠特尼(普惠)、英国罗尔斯〃罗伊斯(罗罗)、 由 GE 和法国赛峰集团合资的 CFM 国际公司以及由普惠、MTU 航空发 动机和日本航空发动机协会合资的国际航空发动机公司(IAE),占据着 全球商用航空发动机约 97%的市场,控制着商用飞机发动机的核心技术。

  现有竞争者 GE、普惠、罗罗、CFM 等公司的发展战略存在明显差异。早期,普惠、罗罗公司发展策略相同,一方面研制小推力发动机产品,一方面研制中低推力发动机产品。GE 公司在发动机方面的起步晚于普 惠和罗罗公司,但 GE 公司一方面研制中高推力的 CF6 发动机,另一方 面在与法国斯奈克玛组建合资公司,开发中低推力的 CFM56 发动机。 1980 年以后,罗罗公司开始在竞争中改变策略,1980—2000 年研制推力 小于 10 吨的发动机型号多达 4 款,2000 年后研制推力大于 30 吨的中高 推力发动机型号多达 4 款。普惠公司研制的发动机产品数量一直较少, 仅 1980—2000 年间推出过 1 款中高推力发动机,其余阶段主要关注中低 推力发动机。CFM 公司一直采取稳健的战略,20世纪 70 年代推出CFM56 发动机,2013 年推出推力稍有提升的 Leap 发动机,两款产品推力均稍 大于 15 吨,为中低推力发动机 1。除寡头企业外,喷气动力公司 2 (PowerJet)和霍尼韦尔航空航天公司 3(Honeywell Aerospace)凭借各 自独特的优势,提供相应的经典产品,在世界范围也形成了一定的影响 力。

  现阶段 GE 公司的技术实力仍处于全球首位,其产品在支线飞机和宽体 飞机中均处于主流地位。CFM 公司的实力也不容小觑,其间接展现的是 GE 公司与法国斯奈克玛公司的技术实力。罗罗公司的技术实力稍弱于 GE 和 CFM 公司,但是其产品也可以覆盖支线飞机、窄体飞机和宽体飞 机。此外,IAE 公司在窄体飞机产品方面已形成一定的技术实力;普惠 公司实力相对弱一些,但在宽体飞机和窄体飞机也均有布局;EA 公司 在宽体飞机产品方面已形成一定的技术实力。

  民航航发看重经济性、安全性等指标。对于军用航空发动机而言,推重 比、可靠性、工作稳定性和燃油消耗率是最重要的 4 个指标,因为它直 接影响到飞机的最大飞行速度、升限、任务载荷和机动性。但是民用发 动机更加看重经济性、安全性与高可靠性。在多方面因素制约下,现役 的主流民用航空发动机市场被 CFM、UTC、GE、RR 等少数几家公司垄 断。

  同属中国航发集团的商发公司是民用航发的主机厂,将为国产大飞机研 制商用航空发动机产品。2006 年 1 月,大型客机项目被确定为我国《国 家中长期科学和技术发展规划纲要》的十六个重大专项之一,此后致力 于研制国产新支线客机和商用大飞机的中国商飞在上海成立。2009 年 1 月,中国商用飞机发动机有限责任公司在上海成立,注册资本为 60 亿元 人民币,目前航发集团、上海烟草、上海电气和上海国盛分别持有商发 公司 40%、30%、15%和 15%的股份。商发公司主要从事民用飞机发动 机及相关产品的设计、研制、生产,承担着打破国内商用发动机市场由 外商完全垄断的局面的任务,为国产大型客机提供自主研制的发动机产 品。

  国产发动机交付在即,打开广阔的民用航发市场。2017 年 12 月底,为 C919 客机配套研制的 CJ1000AX 验证机在上海完成装配,CJ1000AX 核 心机在同一天实现 100%设计转速稳定运转;2018 年 5 月,CJ1000AX 首台整机在上海点火成功,核心机转速达到 6600rpm。CJ1000AX 整体 性能达到或者接近 C919 目前使用的 LEAP-X1C 发动机水平,预计将在 2025 年投入航线运营,以打破进口发动机对 C919 客机动力系统垄断。 此外,在 CJ1000 核心机基础上研发的更大推力的 AEF3500 发动机正在 进行部件试验,未来将作为 CR-929 远程宽体客机的发动机。

  民用航发控制管理系统厂商同样以国外厂家为主导。现有的投入商业运营的 民用航空发动机以国外的大型发动机厂商为主,也导致了在民用航空发 动机控制管理系统领域国外厂商几乎占据了全部份额。航空控制系统的厂商 主要有赛峰集团、英国航空航天系统公司等。行业内的厂商也通过成立 合资公司的方式加速行业整合,下游的航空发动机主机厂也有向上游延 申实现垂直整合的趋势。

  国产航空发动机产业长期受益于国产民航客机放量。2020 年受疫情影 响,全球航空业增速放缓,在我国,民航飞机数量同比增长 2.22%达到 3903 架,随着疫情防控力度加大,航空业将迎来复苏,长期来看,民用 航空仍将是航空产业链增长的主要动力。目前我国的三款民航飞机中, ARJ-21 支线飞机已经形成了批量交付,C919 客机也即将开始交付,目 前 C919 配装的发动机是 LEAP,未来可能会换装国产的 CJ-1000A 发动 机,C929 宽体客机预计也会配装国产的 AEF3500 发动机。随着国产航 空发动机研制水平不断提升,民用飞机配套有望实现突破,将为国产航 空发动机带来长期发展空间。

  航空制造业整体受疫情影响较大。航空“转包”生产是全球航空飞机及 发动机制造商普遍采用的一种基于“主制造商-供应商”的供应链合作模 式。按照国际航空发展规律,航空飞机及发动机产品的输出方(如波音、 GE 等)至少得向输入市场转包生产不低于 20%的零部件转包生产份额, 即“补偿贸易额度”。近年来,国际与国内航空转包市场不断发展,2019 年,国际航空转包市场规模达 235 亿美元,国内民用航空零部件转包市 场规模达 19 亿美元(以人民币汇率 1:6.46 计算),占比达 8%以上。

  据前 瞻产业研究院统计,2020 年受疫情影响,空客公司的飞机交付数量由 2019 年的 863 架减少到 566 架,同比下降 34%;而波音年总交付量仅为 157 架,进一步大幅下降 58%,创下了自 1977 年以来年度交付量的最低 纪录。订单层面,2020 年波音新增订单 184 架,取消订单 655 架,净订 单为-471 架,同比下降 295%;2020 年空客新增订单 383 架,取消 115 架,净订单 268 架,同比下降 65%。这也同样使得航空零部件转包受到 影响。据前瞻产业研究院测算,到 2026 年,我国民航零部件转包市场规 模将达到 167 亿元。

  目前,国内企业承接航空国际转包业务,主要还是由中航工业和中国航 发两大军工集团的旗下个主机厂或成立的合资公司承担。民营企业在国 际转包业务市场上的份额不多,但参与广泛,发展势头迅猛。从承接的 对象来说,可大致分为两类,一类是直接参与国际化竞争、从国外飞机厂 商或发动机制造厂商直接转包;另一类是间接参与国际转包业务,即从 次级供应商承接任务。航发控制具备如航空发动机摇臂、飞控系统和燃 油系统滑阀偶件及其他精密零件的制造能力,并在航空零部件转包生产 中具备一定的竞争优势,将充分受益于国际航空制造业的回暖复苏。

  发动机控制系统及部件业务线:为实现我国百年强军梦,十四五期间, 我国先进军机放量,整个军用航空产业链呈现高度景气,以涡扇-10 为 代表的国产军用航空发动机将加速列装。公司作为国产航空发动机控制 系统的主要供应商,相关业务将加速增长,我们预计 2021-2023 年公司 该业务增速分别为 26.5%、27%、27%。随着业务规模扩大,毛利率有望 提升,预计 2021-2023 年公司该业务毛利率分别为 32.00%、32.00%、 32.30%。

  国际合作业务:2020 年受全球新冠疫情影响,民航制造业下游需求受到 较大影响,民航制造业受到剧烈冲击,公司的国际合作业务也同样出现 了萎缩,进入 2021 年,随着疫苗的逐步推广,疫情有望持续得到控制, 民航航运及民航制造业有望持续迎来复苏,我们预计 2021-2023 年公司 该业务增速分别为 15%、18%、22%。国际合作业务毛利率水平有望逐 步恢复到疫情前水平,预计 2021-2023 年公司该业务毛利率分别为 20.00%、20.20%、21.00%。

  非航民品及其他:公司的民品业务体量较小,有望保持稳定增长,我们 预计 2021-2023 年公司该业务增速分别为 5%、5%、5%。毛利率有望保 持在 2019 年水平上下,预计 2021-2023 年公司该业务毛利率分别为 30.50%、30.60%、31.10%。

  军品订单不及预期:公司的下游产品主要客户是军队,军队的采购需求 与国防预算和国际政治局势有较大关系。公司的军品订单存在不及预期 的可能性。

  产品交付延迟风险:公司的主要产品是用于军机或民航飞机,公司产品 的交付进度受下游飞机主机厂与发动机主机厂的交付进度影响较大。公 司的产品交付存在延迟的风险。

  市场空间测算偏差风险:研究报告中的市场空间测算均基于一定的假设条件,假设条件存在实际达不到的可能性,市场空间测算存在偏差的风 险。

  研究报告使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险:研究 报告中的数据和资料来自于公司招股书、公告、第三方研报等公开渠道。 公开资料更新频次存在不确定性,研报所用数据可能存在信息滞后或更 新不及时的风险。