（报告出品方/作者：光大证券，刘宇辰、王凯、杨硕）

1.1、“工业皇冠上的明珠”，国家安全重要保障

航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，利用航空燃油等化石燃料在发动机内燃烧生成的热量推动机械输出能量。航空发动机是飞机，火箭等各类飞行器的核心装备，是各类飞行器乃至整个航空工业的动力之源。由于高温、高压、高转速、长工作时间的恶劣工作环境特点，造就了航空发动机的高技术壁垒，航空发动机又被誉为“工业皇冠上的明珠”。航空发动机产业的良好发展是一个国家强劲的工业基础、完整的产业集群，以及先进的基础科学的集中表现。一方面，在国际形势风云变幻，“百年未有之大变局”的时代背景下能够实现自主创新的航空工业是保障国家安全的核心要素；另一方面，航空发动机产业链长，覆盖面广，涉及机械、材料电子、信息等诸多行业，对基础工业和科学技术的发展有巨大带动作用和产业辐射效应。

目前世界商用航空发动机市场主要被欧美少数几家公司垄断，而在军用航空发动机上，我国虽已实现自主突破，但在关键性能指标上仍有较大差距。1）商用发动机方面，根据《CommercialEngines》的数据，年全球总共交付台商用航空发动机，全部被GE、CFM、PW和罗罗占据；2）军用航空发动机方面，我国核心主力机型仍与国外先进机型存在代次差异。

1.2、涡喷到涡扇，未来是自适应循环

航空发动机的发展主要经历了年-年的活塞式发动机时代和年至今的喷气式发动机时代。随着技术的进步，活塞式发动机已经被基本淘汰，仅在中小型低速通用飞机、军用中低空无人机等小型飞行器上有少量应用。喷气式发动机可以分为火箭式发动机以及空气喷气式发动机，其中空气喷气式发动机又可以按照有无压气机和推力产生原理的分类标准细分为冲压式喷气发动机、脉动式喷气发动机、涡喷发动机、涡轴发动机、涡桨发动机、涡扇发动机等不同类型。

得益于推力大、耗油率低的特点，涡轮风扇发动机逐步成为目前航空发动机的主流。涡轮喷气发动机与涡轮风扇发动机的相同之处在于都是直接反作用式喷气发动机，但两者结构上的差异主要是：涡轮喷气发动机前端是压气机，而涡轮风扇发动机的前端是风扇；涡轮喷气发动机是单涵道，而涡轮风扇发动机有内外两个涵道，内涵道部件与涡喷发动机基本相同，外涵道的风扇由内涵道的转子带动旋转，所以，涡轮风扇发动机具有涡轮喷气发动机所没有的气动参数“涵道比”，指的就是外涵道空气流量与内涵道空气流量之比。涡轮风扇发动机之所以成为目前航空发动机的主流，主要得益于它的两大显著优点：1）推力大，涡轮喷气发动机的推力来自尾喷管喷出的高速燃气流产生的反作用力，而涡轮风扇发动机的推力是内外两个涵道高速喷流产生反作用力的总和，所以，在核心机相同条件下，涡轮风扇发动机的推力明显大于涡轮喷气发动机。（eg.J79涡喷发动机推重比4.7，推力83kNvs.F-PW-涡扇发动机，推重比7.4，推力kN）；2）油耗低，涡轮风扇发动机有内外两个涵道，它的总空气流量比单涵道的涡轮喷气发动机大，排气速度又低于涡轮喷气发动机，并且提高了发动机的增压比和涡轮前温度，因此涡轮风扇发动机的耗油率至少比涡轮喷气发动机低约15%～20%，推进效率提高。

下一代先进战机发动机。年5月13日，GE航空集团宣布首台XA自适应循环发动机已经完成测试，试验结果与预测的一致，并实现了美国空军自适应发动机转化（AETP）项目的关键指标。GE航空集团还演示验证了发动机高推力和高效率两种不同模式，以及在这两种模式之间的无缝转换，此项核心能力将在最大程度上满足战斗机在不同飞行状态下的推力和效率需求。通过3项创新：1）变循环关键技术；2）三涵道结构；3）先进部件技术，XA-GE-发动机为其配备战机提升50%的留空时间、30%的航程、25%燃油效率、10%的推力。XA代表着全新的航空发动机设计原理，相比于F/F具备代次优势。按照双S形曲线创新模式，美军战斗机发动机的发展，在经历从F/F到F/YF以及F/F的第1条S曲线内的常规涡扇发动机渐进创新发展之后，跃迁到了自适应发动机时代，从而进入了第2条S曲线的突破性创新发展。

1.3、材料与核心零部件的发展，推动发动机代次更迭

1.3.1、一代材料，一代发动机

一代材料，一代航空发动机。材料是决定航空发动机性能、耐久性/维修性和成本的重要因素之一，航空发动机性能改进的50%～70%依靠新材料带来的性能提升。新材料、新工艺和新结构对推重比12～15发动机的贡献将达到70%～80%，其中复合材料的用量可达到15%～20%。

航空发动机早期采用铝合金、镁合金、高强度钢和不锈钢等制造；后期为适应增加发动机推力、提高飞机飞行速度的需要，钛合金、高温合金和复合材料相继得到应用。目前，钛合金和高温合金由于其在航空航天领域优秀的性能，在航空发动机关键零部件得到了广泛应用。复合材料作为运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，可以根据不同的使用场景研制不同成分的复合材料以满足发动机不同部位的需求，被视为未来航空发动机材料发展的重要方向。

根据前瞻产业研究院的数据，航空发动机制造成本中50%来自原材料成本，而其中钛合金、高温合金价值量占比较高，分别约30%/35%。

钛合金——应用广泛，需求快速提升

航空领域，钛合金是飞机和发动机的主要结构材料之一，主要用于飞机的起落架部件、机身的梁、框和紧固件等，发动机风扇、压气机、叶片、鼓筒、机匣、轴等，以及直升机桨毂、连接件等。近年来，国内航空航天钛材销量持续增长。随着国内军用新机型的定型批产，年钛材销量增速明显加快，达到吨，同比增长54.09%，年钛材销量持续维持高速增长，达到吨，同比增长32.81%。

高温合金——核心机关键材料

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料；并具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。高温合金是制造航空航天发动机热端部件的关键材料，是航空航天材料的重要成员，也可以广泛应用在石油化工、电力、冶金等领域。高温合金自诞生以来，从原来的铁、镍、钴为基，不断发展和演变，以及引入新的加工工艺，从传统的铸造高温合金和变形高温合金，发展出粉末高温合金、氧化物弥散强化（ODS）合金、金属间化合物等新型高温合金，从而大大扩展了高温合金的内涵。

高温合金由于其优良的耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等性能，已经逐步应用到电力、汽车、冶金、玻璃制造、原子能等工业领域，从而大大提升了市场对高温合金的需求。随着高温合金材料的发展，新型高温合金材料的出现，高温合金的市场需求处于逐步扩大和增长状态。

复合材料——未来发动机材料升级的方向

随现代新型战机对航空发动机性能要求的进一步提高，传统金属材料的应用占比或将受到抑制，而金属基、陶瓷基以及树脂基为代表的符合材料的应用占比可能会快速提升。参考美国GE公司的自适应通用发动机技术计划中，GE航空集团在低压涡轮和高压涡轮前缘采用了陶瓷基复合材料。在后续的自适应发动机技术发展项目中，陶瓷基复合材料的应用进一步扩大，在高压涡轮导向叶片、排气部件上都有应用。而在树脂基复合材料的探索中，GE于年完成全尺寸树脂基复合材料部件的评估，主要应用于航空发动机冷端：风扇叶片、风扇机匣、风扇帽罩等，相比于金属材料，具有较强的减重优势。相交于传统金属材料，复合材料优势明显：1）复合材料具有更高的极限工作温度，契合新型发动机对极致工作性能的追求；2）树脂基等复合材料有较强的减重优势，带来经济效应明显。

隐形涂层——高代次航空器隐身性能的保障

空战中飞机损失的原因大部分是由于飞机被观测。降低平台特征信号，就降低了被探测、识别、跟踪的概率，因而可以提高生存能力。目前隐身涂料按其功能可分为雷达隐身涂料、红外隐身涂料、可见光隐身涂料、激光隐身涂料、声纳隐身涂料和多功能隐身涂料等。隐身材料的未来发展趋势必然是围绕传统探测器和即将发展起来的新型探测器展开，进一步扩展隐身材料在更宽角度、更宽频段的隐身性能，全方位、全频谱隐身不断努力。隐身材料未来发展趋势可以归纳为以下三个方面：

1）耐高温隐身材料：武器装备高温部件结构特殊、使用温度高，在战场上是极易被探测系统发现和识别的薄弱部件，由于服役环境恶劣，应用于这些部位隐身材料的隐身性能、耐温性能、力学性能以及化学性能稳定性等都极难满足，并且随着更高推重比和高超声速武器的发展，对高温隐身材料的要求越来越高、需求不断提升。因此，耐更高温度的隐身材料的研制开发和应用是隐身材料发展的重点方向。

2）结构隐身复合材料：结构隐身材料由于隐身-承载一体化的优异性能备受

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