民航飞机通常可分为干线客机、支线客机和通用航空飞机三大类。其中干线客机是指航行于主要城市之间的飞机,支线飞机是指座位数在50-110个座位的、航行于小城市之间的小型客机,通用航空飞机是指直升机,教练机、教灾机等干支线飞机以外的飞机。
一个完整的民航飞机的产业体系包括总装设计、飞机制造、市场营销、适航取证等多个方面。其中,与装备有关的是飞机制造这个环节,它又分为机体制造、发动机制造、系统设备制造、材料和标准件提供这4个方面。经过多年的国际转包,国内厂商已经完全具备了机体制造能力。例如,中国的支线客机ARJ21的机体制造就主要由中航工业的沈飞、成飞和西飞国际来承担。但在发动机、复合材料和机载设备方面,国内厂商与国外巨头的差距非常大,这里面有巨大的进口替代机会,以下分别讲述。
1.飞机发动机方面:价值的核心
飞机一般分为机体、发动机、机载设备和航空材料这4个部分。其中,发动机是飞机的心脏,在飞机各个部分的价值构成里,发动机约占25%,也就是说,一架价值1亿美元的大型飞机,它的发动机价值为2500万美元,经济价值惊人。
飞机发动机涉及气动热力学、结构力学、传热学、燃烧学、声学、控制和材料等众多学科,技术极其复杂,是典型的技术密集型产品。由于技术含量高,飞机发动机的研制周期非常长。美国第4代发动机F119花费了14年的时间。我国国产最新型的第3代涡扇发动机“太行”WS10更是历时18年。
飞机发动机可分为活塞式和喷气式两大类,其中,喷气式是主流。喷气式发动机中,涡轮风扇发动机是目前最先进、应用最广泛的发动机,其结构如下:
现代发动机追求更高的推重比、更低的耗油率、更高的可靠性和更低的全寿命期成本,这需要不断使用新材料、新工艺来提高发动机的性能和热效率。以涡轮风扇发动机为例,为了提高热效率,工程师们不断提高涡轮前温度,目前,世界上最先进的发动机F119的涡轮前温度已经达到1649-1760摄氏度,这对于高温合金材料的使用提出了极高的要求。
航空材料需要具备质轻、高强、高韧、抗疲劳、抗振动、耐高温、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等特点。飞机发 动机的要求更加苛刻,它需要在高温、高压、高转速和高负荷等苛刻条件下长期反复工作,这决定了其所需的材料必须更为优良。目前,飞机发动机使用的材料主要是镍基高温合金(40%-~50%)、钛合金(20%~30%)、特种钢和其他金属基复合材料、树脂基复合材料等。
由于金属材料的使用温度几乎达到极限,非金属材料将成为理想的替代物。目前,陶瓷基复合材料、金属间化合物、CIC复合材料由于密度小、强度大、耐高温等优良特点,成为最有潜力的高温材料,近年来得到了越来越多的应用。
飞机发动机市场极大,据前面的估算,未来20年,中国民航飞机的价值量将达到4 400亿美元,按照价值占比25%计算,我国将需要飞机发动机1 000多亿美元,市场空间巨大。但目前,大型民航飞机发动机基本被通用电气、普惠和罗罗公司所垄断。我国尚未有一型干线或支线客机是以国产发动机为动力的。
随着WS10 (“太行"发动机)的面世,我国飞机发动机与国外先进水平的差距开始缩小,这是我国第一款涡扇式发动机, 推重比之前的“昆仑”发动机提高了一个等级,为后续先进机型的研发打开了加速通道。
飞机发动机产业链可大致分为材料、专业部件、发动机整机装配、维修服务这4大环节。
材料方面:主要是高温合金、复合材料的投资机会。上市公司中,中国钢铁研究院旗下的钢研高纳在高温合金方面具有较强的技术研发实力。哈飞股份与空客成立了复合材料制造和研发中心,为空客提供复合材料。
专业部件方面:除了压气机、燃烧室、燃气轮机、尾喷管等主要部件外,发动机上还有许多附件系统,如控制系统、传动系统、燃油系统、冷却系统等。这些单元或系统提供商数量众多,中航工业集团通过资产收购的方式将其中同一类业务的公司整合在一起,这里面上市公司有:中航动控(机动力控制系统)、成发科技(传动系统)。
发动机整机方面:研发和制造能力最强的是航空动力,它作为中航工业集团下发动机的整合平台,近期正在注入黎阳航空动力、南方航空I业公司和西航集团试车、装配等相关资产,沈阳黎明也有望注入。
服务维修方面:这部分市场虽然很小,但毛利率很高。目前,国内最大的综合型航空技术服务企业是海特高新。
2.机载设备方面:技术差距较大,进口替代空间大
核心的机载设备如飞行控制系统、液压系统、燃油系统、通信系统、导航系统等决定了飞机的整体性能,技术[ ]槛较高,目前主要控制在少数欧美大厂种。例如美国罗克韦尔柯林斯国际公司的航电系统、汉胜的电源系统、派克汉尼汾公司的液压系统和燃油系统、霍尼韦尔公司的飞行控制系统等。出于安全性、经济性方面的考虑,整机制造商往往会选择相对固定的机载设备供应商。再加上机载设备的规模经济明显,所以毛利率水平很高。
我国机载设备在军机配备方面已经逐渐成熟,但是在民航飞机上竞争力不强,经济性、适航性与国际龙头企业差距甚大,目前连我国支线客机ARJ21的机载设备都是全部由国外供应商供应。
为提供国产化率,中国商飞在选择大飞机的供应商上确定了三个原则:
(1)对于航电、飞控、电源、燃油和液压系统,要求国外供应商与国内供应商成立合资公司,外方负责产品的技术、系统集成和适航取证,合资公司负责制造。
(2)对于加速处理器、环控、起落架、照明、防火、机电综合、氧气等机电系统,鼓励国内供应商与国外供应商进行系统级和设备级合作研发。
(3)鼓励国内企事业单位以转包生产方式与国外供应商合作。
在大型飞机系统设备国产化过程中,上市公司中航电子、中航光电受益于航电设备,中航动控受益于控制系统,中航精机和中航黑豹受益于机电设备。