2017年中国航空军工装备制造业竞争格局及市场化程度分析（图）

航空军工装备 2017-09-25 02:44

（1）航空装备制造业概况

飞机被称为“工业之花”和“技术发展的火车头”，产业链长，覆盖面广，在保持国家经济活力、提高公众生活质量和国家安全水平、带动相关行业发展等方面起着至关重要的作用。

航空发动机被誉为工业皇冠上的明珠，主要包括涡扇/涡喷发动机、涡轴/涡桨发动机及传动系统、活塞发动机，对国民经济和科技发展有着巨大带动作用，集中体现国家综合国力、工业基础和科技水平，是国家安全和大国地位的重要战略保障。

（2）“军民融合”背景下航空装备制造业发展机遇

2015年3月，习近平总书记首次提出要“把军民融合发展上升为国家战略”；“十三五”规划也明确提出“实施军民融合发展战略，形成全要素、多领域、高效益的军民深度融合发展格局”。2016年3月，习近平总书记主持召开中共中央政治局会议，审议通过《关于经济建设和国防建设融合发展的意见》，会议正式把军民融合发展上升为国家战略。

航空装备从终端用途分类，可分为军用与民用两类。两类装备对产品性能要求有一定的差别，但在设计制造及技术研发上存在很多的通用性、共享性。纵观航空工业发展历史，许多新技术、新机型的研发及应用都经历了“军转民”的产业发展过程，呈现出“军事需求引领产业进步，产业进步带动民间需求，民用工业反哺军事工业”的循环过程。

（3）军用航空领域发展趋势

①“军改”对空军和海军航空兵的装备数量和质量提出更高要求

近年来，国际局势不确定性剧增，我国台湾海峡及周边朝鲜半岛和南海局势已对我国国家安全形势形成重大战略挑战。在此情势下，中央军委于2016年2月启动“军改”，将原七大军区改为五大战区，全军工作紧紧围绕着“能打战、打胜仗”的核心思想，形成“军委管总、战区主战、军种主建”的管理作战体制，设立独立的陆军军种指挥机关，改变了建军以来长期的“大陆军主义”国防建设思路。
在新时代的军队建设中，我国安全理念已沿着“本土防御--近海防御--全球防御”的路径逐步发展，未来军队建设的主要思路将是海空联合作战以及外线战略投送。因而，装备发展的重点将包括能够夺取制空权的先进战斗机以及远程大型运输机，这对我国航空工业制造能力将提出越来越高的要求。

根据美国国防部2017年6月估算，2016年我国解放军空军装备约1700架战斗机、400架轰炸机/攻击机以及475架运输机。在解放军空军战斗机序列中，第三代战斗机（包括苏27系列及歼10系列）约600架，大量第二代及更老旧机型急需更换，预计未来解放军空军战斗机将以第三代及第四代战斗机为主要装备。目前，第四代战斗机代表歼20与歼31战斗机已公开亮相。此外，大型运输机运20正式进入解放军现役，随着中国海外利益重要性上升，作为战略投送能力代表的运20大型运输机需求可能会较为可观。

②经济发展有力支持军队建设

随着我国经济实力的不断增强，国家越来越有能力发展一大批新型武器装备，近年来我国国防支出一直保持着相对较高的增速以支持军队的现代化建设。

1980年后中国国防开支

资料来源：公开资料整理

相关报告：智研咨询发布的《2017-2023年中国航空发动机产业全景调研及发展前景预测报告》

在武器装备序列中，海空军装备对国防开支的要求更高。随着新一代各型武器的列装，国防开支未来有望持续保持较快的增长速度。另一方面，与世界主要国家相比，我国国防支出占GDP比例仍较低，经济发展水平能够支持军队建设的持续推进。

冷战后世界各主要国家军费占GDP比例/%

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（4）民用航空领域发展趋势

在国民经济快速发展和综合实力不断提高的经济形势下，我国对航空运输和通用航空服务的需求也在快速增长，航空工业发展的市场空间十分广阔。根据工业与信息化部预计，在未来10年中，全球将需要干线飞机1.2万架、支线飞机0.27万架、通用飞机1.83万架、直升机1.2万架，总价值约2万亿美元；我国将需要干线飞机和支线飞机1940架，价值1.8万亿元；同时，随着我国空域管理改革和低空空域开放的推进，国内通用飞机、直升机和无人机市场巨大。未来10年全球涡喷/涡扇发动机需求量将超7.36万台，产值超4160亿美元；涡轴发动机需求量超3.4万台，总产值超190亿美元；涡桨发动机需求量超1.6万台，总市值超150亿美元；活塞发动机需求量将超3.3万台，总市值约30亿美元。

飞机制造业年销售收入

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民用航空工业飞机制造产值及年交付架数

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（5）飞机机身结构件发展概述

一百多年来，飞机设计和制造能力取得了巨大的进步，尤其是两次世界大战及冷战阶段军备竞赛对航空工业的发展起到了极大的促进作用，推动了大量关键技术的开发及应用。

飞机选材、用材的思想和原则主要受到飞机整体设计思想演变的影响。早期的飞机设计仅考虑到飞机的静强度要求，在设计中引入安全系数，使用载荷乘以该安全系数后作为设计载荷，所设计构件的工作应力应低于构件选材的许用应力，即在设计载荷下不发生结构破坏，在使用载荷下不产生永久变形。这种静强度设计思想要求结构材料要具有高强度和高模量指标。随着飞机低空高速飞行的要求越来越高，飞机结构在保证静强度的同时必须由足够的刚度，以克服大表速引起的静、动气动弹性问题。1954年英国“彗星”号飞机空中解体事故引起了飞机设计思想的革命性转变，设计界改变了单纯追求材料强度的倾向，开始重视材料的疲劳性能，强调材料的韧性和抗应力腐蚀性能。铝合金和高强度钢可以满足机体结构的静强度与刚度要求，但在韧性和抗应力腐蚀方面，钛合金是更好的选择，从美国近三十年空军战斗机选材上可以看到这一趋势：

机种	设计年代	铝合金%	钛合金%	复合材料%	钢%
F-14	1969	39.4	24.4	1	17.4
F-15	1972	34.4	26.1	1.6	3.3
F-15E	1984	49	32	2	8.5
F-16	1976	83.2	5.2	2.7	1.3
F/A-18	1978	49	13	10	15
F/A-18E/F	1992	31	21	19	14
F-22	1989	15	41	24	5

资料来源：公开资料、智研咨询整理

钛合金的使用是近二十年来飞机设计与制造行业内的新趋势，这一革命性变化与历史上航空业涌现出的历次技术革新一样，均以军事需要为牵引研发应用新技术、新材料，在成熟并达到一定经济性后再运用于民用领域。

选用钛合金作为飞机结构件的优势有如下四点：

①结构减重。减重效果直接决定飞机综合成本的高低。钛合金比同等强度的钢的密度低4O%，用钛合金代替钢和镍基合金甚至高强度钢时，能够大量减重。

②突破体积限制。当结构载荷比较高、采用铝合金又受到结构空间限制时，强度较高的钛合金成为较理想的材料。波音飞机上采用非常大的钛合金锻件以降低结构体积，例如波音757和747的起落架、框、梁。

③耐高温。较高的工作温度也是钛合金的一大优势。传统铝合金仅能适用于13O～150℃，在高温区域，采用钛合金更适宜，可以提高结构效率。钢和镍基合金也可以选用，但是这两种材料密度都比钛合金大。

④耐腐蚀。钛合金具有优良的耐腐蚀性，使其在腐蚀严重区域得以大量应用。实际上钛合金在民用飞机运营环境中，几乎不会发生腐蚀现象。在易腐蚀区域，如位于厨房和盥洗室下的地板支持结构，钛合金可取代铝合金用于连接座椅和地板。

早期制约钛合金运用的主要因素在于冶炼成本及加工成本长期居高不下，以当今世界上最为先进的战斗机美国空军装备的F22为例，其钛合金使用比例高达41%,单机造价2009年时1.5亿美元，以至于美军不得不将装备数量由计划750架删减至187架。随着冶炼及锻造技术的进步，钛合金使用范围逐渐扩大，现已成为飞机设计与制造界的宠儿。

（6）航空发动机盘件概述

航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，被誉为“工业皇冠上的明珠”，为航空器提供飞行所需动力。航空发动机诞生一百多年来，主要可分为两个发展阶段：活塞式螺旋桨发动机、喷气式发动机。二战后，喷气式发动机经过涡轮喷气式发动机到涡轮风扇式发动机的发展历程逐步走向成熟，并向低涵道比的军用加力发动机和高涵道比的民用发动机的两个方向发展，现今已经成为几乎所有固定翼飞机的动力装置。同时，涡轮式发动机也演化成涡轮轴发动机，成为现代直升机的主要动力选择。

涡轮风扇式发动机主要由风扇、压气机、燃烧室、涡轮等几个部分组成，各部分均呈圆周对称状态。动力由风扇及涡轮后喷气共同提供，民航及大型亚音速飞机使用的大涵道比发动机主要由风扇提供动力，喷出的燃气仅是辅助，军用高速小涵道比发动机的动力则主要由涡轮后燃气提供，风扇作为辅助动力。

涡轮风扇式发动机的盘件主要包括风扇、压气机、涡轮及部分型号中的燃烧室。其中，风扇一般由钛合金或复核材料制作，对材料的韧性及耐腐蚀、抗疲劳性能要求较高，但对耐高温性能要求较低。多级压气机将空气压缩送入燃烧室，前部低级压气机一般由钛合金制作，后部高级压气机由高温合金制作。燃烧室产生燃气后推动涡轮，涡轮再通过转子带动前部风扇及压气机，完成进气、压缩、燃烧这一连续过程。涡轮作为发动机产生动力的核心部件，由特种高温合金通过定向结晶、锻造、镗铣等复杂工艺流程制造，需要在高温、高压、高速转动中持续工作，必须具备极强的抗震动、抗疲劳、耐高温、耐腐蚀的性能，这对材料选用及制作工艺的要求极高，因而涡轮属于构成发动机制造能力瓶颈的关键部件。

目前，制作发动机涡轮的主要材料是高温合金。一般来说，高温合金是能够在600℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料。高温合金是为了满足现代航空发动机对材料的苛刻要求而研制的，至今已成为航空发动机热端部件不可替代的一类关键材料。在先进的航空发动机中，高温合金用量所占比例已高达50%以上。

（7）锻造工艺概述

锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。

根据成形机理，锻造可分为自由锻、模锻、辗环。

工艺名称	工艺描述	工艺特点
自由锻	指用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。	所用工具和设备简单，通用性好，成本低。锻件形状简单，操作灵活。
模锻	模锻又分为开式模锻和闭式模锻。金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件	①由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比较复杂。 ②锻件内部的锻造流线按锻件轮廓分布，从而提高了零件的力学性能和使用寿命。 ③操作简单，易于实现机械化，生产率高。
辗环	辗环是指通过专用设备辗环机生产不同直径的环形零件；辗环实际上是径向轧制，即通过轧制将带孔的坯料，厚度辗薄，直径扩大成环形零件	与传统的模锻比较，其优点为： ①设备吨位小。由于是回转成形，接触面积小，故轧制压力大幅减少，所用设备重量显著下降。 ②可以做大型环类零件。例如直径10m、高度4m的反应堆容器加强环，除碾环工艺外，其他工艺是很难完成的。 ③材料利用率高。没有模锻飞边与拔模斜度，尺寸精度高。 ④内在质量好。碾环变形为径向压缩，周向延伸，金属纤维沿环件周围连续分布，有利于环形零件的承载与耐磨性能。

资料来源：公开资料、智研咨询整理

（8）航空锻造工艺与设备

现代航空工业已广泛使用钛合金、铝合金、高温合金用作为机体与发动机的主要材料，以适应现代航空器的高性能要求。由于航空用金属部件尺寸大，且对金属部件内部微结构要求高，常规的锻造、切削、镗铣等加工方法难以满足工艺要求，或者会导致废品率高、效率低下。

为迎应现代航空工业金属部件的加工要求，大压力模锻液压技术应运而生。早在第二次世界大战以前，德国为了发展航空工业，制造战斗机需要的航空铝合金锻件，于1934年研制了70MN模锻液压机，并于二战期间又先后制造了300MN模锻水压机1台、150MN模锻水压机3台。在二战激烈的空战中，各参战方通过实战发现，模锻液压机对于空军装备的质量及生产能力十分重要。因而，二战后美苏在获得德国模锻液压机实物的基础上陆续发展研制出一大批性能优异的大吨位模锻液压机。

大型模锻液压机对于现代航空工业的发展十分重要，往往成为制约一国航空工业能力的瓶颈，甚至能直接决定某个飞机型号是否可行。例如，当今世界上最大的客机A380，其使用的钛合金起落架必须由俄罗斯750MN模锻液压机加工，西欧尚不具备此加工能力。

资料来源：公开资料整理

我国大吨位模锻液压机的装备历史始于1967年，由中国第一重型机器厂建造300MN级模锻液压机，装备于重庆西南铝加工厂（冶金部112厂），该设备于1973年投产，使用至今。近年来，在国防工业迅速发展的时代背景下，我国陆续装备了中国第二重型机械集团公司德阳万航模锻有限责任公司800MN模锻液压机，以及三角防务400MN模锻液压机，有力的支持了我国航空工业和国防装备的发展。

（9）行业竞争格局和市场化程度

军工锻件产品制造行业内企业主要包括国有大型军工企业或其下属科研院所和民营军品生产企业，国有大型军工企业凭借其技术实力、资金实力、规模优势，成为军工产品的主要生产商，竞争优势显著，而少数具有军品生产资质的民营企业更多集中在产品配套领域。随着国家国有军工企业的改革深化，国家鼓励具有自主研发实力的民营企业逐步参与到高端军工产品的市场竞争中，具有研发实力和资金实力的民营企业有望进一步提高自身的竞争能力。

军工产品在设计定型时，设置备份供应商的同时会尽量将供应商选择范围控制在一定数量内，多数情况下只会指定2-5家供应商，以保持产品的安全性、稳定性和一致性。因此，军品民营企业只要不断提高技术水平、保证产品质量、与客户密切合作、与客户共同进步，在国防军工持续发展的前提下，将会不断发展壮大，市场竞争力将不断增强。

（10）行业内的主要企业情况

行业内主要企业情况如下表所示：

序号	企业名称	简介
1.	中航重机	中航重机股份有限公司隶属中国航空工业集团公司，以航空技术为基础，建立了锻铸、液压、新能源投资三大业务发展平台，积极发展高端宇航锻铸造业务、高端液压系统业务、高端散热系统业务，新能源投资业务以大力发展风力发电和垃圾焚烧发电等为主业，辅以新能源相关领域关键技术和产业的投资。公司产品大量应用于国内外航空航天、新能源、工程机械等领域，成为了中国具有较强竞争力的高端装备基础制造企业之一。
2.	中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司	中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司是中国机械工业集团下属中国二重集团公司的全资子公司。公司装备有800MN模锻液压机，以研制生产航空锻件为主导产品，产品覆盖航空、航天、能源、舰船动力、铁路、汽车、起重等国民经济的重要行业。公司具备各类大型模锻件、大型模具的制造能力以及模锻件的粗加工和成台套机械产品的生产能力，并可完成各种类型的热处理和表面处理工艺。