航空叶片专题研究：中国制造，迈进万亿规模航空发动机叶片市场.pdf

识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1 / 36 Table_Page 行业专题研究 |通用机械 2019 年 9 月 23 日 证券研究报告 Table_C ontacter 本报告联系人： 袁晓宣 021-95575301 yuanxiaoxuangf Table_Title 航空叶片专题研究 中国制造 ， 迈进万亿规模 航空发动机叶片 市场 Table_Author 分析师： 刘芷君 分析师： 罗立波 分析师： 赵炳楠 SAC 执证号： S0260514030001 SFC CE.no: BMW928 SAC 执证号： S0260513050002 SAC 执证号： S0260516070004 SFC CE.no: BOF532 021-60750802 021-60750636 010-59136613 liuzhijungf luolibogf zhaobingnangf 请注意，罗立波并非香港证券及期货事务监察委员会的注册持牌人，不可在香港从事受监管活动。 Table_Summary 核心观点 ： 前言： 透平叶片是透平机械（如汽轮机、燃气轮机、水轮机等）中用以引导流体按一定方向流动，并推动转子旋转的重要部件。透平机械中最具技术含量和产业价值的航空发动机被誉为是“现代工业的皇冠”，其相关的叶片制造被誉为是“皇冠上的明珠”。对于航空叶片，随着中国航空产业的进步，国内叶片生产商在国际市场中的参与度不断提升，逐步迈进航空叶片制造的万亿规模市场的大门。 涡轮叶片是涡扇发动机的关键性零件，占涡扇发动机叶片总价值的 60%以上 涡扇发动机广泛应用于战斗机、运输机、客机、无人机，是目前最为核心的航空发动机。各类叶片（包括风扇叶片、压气机叶片、涡轮叶片）是涡扇发动机的核心部件，占据发动机制造 30%以上的工作量；其中，风扇 /压气机叶片属于冷端部件，多使用钛合金材料，复合材料用量在不断加大；涡轮叶片属于热端部件，使用高温合金等材料，通过精密铸造加工而成，是涡扇发动机中制造难度和制造成本最高的叶片，占涡扇发动机叶片总价值的 60%以上。 全球叶片市场空间超万亿规模， 国产锻造叶片具备成本优势，产业向国内转移；涡轮叶片 加速突破 根据我们的测算， 预 计 2019-2028 年全球涡扇发动机叶片市场规模为 1803 亿美元， 其中 涡 轮 叶片市场规模为1153 亿美元。 目前， 空心叶片、复材叶片市场由欧美企业主导，国际航空发动机巨头拥有直属工厂；锻造叶片产业正向中国转移，航发动力、航亚科技、无锡透平等公司先后获得锻造叶片大单；国产涡轮叶片进步显著，航发精铸、应流股份等多家公司涡轮叶片实现突破，发展空间较大。 国内产业链加速突破，优质公司呈现快速发展 随着国内 企业的技术逐步突破，部分产品已经通过下游客户认证，进入放量阶段。 根据相关公告， 应流股份 与国内外众多领先客户签署了长期战略合作协议 ； 航亚科技为主流商用发动机 CFM56-7B 及 CF34 提供批产叶片装机交付；并全面参与国际最新一代民用航空发动机（ LEAP）压气机叶片研制及生产 。 2018 年航亚科技、江苏永瀚、应流股份、鹰普精密来自航空领域的收入分别 为 136、 156、 88、 256 百万元，分别同比增长 57%、 76%、 88%、29%。 投资建议： 随着中国航空产业的进步，国内叶片生产商也在产业链中崭露头角：锻造叶片已有初步向中国转移的趋势，航发动力、航亚科技、无锡透平等公司先后获得国际客户锻造叶片大单；精铸 叶片虽长期被欧美垄断，但是近年国内企业也获得显著的进步，航发精铸、应流股份等多家公司涡轮叶片实现突破，发展空间较大。目前国内军品列装加速，民航需求较大，航空叶片具有较大发展空间。重点推荐持续投入高温合金叶片业务，有望迎来发展拐点的应流股份（ 603308.SH） 。 此外也推荐 关注 以结构件为主、航空业务收入占比提升的鹰普精密（ 01286.HK） 风险提示 ： 技术研发风险、企业经营风险、产业化进度低于预期风险。 Table_Report 相关研究 ： 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 2 / 36 Table_PageText 行业专题研究 |通用机械 Table_impcom 重点公司估值和财务分析表 股票简称 股票代码 货币 最新 最近 评级 合理价值 EPS(元 ) PE(x) EV/EBITDA(x) ROE(%) 收盘价 报告日期 （元 /股） 2019E 2020E 2019E 2020E 2019E 2020E 2019E 2020E 应流股份 603308.SH CNY 12.01 2019/09/08 买入 13.20 0.33 0.49 36.39 24.50 15.95 12.57 4.77 6.66 鹰普精密 01286.HK HK 3.45 2019/08/14 买入 4.56 0.35 0.42 9.86 8.21 5.97 5.26 13.87 15.01 数据来源： Wind、广发证券发展研究中心 备注 ：表中估值指标按照最新收盘价计算 ；应流股份 EPS 单位为人民币，鹰普精密 EPS 单位为港币。 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 3 / 36 Table_PageText 行业专题研究 |通用机械 目录索引 一、涡轮 叶片是涡扇发动机的关键零件 . 6 1.1 涡扇 发动机是最核心的航空发动机 . 6 1.2 涡扇发动机叶片制造难度大 ， 直接影响发动机性能 . 8 1.3 涡轮叶片在叶片中价值占比超过 50% . 10 二、万亿叶片市场：锻造叶片产业向中国转移 ，铸造叶片发展提速 . 11 2.1 涡扇发动机叶片市场稳增长，具有较高的进入壁垒 . 11 2.2 风扇 /压气机叶片市场出现分化，锻造叶片产业正向中国转移 . 15 2.3 精铸叶片（涡轮叶片）长期被欧美垄断 ，国内企业进步显著 . 16 三、 国内航空产业链加速突破 . 17 四、商业化起步，优质公司呈现快速发展 . 19 4.1 应流股份：传统业务稳健， “两机两业 ”兑现产业升级 . 19 4.2 鹰普精密：技术提升，面向航空 +医疗领域 . 23 4.3 航亚科技：下游客户集中，压气机叶片陆续释放产能 . 26 4.4 江苏永瀚：精铸技术国际领先 . 29 4.5 透平叶片：以能源起步，进军航空 . 31 4.6 万泽股份 ：向高温合金领域积极转型 . 32 五、投资建议和风险提示 . 34 5.1 投资建议 . 34 5.2 风险 提示 . 34 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 4 / 36 Table_PageText 行业专题研究 |通用机械 图表索引 图 1：典型涡扇发动机内部结构图 . 6 图 2：航空发动机分类 . 7 图 3：中国航空发动机发展历程 . 8 图 4：涡扇发动机叶片情况 . 8 图 5：航空发动机大部件价值构成 . 10 图 6：航空发动机叶片价值构成 . 10 图 7：全球军用发动机市场 2018-2028 年情况 . 12 图 8： 2018-2028 年全球军用航空发动机市场价值构成（按发动机类型） . 12 图 9： 2018-2028 年全球军用航空发动机市场价值构成（按地区） . 12 图 10： 2018-2037 年全球干线客机市场需求 . 13 图 11： 2018-2037 年中国干线客机市场需求 . 13 图 12：各公司主要产品应用于航空发动机的环节 . 17 图 13：主要供应商航空领域营业收入对比（百万元） . 18 图 14：主要供应商航空业务收入增速对比 . 19 图 15：主要供应商航空业务毛利率对比 . 19 图 16：公司营业收入构成（百万元）及增速 . 20 图 17：公司归母净利润（百万元）及增速 . 21 图 18： 2018 年公司下游营业收入构成（百万元）及增速、毛利率 . 22 图 19：固定资产与在建工程（百万元） . 23 图 20：鹰普精密发展历史 . 24 图 21：鹰普精密各业务市场地位 . 24 图 22：鹰普精密营业收入（百万港币）及增速 . 25 图 23：鹰普精密经调整后的净利润（百万港币）、增速及净利率 . 25 图 24：鹰普精密来自航空、医疗领域的收入（百万港币）及增速 . 26 图 25：鹰普精密终端应用占比变化 . 26 图 26：航亚科技主要产品 . 27 图 27：公司上市以来的重大发展事件 . 27 图 28：航亚科技 2016-2018 年营业收入（百万元） . 28 图 29：航亚科技 2016-2018 年净利润（百万元） . 28 图 30：航亚科技 2016-2018 年分项业务毛利率 . 29 图 31：航亚科技 2016-2018 年营业收入构成（亿元） . 29 图 32：江苏永瀚股权结构图 . 30 图 33：江苏永瀚主要产品 . 30 图 34：江苏永瀚营业收入和净利润（百万元） . 31 图 35：江苏永瀚资产总计（百万元） . 31 图 36：无锡透平叶片主要产品 . 32 图 37：万泽股份业务布局情况 . 33 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 5 / 36 Table_PageText 行业专题研究 |通用机械 表 1：风扇叶片、压气机叶片情况 . 9 表 2：各代发动机涡轮叶片 . 9 表 3： CFM56 发动机叶片结构拆分 . 11 表 4： 2019-2028 年涡扇发动机叶片市场空间预测 . 14 表 5：全球航空发动机风扇 /压气机叶片生产企业 . 15 表 6：全球航空发动机涡轮叶片生产企业 . 16 表 7：航空新材料及零部件领域主要供应商及其产品特点 . 17 表 8：航空航天新材料及零部件在手订单情况 . 21 表 9：公司募集资金使用计划（金额单位：万元） . 22 表 10：航亚科技 2018 年主要客户情况 . 28 表 11：无锡透平叶片有限公司发展历史 . 31 表 12：万泽股份剥离地产及其他业务情况 . 33 表 13：公司募集资金使用计划（金额单位：万元） . 34 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 6 / 36 Table_PageText 行业专题研究 |通用机械 透平叶片是透平机械（如汽轮机、燃气轮机、水轮机等）中用以引导流体按一定方向流动，并推动转子旋转的重要部件。装在壳体上的叶片称静叶片或导叶，装在转子上的叶片称为动叶片。 透平机械中最具技术含量和产业价值的 航空发动机被誉为是“现代工业的皇冠”，其相关的叶片制造被誉为是“皇冠上的明珠”。 实际中，由于应用条件和生产工艺类似，航空叶片也多用于大型燃气轮机 。但相比燃气轮机，航空叶片在耐高温高压、寿命可靠性、产品一致性等方面要求更高。对于航空叶片， 随着中国航空产业的进步，国内叶片生产商在国际市场中的参与度不断提升，逐步迈 进航空叶片制造的万亿规模市场的大门。 一、涡轮 叶片是涡扇发动机的关键零件 1.1 涡扇 发动机是最核心的航空发动机 航空发动机是一种十分复杂的热力机械，是航空工业的核心 。航空发动机结构十分复杂，一台现代发动机拥有上万各零部件，需要在高温、高压、高转速和交变负荷的极端恶劣条件下长时间可靠工作。全球能够自主研制航空发动机的国家只有美国、英国、法国、俄罗斯和中国。航空发动机是一国科技水平、工业水平和综合国力的重要标志。 图 1：典型涡扇发动机内部结构图 数据来源：大国重器栏目，广发证券发展研究中心 从首次动力飞行至今，航空发动机的发展已有百年历史。 1903年 12月 17日，美国莱特兄弟实现了人类历史上首次有动力飞机的飞行，航空发动机登上历史舞台。在随后的一百多年中，其发展成为对世界政治、经济、军事和技术乃至人们的生活方式都有重要影响的行业。航空发动机的历史大致可分为两个时期： 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 7 / 36 Table_PageText 行业专题研究 |通用机械 第一个时期（从首次动力飞行至第二次世界大战结束）： 在这个时期，活塞式发动机占据主导地位达 40年左右。经过两次世界大战的推动，发动机的功率从不到 10kW增加到约 2500kW，同时让飞机的飞行速度从 16km/h提高到近800km/h。在第二次世界大战后，活塞式发动机逐步退出主要航空领域。 第二个时期（从第二次世界大战结束至今）： 60多年来，更大推力的燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机，航空发动机进入喷气时代。陆续出现了直接产生推力的涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机，以及通过传动轴输出功率的涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。新型发动机使得现代战机能突破声障和热障，最高速达到 3倍声速。 涡扇发动机广泛应用于战斗机 、 运输机 、 客机 、 无人机 ， 是最核心的航空发动机 。历经一百多年发展，航空发动机主 要分为涡扇发动机、涡喷发动机、涡轴发动机、涡浆发动机四类，其中 涡扇发动机广泛应用于战斗机、运输机、客机、无人机，占比在 95%以上，是目前最为核心的航空发动机。 图 2：航空发动机分类 数据来源：对我国军用航空发动机发展的思考（张恩和），广发证券发展研究中心 中国涡扇发动机处于发展期 ， 未来需求量较大 。 中国的航空发动机历经“引进 仿制 自主研发”，目前已全面进入涡扇阶段。中国的涡扇发动机目前处于发展期，WS-10历经多年发展，已较为稳定，是战斗机自主可控的动力源； WS-15、 WS-20仍处于研发中，列装后有望显著改善现有飞机的性能。根据空军“到 2035年初步建成现代化战略空军”的战略目标，我们认为，空军未来各型飞机需求量较大，从而带动涡扇发动机的需求增长。 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 8 / 36 Table_PageText 行业专题研究 |通用机械 图 3：中国航空发动机发展历程 数据来源：对我国军用航空发动机发展的思考（张恩和），广发证券发展研究中心 1.2 涡扇发动机叶片制造难度大 ， 直接影响发动机性能 叶片是涡扇发动机的核心部件，占据发动机制造 30%以上的工作量。 涡扇发动机大量应用钛合金、高温合金等高强度金属材料，极大地提高了发动机的综合性能；其中，涡扇发动机的各类叶片（包括风扇叶片、压气机叶片、涡轮叶片）所处恶劣，由高强度金属材料加工而成，且结构日趋复杂，制造难度较大，是涡扇发动机制造的瓶颈。各类叶片的制造占据整个发动机制造 30%以上的工作量。 图 4：涡扇发动机叶片情况 数据来源：赛峰集团 官网 ，广发证券发展研究中心 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 9 / 36 Table_PageText 行业专题研究 |通用机械 风扇 /压气机叶片属于冷端部件，多使用钛合金材料，复合材料用量在不断加大。从涡扇发动机的结构上来看，风扇叶片、压气机叶片虽然功能不同，但均位于燃烧室的前端，工作环境温度较低，属于冷端部件。风扇叶片、压气机低压级叶片已逐步从钛合金空心叶片向复合材料叶片转变，其中民用大涵道比涡扇发动机已大量使用树脂基复合材料叶片；压气机高压级叶片直径远小于风扇叶片和压气机低压级叶片，更靠近燃烧室，主要使用钛合金或高温合金实心叶片，利用精密锻造和精密加工的方式制造。 表 1： 风扇 叶片 、 压气机叶片情况 叶片名称 功能 叶片类型 加工 方式 风扇叶片 将进入发动机的空气进行初步压缩，压缩后的气体分为两路，一路进入内涵道进行继续压缩，另一路进入外涵道直接高速排出，产生推力 钛合金空心叶片 树脂基复合材料叶片 钛基复合材料叶片 超塑性成型 /扩散连接技术 3D 编织结 /RTM工艺成型 压气机低压级叶片 对 进入内涵道的空气进一步进行压缩 ， 送至燃烧室 钛合金空心叶片 钛基复合材料叶片 超塑性成型 /扩散连接技术 3D 编织结 /RTM工艺成型 压气机 高压级叶片 钛合金实心叶片 高温合金实心叶片 精密锻造 、 精密加工 数据来源：航空发动机叶片关键制造技术（刘维伟），广发证券发展研究中心 涡轮叶片属于热端部件，使用高温合金等材料，通过精密铸造加工而成，难度非常大。 对于涡扇发动机，涡轮进口温度每提高 100摄氏度，发动机的推重比能提高 10%，涡轮叶片位于燃烧室之后，完成由燃气化学能到转子机械能的转化，属于热端部件，直接关系涡扇发动机的性能。涡轮叶片的高温耐性要求很高，在高温的条件下，也要有足够的韧性和抗疲劳的性能，故涡轮叶片制造材料为高温合金，并普遍采用精密铸造方式进行加工。 表 2： 各代 发动机涡轮叶片 代别 第二代 第三代 第四代 第五代 主要性能指标 推重比： 4-6 涡轮前温度： 1300-1500K 推 重比： 7-8 涡轮前温度： 1680-1750K 推 重比： 9-10 涡轮前温度： 1850-1980K 推 重比： 12-15 涡轮前温度： 2100-2200K 典型 发动机 斯贝 MK202 服役： 20 世纪 60 年代 F100， F110 服役： 20 世纪 70 年代 F119， EJ200 服役： 20 世纪末 F135 服役： 21 世纪初 涡轮 结构 实心 叶片 气膜 冷却空心涡轮叶片 复合 冷却空心叶片 双层壁超冷 /铸冷涡轮叶片 叶片 材料 定向合金和高温合金 第一代单晶和定向合金 第二代单晶合金 金属间化合物 第三代单晶合金 数据来源：航空发动机涡轮叶片材料的应用与发展（董志国，王鸣等），广发证券发展研究中心 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 10 / 36 Table_PageText 行业专题研究 |通用机械 1.3 涡轮叶片在叶片中价值占比超过 60% 涡轮叶片是涡扇发动机中制造难度和制造成本最高的叶片。 相较于风扇叶片和压气机叶片，涡 轮 叶片的特点主要表现在原材料要求高、制造工艺难度大、成本高。 原材料： 相较于风扇叶片和压气机叶片所用的钛合金材料或者复合材料， 涡轮叶片所用的高温合金材料冶炼难度更高，所需的部分金属资源（例如铼矿）储存量更少，且大量资源被欧美国家所掌控。 制造工艺： 高温合金使用精密铸造进行加工，在关键设备定向炉中进行定向凝固是加工的关键，使用定向凝固的方式可大幅度地提高定向叶片的性能。历经多年发展，叶片制造工艺从等轴晶到定向柱晶和定向单晶，不仅在晶粒结构控制上取得了很大进展，铸造性能也有了较大提高，已经能够生产薄壁和具有复杂冷却结构的涡轮叶片。在经过精密铸造后，还需对叶片进行数控加工和表面处理。 成本： 涡 轮 叶片前期投入较大，中国航发在贵安新区的高温合金 涡轮叶片生产基地项目计划总投资 26.2亿元，年产量 70万片；在制造环节，提高良品率的难度较大，生产叶片的成本较高。 叶片占发动机价值的 35%，涡轮叶片在发动机叶片中的价值占比超过 60%。 以在单通道客机上用量较大的 CFM56系列发动机为例，叶片包含“风扇叶片 三级低压压气机叶片 九级高压压气机叶片 高压涡轮叶片 四级低压涡轮叶片”，在发动机中的价值占比在 35%左右。风扇叶片由于叶片半径较大，单价虽高，但用量少；高压压气机叶片采用精锻制造，成本相对较低，在百元至千元级，低压压气机叶片半径较大，且为空心叶片，成本 在万元级；涡轮叶片单价高（高压涡轮叶片价格在10万元 /片以上），用量大，在叶片组中的价值占比在 60%以上。 图 5：航空发动机大部件价值构成 图 6：航空发动机叶片价值构成 数据来源： 根据航空发动机结构设计分析（陈光）、民用航空发动机维修成本分析与控制研究（许飞）综合整理 ，广发证券发展研究中心 数据来源： 根据航空发动机结构设计分析（陈光）、民用航空发动机维修成本分析与控制研究（许飞）综合整理 ，广发证券发展研究中心 35%10%18%9%28%叶片 燃烧室 控制系统 附件及传动 其他63%11%26%精铸叶片 精锻叶片 钛合金 /复材叶片