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一、国产大飞机制造业兴起,国家战略性新兴产业的核心

1.1 大飞机的概念

“大飞机”(Big Aircraft)并非专业术语,也不是国际通用称谓。从2003年国家科技部受国务院委托组建“大飞机项目论证组”后,该词在国内被普遍使用。大飞机一般定义为:起飞重量超过100吨的运输类飞机,包括民用飞机(Civil Aircraft,包含客机Passenger Aircraft和货机Cargo Aircraft)和军用运输机(Military Transport Aircraft)。

(1)民用客机

“大飞机”级别的民用客机基本与干线飞机的概念相似:在客运量较大的城市间飞行,载客量在150人以上。干线飞机通常分为150座、200座、300-500座三个级别以及正在发展的600~1000座级的客机。

300座以下的客机客舱通常只有一个通道,被称为单通道窄体客机;300座以上客机的机身直径大(大于3.75米),客舱通常有两个通道,被称为宽体客机。

目前,全球最大的民用客机是空客A380,不过该机型由于经济效益等原因计划于2021年停止交付。相对于“大飞机”的“小飞机”,则接近于支线飞机:100座级以下,飞行于小城市之间或中心城市与小城市之间,例如国产ARJ21-700型飞机。

(2)民用货机

民用货机是指以包机或定期航班的形式专门运输货物的商用飞机,与航线客机相似,在大、中型机场起降。很多干线飞机都有专门货机型号,如波音公司的B747-400F、空客公司的A330-200F等。大多数的民用货机是由民用客机改装而成,拆除客舱座椅等服务设施、加强地板、加大舱门等。

(3)军用运输机

军用运输机用于空运兵员、武器装备并能空投伞兵和军事装备等,在战争中起着重要的作用。现代战争重视高速、机动和深入敌后作战,军用运输机的发展越来越受到重视。著名的大型军用运输机有美国的C17“环球霸王”和C-5“银河”、俄罗斯的伊尔76、欧洲空客A400M等。

目前,中国的最新大型军用运输机是运-20“鲲鹏”和水陆两栖飞机AG-600“鲲龙”,与国产大型民机C919飞机共同组成了中国“大飞机三剑客”。

1.2 大型民机制造产业,举足轻重

作为国家战略性新兴产业之一,大飞机制造产业的地位举足轻重,主要体现在:

(1)带动国民经济增长

波音公司研究表明,民用机销售额每增长1%,对国民经济的增长拉动为0.714%。国际经验表明,一个航空项目10年后给当地带来的效益产出比为1:80,技术转移比为1:16,就业带动比为1:12。发展大飞机产业,不仅可以带来制造和运营使用的直接经济贡献,而且将有力地支撑国民经济各部门优化资源配置效率。

(2)牵引科学技术进步

发展大飞机产业,经过市场检验的技术能力体系和在市场机制下形成的高效生产经营方式,可以促进其它产业升级、调整结构、实现技术进步以及有效地配置资源。根据美国兰德智库研究,大飞机研制及其核心技术衍射到相关产业,可以达到1:15的带动效应。研制和发展大飞机,不仅能带动诸多基础学科的重大进展,还能带动新材料、现代制造、先进动力、电子信息、自动控制、计算机等领域关键技术的群体突破,拉动众多高技术产业发展。可见,大飞机产业通过显著的技术扩散和溢出,将推动整个工业技术创新,加快产业转型升级。

(3)彰显国家综合实力

大飞机不仅具有难以替代的直接军事用途属性,还可作为平台载体发展为加油机、预警机等大型军用特种飞机,而且大飞机产业的长足发展,将提高国防工业质量和水平。目前,大飞机产业发展已成为衡量一个国家科技水平、工业水平、综合国力和国际竞争力的重要标志之一。

1.3 民机产业发展趋势,从AB到ABC

1.3.1 全球民机公司发展历程

(1)1958-1973年,波音、麦道,一大一小

波音占据先入为主的有利产业地位,麦道占据小部分市场。德·哈维兰、霍克·西德利等企业因市场占有率不高或企业兼并重组暂且忽略不计。整个大飞机市场被分为一大一小“双寡头”。

(2)1974-1997年,波音、麦道、空客,三足鼎立

1974年空客公司初露头角,一系列战术与策略使其在十年间的市场份额上升近10%。霍克·西德利、洛克希德·马丁等企业由于行业压力而逐步退出市场,1974-1997年大型飞机市场形成波音、麦道、空客一大两小的“三足鼎立”局面,波音的霸主地位开始受到空客的挑战。

(3)1997年至今,波音、空客,双寡头

1996年12月,波音宣布收购麦道,原来三家共同垄断的局面变为波音和空客两家之间的超级竞争。1997年以后,大飞机市场恢复到势均力敌的“双寡头”局面。现在,多家航空公司企图进入世界大飞机市场,2008年5月正式建立的中国商飞就是代表之一。

目前,除了俄罗斯和少数几个国家使用俄罗斯的干线民用客机外,世界各国的航空公司基本上都使用波音公司和空客公司的干线民用客机。在支线飞机市场上,后期发展的国家(巴西和加拿大)将注意力瞄准这一市场并展开激烈的竞争。此外,在航空工业生产全球化的转包市场上,日本一枝独秀,占到全球市场1/3以上份额。

1.3.2 民机产业以客户为发展导向

(1)大飞机产业在国家战略性产业中的地位日渐突出

世界民航强国以及民航发展中国家政府对本国大飞机产业的发展高度关注,制定政策扶持产业发展,在技术研发活动、资金投入、产业集群、产品出口等方面,给予重点支持。

(2)航空产品生产的全球化和专业化趋势明显

航空工业涉及70多个学科和工业领域大部分产业,大飞机的生产制造需要庞大的配套产业群支撑,例如,波音787飞机各类型零件超过230万个。

(3)飞机制造产业向民用飞机需求大国转移步伐加快

两大航空制造商纷纷瞄准如中国、日本等航空大国,采取跨国合作渠道争得市场,例如:

① 全球1/4的空客飞机安装了中国生产的部件,如机翼部件、尾翼、客舱门和维修工具;波音公司也有大量部件在中国生产;

② 波音将B787客机35%的制造任务给了日本等;

③ 2006年空客公司海外第一条A320总装线落户中国天津;2017年天津空客A330宽体机完成和交付中心启动;2019年11月,天津港保税区、航空工业集团公司与空客公司签署了空客天津宽体机完成和交付中心项目进一步拓展至A350机型的框架协议,计划于2021年一季度交付首架A350飞机,这是合作三方继空客A320飞机总装线、A330宽体机完成和交付中心之后又一重大合作项目;

④ 中国商飞和波音公司共同投资组建的波音737完工与交付中心落户舟山,将负责安装交付给中国航空公司客户的737 MAX飞机的内饰与喷漆涂装。2018年7月,该中心已经召开第一次董事会;2019年10月,收到美国联邦航空管理局认证的145部维修单位证书,为公司常态化运营打下坚实基础。

为争夺中国民航市场,空客公司和波音公司先后布局中国产线,同时也对国产民机造成了短期压力。不过,随着国内民机产业链的逐渐成熟,相关配套企业增多,国产民机也一定会顺势腾飞。

1.4 国产客机自主之路:军民分线,商飞主导

1.4.1 国产大型民机发展历程

从仿制安-24B的运7,到自行研制运10的下马,到和麦道、波音合作市场并未换来技术,再到支线飞机ARJ21的突破,如今国产第六架C919已经成功首飞,我国大飞机产业的发展经历了漫长曲折的过程。

1.4.2 军民品生产“分线不分家”

当前我国已建立起较为完备的“分线不分家”军民机研制生产体系。2000年前,国内民用飞机发展基本都是与军事装备研制混线,认为民用飞机与军用飞机只不过是交付对象不同而已,习惯性地以军事装备发展的经验来处理民用航空发展的问题,导致与用户间隔阂的增强,民机发展相对不顺利。

军用飞机和民用飞机既有共性,也有各自特性。

由于产品市场目标、体系监管原则和产品发展技术追求的不同所带来的差异,军民机研制生产体系合理“分线”是必然的要求,否则民机体系没有足够的发展余地,对军机体系也会造成一定的负面影响。此外,现代航空工业的发展趋势是军民大飞机技术要求、设计标准和经营机制的差别越来越大。

(1)产品设计的技术性能要求不同

军用运输机强调适应战场作战要求的短距起降,所以发动机剩余功率大;关心飞机速度但相对不关心耗油量,不太关注经济性和舒适性,一切都为了战争的需要。与此相反,民用客机强调舒适性、经济性、低噪音、低耗油等。这些不同的性能要求导致了布局的结构性差异,而这种差异有时是巨大的。

(2)客机安全标准严格于军用运输机

客机设计的首要原则就是保障生命安全,并且为了达到经济性而在材料技术等很多方面必须妥协。与此相反,军用运输机为了战争需要而牺牲其它性能,在战时一般没有达到飞机寿命和自然破损极限就会报废,所以没有“安全寿命”的概念,主要考虑大修周期。对于军用运输机而言,安全起落6万次(客机的设计标准)没有意义。此外,大型化是民用客机的发展趋势(出于经济性考虑),而军机不一定要无限制的大型化。

(3)军民机经营机制完全不同

第一,产品概念的形成机制不同。军机需求由其主要用户军方提出或规定;民机的产品概念必须由开发生产企业根据自己对市场的判断决定,面临的不确定性较大。第二,赢利模式不同。军品研发和生产费用由国家包揽,此前产品价格主要按实际成本加5%计算,未来引入军品定价机制改革,但是军机仍然是按照计划生产而不用面对激烈的市场竞争;民机必须面对市场竞争,研发和生产投资的风险极大。第三,产品成功的衡量标准截然不同。军机首先需要解决的是有无的问题;民机需要解决的是能不能通过出售产品而自我持续的问题,是产业化的问题。因此军民机在竞争战略、管理行为、组织结构和价值取向方面的要求是完全不同的。

不过,军民机体系又不宜过度的“分家”,只有兼顾军民机“共性”和“特性”的航空产业构架,才能很好地促进军民机的良好互动、共同发展。大飞机所依托的技术基础,和大多数现代的工程技术领域都有着密切的关系。这些军用的、民用的大飞机所依托的技术基础和它们的研制、生产、向客户提供服务动用的资源,都有很大的共通性。全世界能够造大飞机的国家,都是按照军民融合发展、军民分线经营的办法,来高效的研制和生产“大飞机”。

1.4.3 中国商飞牵总大飞机制造项目

中国商用飞机有限责任公司,以下简称“中国商飞”,于2008年5月11日在上海挂牌成立。目前,公司的注册资本501.01亿元,其中,国资委认缴出资249.50亿元为第一大股东,持股49.80%;上海市政府通过国盛集团认缴出资104.79亿元,持股20.92%;航空工业、宝钢、中铝、中化、中电科、中建材、中国国新等央企持有不同比例的股份。

中国商用飞机公司的成立意味着我国大飞机研制项目全面启动。

我国的大飞机最终确立了采用“主制造商-供应商”的研制模式——中国商飞作为大飞机主制造商,定位于设计集成、管理体系、总装制造、市场营销等方面,而发动机、机载设备、材料等部件都外包。这是为推动民机产业的整体发展,最大限度聚集和利用国内外资源,打造民机产业“生命共同体”,举全国之力,聚全球之智,最终建成“以中国商飞公司为核心,联合航空工业,辐射全国,面向全球”的中国民机产业体系。

1.4.4 C919有望成为波音737及空客A320的有力竞争者

C919中型客机,是中国首款按照最新国际适航标准研制的干线民用飞机,全称COMAC-C9-19,C取自中国(China)和中国商飞(COMAC)的首字母,并寓意将与空中客车(Airbus)及波音(Boeing)形成“ABC”并行的局面;飞机型号选择9,是因为9在中国传统文化中代表永恒,后面的19指最大载客量为190个座位,与波音737型客机以及空客A320型客机的应用领域相同,将形成直接竞争。

1.4.5 C919项目研制历程:通往民机之路

C919客机于2017年5月5日成功首飞,已经累计获得近千架订单,计划2021年取得适航证。

根据国际通用标准,国产大飞机的研制具体原则:

① 具有完全自主知识产权。

② 项目初期采购部分国外系统设备,鼓励国外供应商在中国发展,逐步形成我国民机产业。

③ 满足2020年国际要求(如污染排放,噪声等)。

④ 确保安全性、突出经济性、提高可靠性、改善舒适性、强调环保性。

⑤ 掌握和了解市场与客户的需求,减阻、减重、减排,全面优于竞争机,直接使用成本(DOC)降低10%。

⑥ 采用国际标准,以国内销售为主,打入国际市场。

⑦ 强化战略合作。要按照“主供应商-供应商”模式,深化国际国内合作,风险共担、利益共享,形成大型客机的国际国内供应商体系。

二、大飞机迈出新步伐,开启中国航空新时代

2.1 大型民机产业链的“微笑价值曲线”

大飞机价值链条是由从研发设计到售后服务的一系列环节组成,价值分布呈“微笑曲线”状。位于前端的研发设计、发动机制造、关键零部件制造属于资金和技术密集型,具有较高的附加值;位于后端的营销、售后服务属于管理和信息密集型,附加值也较高;中间的一般零部件制造、整机组装环节属于劳动密集型,附加值相对较低。

世界民用大飞机市场长期被波音和空中客车“双寡头垄断”,除了发动机制造和关键零部件制造两个环节由GE、普惠、罗克韦尔、川崎重工等欧美日公司占据以外,波音和空客几乎囊括了研发设计、营销、售后服务等所有较高附加值的环节,并且承担大部分的整机组装环节,而以西飞、哈飞等为代表的中国企业只能参与附加值相对较低的一般零部件制造。

参考《航空制造业的全球价值链分析》论文,2005-2009年期间,波音、空客等整机制造商净资产收益率最高,高达44%,发动机制造商净资产收益率39%,关键零部件生产商净资产收益率为17%,而一般零部件生产商净资产收益率仅为7%

在航空制造业全球价值链中获得较高收益的波音、空客这样的领导厂商来自发达国家,而来自于发展中国家的大多数企业缺乏核心竞争力,处于价值链中、低端。此外,旗舰企业具有很强的创新能力,不断在研发、工艺、管理、营销等各方面进行创新,控制了进入壁垒较高的价值环节,因而能够获得较高收益; 而发展中国家企业的比较优势就是成本优势,往往只能通过加工、组装等劳动密集型制造环节嵌入全球价值链。

2.2 C919大型客机,中国跨入复杂制造时代关键一步

大型客机的产业链长度长、复杂度高,将制造环节进行价值拆分之后可以发现,机体制造、发动机、机载设备分别占比30%-35%、20%-25%、25%-30%,其余系统如内饰等占比10%-15%。

2.2.1 机体材料:国内集中于低端领域,急需迈过技术瓶颈

为了应对飞机飞行速度不断增快的需求,轻质化、高强度、耐高温、耐腐蚀、抗冲击是机身结构材料需要具备的基本性能。目前使用的最常见结构材料包括铝合金、钢材、钛合金和复合材料等。随着飞机的改型或新型飞机的出现,铝合金受到复合材料、钛合金等材料的应用挑战,其用量逐渐减少。复合材料通常较铝合金轻,不易产生疲劳和腐蚀,具有高比强度和易于设计的优点。复合材料的大量应用是飞机发展的大趋势。

(1)航空铝合金

国产大飞机C919机身总重量约42.1吨,机体使用量最大的是高性能铝合金材料,约占总重量的65%。而且,C919客机大规模采用了第三代铝锂合金,在同等承载的条件下,比常规铝合金还要轻5%以上,因此实现了比波音737、空客A320等同座级机型减重5%-10%的目标。截止目前,铝合金仍然是使用量最多的航空材料。

国际上,以波音和空客为代表的大型航空公司每年都要消费大量的铝合金厚板,例如,A340飞机结构件76.5%是铝合金材料,主要是铝合金厚板,其中,航空铝材主要以2XXX和7XXX系列为主。

铝合金种类已经有近三百种

国际上航空级铝材的主要厂商是美国铝业公司(Alcoa)、加拿大铝业集团(Alcan)、爱励铝业公司(Aleris)、凯撒铝及化学公司(Kaiser)。与它们相比较,国内公司的差距还很大,特别是在合金研发与基础理论研究方面。

目前,国内铝加工企业达上千家,但是规模大小参差不齐,技术和装备水平呈两级分化现象,低端产品产能严重过剩,高端产品例如高强度、高韧性、大规格合金还需要依赖进口。

中国铝材企业目前尚无法满足国产支线飞机和大飞机的铝合金零部件质量要求,不过,在国家相关政策的扶持下,特别是工信部牵头成立的国家“民机铝材上下游合作机制(目前成员包括中国铝业、北京有色金属研究总院、南山铝业中国忠旺)”的帮助下,航空铝材的自主供应有望能够得以实现。

国内高端铝材领域的主要加工企业有中国铝业、南山铝业、忠旺铝业、南南铝业、北京有色金属总院、北京航空材料研究院等

(2)航空钛合金

由于钛合金具备密度低、比强度高、耐蚀性好、导热率低等特点,因此广泛的应用于飞机结构件(如蒙皮、管材零件、紧固件、各种钣金件和承力构件等)和发动机(如压气盘、静叶片、动叶片、机壳、燃烧室外壳、排气机构外壳、中心体、喷气管、压气机叶片、轮盘和机匣等零件)等部位。

作为飞机机体结构和飞机发动机的主要结构材料之一,钛合金的应用水平是衡量飞机选材先进程度的重要标志之一,是影响飞机战术性能的一个重要方面。例如,作为飞机机体结构和飞机发动机的主要结构材料之一,钛合金市场的应用水平是衡量飞机选材先进程度的重要标志之一,是影响飞机战术性能的一个重要方面。在国外第三代战斗机上,钛合金用量占机体结构重量比为20%~25%,在第四代战斗机F-22(EMD)上已高达41%,其应用呈大幅度上升趋势。航空发动机的用钛量也在逐步增加,国外先进航空发动机的钛用量已达30%左右,例如V2500发动机的钛用量就高达31%,第四代发动机F119的钛合金用量为40%。在民用飞机方面,空中客车的钛用量已从A340的4.5%增至A320的6%,而A380中用钛量占总重量的10%,单机用钛材约60吨。

尽管近年来我国钛合金材料的研究工作已取得了显著的进展,但与欧美等发达国家相比,在钛合金产品的设计、制造、加工、装备、表面处理、工艺水平等方面仍存在一些差距。国外的主要厂商有日本东邦钛公司、美国钛金属公司、俄罗斯VSMPO-AVISMA等。国内军工领域的钛合金厂商主要包括宝钛股份、西部材料、西部超导新研股份三角防务、*ST鹏起、金天钛业和百慕高科等。

(3)航空复合材料(碳纤维)

由于碳纤维复合材料具有低密度、高强度、耐高温腐蚀的特点,是应用于航空航天领域的理想材料。碳纤维复合材料不仅应用于机身,也逐渐成为喷气飞机发动机、涡轮发动机、涡轮的主要结构材料。此外,飞机的抗氧化碳-碳鼻锥帽和机翼前缘、超音速飞机的刹车片等都使用碳纤维复合材料。航空器对于减重有强烈的需求,商用飞机每减重一公斤,一年就能节约3000美元的燃料。

自国务院2010年发布《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,大力发展碳纤维以来,国家出台一系列扶持政策,支持碳纤维产业的快速发展。

其中,《中国制造2025》将碳纤维列为关键战略材料之一,要求到2020年国产碳纤维复合材料要满足大飞机技术要求,国产碳纤维用量要达到4000吨以上,到2025年高性能纤维基本实现自主保障。

目前,全球碳纤维生产主要被美日两国瓜分,德国也占据一定市场份额,2018年,全球碳纤维理论产能为154800吨。全球主要厂商包括:日本的东丽、东邦、三菱;美国的赫氏以及氰特;德国的西格里;台湾地区的台塑。其中,东丽在收购了美国的卓尔泰克公司后,碳纤维产能超过4万吨,并且随着近两年的扩产,总产能近5万吨。

由于碳纤维用途及客户的敏感性,以日本东丽为代表的国际碳纤维生产巨头利用其技术垄断和规模化生产优势,在我国高端碳纤维领域采取严格的技术垄断和禁运,低端碳纤维领域采取低价倾销和恶意竞销的策略,使得国内大部分碳纤维生产企业技术水平落后,经营业绩长期处于亏损状态,严重制约了国内碳纤维企业的发展。2018年我国国内碳纤维需求量约为3.1万吨,而我国碳纤维进口量就高达2.2万吨,自给率只有29%。而我国从2008年至2018年碳纤维累计产量仅仅只有2.83万吨。

在碳纤维及应用领域,我国的企业主要有光威复材中简科技、江苏天鸟(楚江新材的子公司)、山西钢科、江苏恒神、中复神鹰、西安鑫垚等。

C919的机体材料仍然主要依赖进口。

与国外原材料厂商相比,我国的原材料基础产业的发展还比较落后,主要表现为产量规模比较大,但产品的质量还停留在比较低端的领域,尖端技术被国外垄断,高端产品依然需要从国外进口。不过,随着国家对新材料领域越来越重视,新材料产业作为当今科技和经济发展中最为活跃的产业领域之一,呈现出产业关联度高、经济带动力强、发展潜力大的特点,已成为促进经济快速增长和提升企业、地区竞争力的源动力。近年来新材料正逐渐成为国家战略重点发展的产业之一,扶持政策也在持续加码。

2.2.2 机身结构:航空工业集团助力,实现百年突破

一般而言,大飞机主要由机体、动力系统(发动机)、航电系统以及机电系统组成。而飞机的机体结构通常由机翼、机身、尾翼和起落架组成,如果飞机的发动机不在机身内,那么发动机短舱也属于机体结构的一部分。

机体制造技术的优劣主要由机翼整体壁板喷丸成形技术、装配与连接技术、大型整体结构件制造技术、精密钣金件制造技术和先进复合材料结构制造技术等决定,因此大飞机制造技术在加工难度、精度、质量和可靠性等方面要求都远高于一般的机械制造技术,主要体现在加工方法多样、装配和安装工作量大、工艺装备复杂以及高度的柔性和应变能力等方面。

从整机制造的角度来看,机型设计研发有着很高的附加价值,这一部分技术主要由波音和空客等巨头公司垄断。而对于机身制造部分,国内的西飞、哈飞、沈飞民机、成飞民机等主要飞机制造企业受益于波音空客的全球供应链战略,通过长期的合作和转包生产都已经初步具备研发,设计生产机体结构部件的能力。

机体结构部分的价值约占飞机总价值的30%-35%,但是其生产过程相对分散,核心技术壁垒不强,附加值不高,中国厂商的主要受益环节也是机体结构和内饰部分。其中,航空工业集团下属公司承担了绝大部分的工作,例如:

① 航空工业成飞民机公司承担了机头的研制工作;

② 航空工业洪都承担了前机身、中后机身的研制;

③ 航空工业西飞公司承担中机身(含中央翼)、外翼翼④ 盒及前缘缝翼、后缘襟翼、副翼、扰流板等6个工作包的研制工作;

⑤ 航空工业沈飞民机公司承担后机身、垂尾、发动机吊挂、APU舱门的研制;

⑥ 航空工业昌飞公司承担前缘缝翼与后缘襟翼的研制;

⑦ 航空工业哈飞公司承担垂尾、前起舱门、主起舱门、翼身整流罩的研制;

⑧ 雷达罩的研制工作由航空工业特种所承担。

2.2.3 动力系统:国产配套发动机研制进度缓慢

航空发动机是飞机的心脏,直接影响着飞机的性能、可靠性和经济性能。民用航空发动机的使用期限要求在1万小时以上,所有使用材料的组织和性能必须保持长时间的稳定。目前世界航空的发动机市场发展成熟,生产公司主要包括RR、GE、P&W、IAE等,市场格局相对稳定。

由于历史原因,我国的航空发动机产业长期以军用领域为重点,民用航空发动机几乎为一片空白,国产大飞机发动机“CJ1000A”仍在研制路上。国内巨大的民用航空发动机市场全部被国外产品垄断,即使国内研制的民用机型,也只能选用国外的发动机。

其中,C919的发动机采用CFM国际的LEAP-1C发动机;新舟60采用的是加拿大普惠公司的PW127J涡浆发动机;ARJ21采用的是GE公司的CF34-10A发动机。

大飞机工程的实施为我国大涵道比涡扇发动机的研制带来了历史机遇。

首先,大飞机工程将为国产大涵道比涡扇发动机带来基本的需求保障;其次,大飞机工程为国内航空发动机企业的国际合作创造了有利条件;最后,大飞机工程为国产大涵道比涡扇发动机的研制带来前所未有的关注和支持。国务院在批准大飞机工程立项的同时就明确了开展国产大飞机发动机研制。2009年,中航工业商用发动机公司成立(现已更名为“中国航发商用航空发动机有限责任公司”),作为大型客机发动机项目的责任主体和总承制单位,重点推进长江发动机CJ-1000A项目。

① 2011年9月国产大涵道比涡扇发动机“CJ1000A”金属模型亮相北京航展;

② 2017年12月CJ-1000AX首台整机在上海完成装配;

③ 2018年5月CJ-1000AX首台整机在上海点火成功,核心机转速最高达6600rpm,初步验证了各部件及相关系统的功能和匹配性。

此外,为C929宽体客机配套的CJ-2000发动机以及为ARJ21配套的CJ-500发动机也都在持续推进中。

美国曾经考虑禁止航空发动机对华出口,遏制我国航空工业,势必加速国产代替之势

2020年2月15日,美国《华尔街日报》援引消息人士说法,称美国政府正考虑停止向中国出售通用电气集团的LEAP-1C航空发动机,原因是“美方认为中国企业可通过产品进行逆向工程,从而获得发动机制造技术,损害美国的商业利益”。2020年2月18日,特朗普推特公开支持GE对华出售航空发动机。目前,政府正式公布结果。但是,继对中国半导体、5G等高科技产业连续打压,航空发动机很可能成为美国下一个遏制中国高科技发展的目标。当前该禁令虽然尚未获最终确认,但已经表明,尽管中美“贸易摩擦”暂时偃旗息鼓,中美“科技脱钩”却有愈演愈烈之势。

2.2.4 机电系统:全球分工日益细化,合作引进先进技术

机电系统是大飞机中最复杂和庞大的系统之一,是大飞机运行的重要保障。机电系统包括燃油系统、机轮刹车系统、防护救生系统和所有二次能源(电能、气压能、液压能和机械能)等,几乎囊括了飞机上除发动机、航电系统以外的所有系统。

根据2015年《世界航空指南》产品分类统计和估算,全球民用飞机机体、发动机及其结构部件制造商超过500家,航空机电设备制造商超过1270家。航空机电系统作为飞机二次能源的主要载体,对系统化的解决方案要求较高。国外航空机电产品配套趋势向系统集成模块供应方面发展,在系统集成、研发能力及供应商方面都较国内有较大优势。

美国在航空机电系统的综合技术研究方面最为前列,从20世纪80年代开始美国就制定了一个系统的机电综合研究方案,美国汉胜公司在电源和环控系统的研究经费每年不少于13亿人民币。美国的机电综合系统核心理念是进行综合性的控制,让机电系统的各个部分进行协调操作。机电综合系统可以同时享用机电系统的硬件设备性能,进行有效的信息共享,又可与飞控系统、推进控制系统、航空电子系统等系统进行融合,让信息融合的更加密切。

目前全球中高端航空机电系统主要以美国、加拿大及德国等地的生产企业为主。

美国航空机电公司主要包括霍尼韦尔联合技术、GE航空、罗克韦尔·柯林斯、德事隆集团等;德国航空机电公司包括欧洲直升机公司和德国利勃海尔;英国航空机电公司包括BAE公司和美捷特公司。

我国机电系统的发展与国外产品存在着较大差距,机电生产企业相对分散、规模较小、缺乏核心竞争力,同发动机一样也制约我国大飞机完全国产化的技术瓶颈。但是,我们看到随着国内民机干线、支线、通用航空与直升机领域的较快发展,我国航空机电产业经过发展也取得一定进步,系统化、标准化的航空机电配套体系初步形成,民机机电产品从随机取证逐步走向单独取证。航空机电系统的发展,对精密机械制造技术、高性能传感器技术、液压传动技术、高精度测试与计量技术等特种工艺领域的技术都有重要的带动作用。

2.2.5 航电系统:优势互补,逐步打破国外垄断

航电系统是现代航空的重要组成部分,是飞机作战能力的主要保障,主要包括通信系统、导航系统、显示系统、飞行控制系统、防撞系统、气象雷达系统和飞机管理系统等,在军用机中还有战术任务系统、雷达空中、声纳、光电系统、电子预警电子支援等。目前航电系统正向着综合化、信息化、模块化的方向发展,综合化的航电系统能够压缩航空电子系统的体积和重量,减轻飞行员的工作负担。今后由大数据驱动的人工智能将被引入到飞机设计制造和运营过程中,更安全和更可靠的空地互联技术将是未来的发展方向。现在电子飞行包、机组便携电子设备已经进入飞机,在未来互联技术将把运营中心、飞机健康监控、机务与工程和零备件供应商等环节打通,实现机组排班、飞机排班、机务协调等流程的全程数字化,提高航空公司的运营效率。

“一代飞机,三代航电”,可以看出航电系统更新换代的速度要远超过飞机整机系统。从全球的市场格局来看,航电产品由于涉及分系统和较多的部件产品,相应的配套商较多而系统集成商相对集中。国外航电设备主要供应商包括Rockwell、Honeywell、Raytheon、Northrop Grumman。当前我国民机基本依赖于进口,航电系统基本也为进口品牌。以C919系列为代表的国产飞机产业的发展正在拉动国产航电系统的发展。

C919的航电系统供应商包括国内外优秀的航电企业,在设计上均采用大量先进技术。客舱核心控制系统和信息系统是C919航电系统中仅有的两个国产研发的子系统,为航空工业集团协调多家国内企业完成,打破了国外供应商在该领域的垄断。

2010年7月,中航民用航空电子有限公司成立,旨在服务民机航电产业的战略布局,充分发挥航空工业在民机航电产业领域的专业优势,通过建设和运营民用航空电子产业园发挥国家级民机航电产业基地的集聚效应,通过组建和经营中美合资中航通用电气民用航电系统有限责任公司,促进我国民机航电产业发展能级的国际化提升。

2.3 C919全球征选供应商,直面竞争

民机研制生产体系需要的是开放型的架构,全球民用飞机研制生产体系是以整机制造商为顶尖的覆盖全球范围的塔形构架。我国大飞机国产化进程的指导思想是“中国设计并完成飞机级系统集成、面向全球招标,逐步提高国产化”。

在具体的生产和引进技术的方式上,由于国内企业的技术水平与国外相比还有较大差距,大飞机项目采用了国内企业担任主制造商和全球招标供应商的模式。这样既能通过掌握整机设计和总装,确保我们在大飞机价值链中的核心地位,又能使C919达到国际先进水平。虽然大部分关键零部件由国外厂商提供,但是引入了“风险共担、利益共享”的机制,要求国内外供应商建立合资公司或者形成合作伙伴关系。这一战略的实施,确保了我国大飞机产业制造水平的提升和项目的进展顺利。

C919供应商选择标准:

① 机体部件供应商:立足国内,以航空工业体系内单位为主,鼓励以转包方式与国外供应商合作;

② 发动机:前期选择国外发动机,待国内发动机技术成熟后,可作为选装发动机;

③ 航电、飞控、电源、燃油和液压等系统:选择具有技术竞争力的产品,要求国外供应商与国内供应商成立合资公司,建立系统级产品研制能力,外方承担产品的技术、集成和适航认证责任;

④ APU、环控、起落架、照明、防火、机电综合等系统:在保证技术先进的前提下,尽可能降低采购成本,支持国内供应商与国外供应商进行系统级别或设备级别的合作研发;

⑤ 材料和标准件:鼓励国内企业包括民企参与竞争。

从中国商飞的最新数据来看,大飞机C919项目Ⅰ类供应商有39家,Ⅱ类供应商有25家,Ⅲ类供应商有57家以及3家协作单位,总计124家。其中,一类供应商中,合资企业2家,外资企业企业16家,中资企业21家。


航空工业集团下属单位是中国飞公司供货商的核心力量,在一类、二类、三类及协作单位之中分别有16家、3家、1家和1家。其中,各大主机厂(西飞、沈飞、成飞、洪都、哈飞、昌飞)承担着C919大型客机雷达罩、机头、机身、机翼、垂尾等绝大部分机体结构件的研制工作,占大型客机机体研制95%以上的工作份额。

三、国之重器稳步推进,国内市场超万亿

3.1 特色国情,支撑国产大飞机市场前景

(1)政府扶持与政策支持

集中力量办大事,大飞机产业获得国家强大的经济和政策支持,是其他竞争对手无法比拟的优势。航空制造业产业链复杂、产品研发周期长、资金密集,需要获得政府的全方位支持:产业补贴、税收优惠;政府采购,利用行政权力干预销售,保护本国市场支持其市场发育;低息贷款、提供出口信贷等金融扶持政策等。

(2)国内大飞机市场成长迅速

中国现在已经成为全球除美国以外的最大的民用飞机市场,根据《中国商飞公司市场预测年报(2019-2038)》,到2038年,预计将有45459架新机交付,全球客机机队规模将达到49558架,是现有机队的2.1倍。亚太地区(含中国)是增长最快的市场,其机队占全球的比例将从目前的31%增长到2038年的40%;其中,中国占全球客机机队比例将从现在的16%增长到21%。

(3)后期维护成本较低,提升本土航空公司盈利水平

大飞机关键技术不断本土化,随着国产发动机以及其他关键零部件相关技术的突破,国产大飞机的价格优势将逐步凸显;国产大飞机可降低本土航空公司运营以及后期维护成本,有效提升其运营效率和盈利水平。长期来看,较低的后期维护成本,对本土航空公司具有较大吸引力。

(4)2020年1月波音737MAX暂停生产

波音737MAX两起空难导致346人死亡,波音公司已经决定于2020年1月暂停737MAX飞机的生产。

2018年10月,印尼狮航的一架波音737 MAX坠毁,造成189名乘客和机组人员死亡;

2019年3月,埃塞俄比亚航空公司同一机型的飞机坠毁,造成机上157人死亡。

截止2019年10月底,空客320系列飞机未交付订单6193架;波音737系列飞机未交付订单4573架;两款机型的订单合计10766架,2018年合计交付1206架。按照此前的交付速度,以及波音737MAX停产,目前的订单需要消化十年以上。

C919还没有完成适航取证,但上述外部环境的变化,可能对于国产民机是利好。不过,这些也给国产民企产业带来了警示作用,“安全第一、预防为主”。

3.2 波音空客提前布局国内市场,C919目标“后发先至”

(1)AB优势明显,提前布局国内市场,挤压国产民机空间

波音和空客凭借过硬的技术实力、产品质量保证和信誉保证,已成为市场的领跑者,商飞进入大飞机将面临直接的竞争和挑战。

① 自空客天津A320飞机总装线2008年9月落户以来,空客天津项目一直保持稳定发展,截至目前,已完成交付450余架A320飞机和16架A330飞机。此外,空客A350完成和交付中心也将于2021年投入运营,未来将达到年产24架宽体机的交付能力。随着A350项目的引入,空客公司在我市的宽体机完成和交付中心未来将具备A330、A330NEO和A350多种宽体机型的生产交付能力。

② 波音737飞机完工中心和交付中心已经落户舟山并于2018年12月交付首架波音737MAX飞机。不过,由于其空难的影响,全球波音737MAX机型已经全部停飞。

(2)面临同类机型竞争,C919优势相对有限

中国商飞C919、波音737MAX-8和空客A320neo三款飞机的综合比较:

① 座舱舒适性:C919的机身宽度相对更大,决定其表现能力更佳。

② 载客量:C919为168座位,737MAX8为175座,A320neo为189座。

③ 发动机:320neo采用Leap1A并且可以更换为跨时代的齿轮传动PW1100G,C919采用Leap1C,而737MAX8采用Leap1B,所以,A320neo > C919 > 737MAX。

④ 材料应用:复合材料的应用比例大至相同。

⑤ 航电系统:C919的后发优势明显,采用了波音和空客的综合设计。

⑥ 飞行性能:C919的起飞重量、航程和载客量均为最低。

⑦ 事故情况:737MAX两次空难(时间:2018年10月29日,189人遇难、2019年3月10日,157人遇难)

(3)依托国内订单,逐步拓展亚太市场

C919目前主要依靠政府的支持,已有订单集中在国内几大航空公司和国内银行租赁公司,不过,美国通用电气金融航空服务公司和泰国都市航空公司也分别订购20架和10架。根据维基百科,截止2019年9月,订单合计851架,其中,确定订单299架,意向订单357架,未说明订单195架。

(4)适航证,航空大国设立的行业标准

“适航取证”是大型客机进入市场的前提,是保证大型客机安全性的基础。在民用飞机制造领域,FAA(美国联邦航空管理局)与EASA(欧洲航空安全局)已经在事实上构成了全球标准。一款民用飞机产品如果希望进入全球主流航空市场,获得FAA 和EASA 的认证极为重要。

在此之前,我国自己研制的喷气式支线客机ARJ21飞机,取得中国民用航空管理局(CAAC)颁发的适航证,用了6 年的时间,其间需要经过高温高寒、自然结冰等多重考验,这些科目比首飞时试验的科目难得多。

根据报道,C919 取证将共计729项,预计飞行4200小时、2282架次,才能完成适航取证任务。

适航证是大飞机进入国际市场的入场券,也是飞越别国领空的行驶证,最具影响力的是美国的FAA和欧洲的EASA。不过,适航证很多时候已经变为西方国家以及航空巨头提升行业壁垒的工具(波音参与FAA条款制定;空客参与EASA条款制定)。

3.3 我国民航客机市场迎来历史机遇

中国商飞C919机型是我国自主研制的大型民用客机,前期将主要服务于国内民航市场。

3.3.1 我国民航行业保持稳中有进

2018年我国经济出现新的下行压力,不过国内民航行业发展保持着稳中有进的良好态势。

(1)运输周转量

① 全行业完成运输总周转量1206.53亿吨公里,比上年增长11.4%。国内航线完成运输总周转量771.51亿吨公里,比上年增长11.1%;国际航线完成运输总周转量435.02亿吨公里,比上年增长12.0%。

② 全行业完成旅客周转量10712.32亿人公里,比上年增长12.6%。国内航线完成旅客周转量7889.70亿人公里,比上年增长12.1%,国际航线完成旅客周转量2822.61亿人公里,比上年增长14.0%。

③ 全行业完成货邮周转量262.50亿吨公里,比上年增长7.8%。国内航线完成货邮周转量75.47亿吨公里;国际航线完成货邮周转量187.03亿吨公里,比上年增长9.6%。

(2)旅客运输量

2018年,全行业完成旅客运输量61173.77万人次,比上年增长10.9%。国内航线完成旅客运输量54806.50万人次,比上年增长10.5%,其中港澳台航线完成1127.09万人次,比上年增长9.8%;国际航线完成旅客运输量6367.27万人次,比上年增长14.8%。

(3)货邮运输量

2018年,全行业完成货邮运输量738.51万吨,比上年增长4.6%。国内航线完成货邮运输量495.79万吨,比上年增长2.5%,其中港澳台航线完成23.48万吨,比上年下降2.8%;国际航线完成货邮运输量242.72万吨,比上年增长9.3%。

(4)运输效率

2018年,全行业在册运输飞机平均日利用率为9.36小时,比上年减少0.13小时。其中,大中型飞机平均日利用率为9.48小时,比上年减少0.15小时,小型飞机平均日利用率为6.91小时,比上年减少0.13小时。

3.3.2 中期(2019-2029年)全球及中国的民机市场分析

根据《GLOBAL FLEET & MRO MARKET FORECAST COMMENTARY2019-2029》预测,2029年全球处于运营状态的窄体客机、宽体客机和支线客机将分别增至25777架、8045架和3327架,相较2019年机队数量分别增长61.73%、-4.31%和49.17%。

2019年中国拥有窄体客机2819架、宽体客机414架和支线客机143架,2019年预计将分别增至6146架、780架和261架,增幅分别118.02%、88.41%和112.89%,其中,窄体客机数量增加增加3488架 (C919客机属于窄体客机)。

3.3.3 长期(2019-2038年)全球及中国的民机市场分析

根据中国商飞《2019-2038年民用飞机市场预测年报》,未来二十年,全球航空旅客周转量(RPKs)将以平均每年4.3%的速度递增,预计将有45459架新机交付,价值约6.6万亿美元(以2018年目录价格为基础,平均单架价值1.45亿美元),用于替代和支持机队的发展。

其中,涡扇支线客机交付量为4756架,价值约为2310亿美元;单通道喷气客机交付量为32055架,价值约为363万亿美元;双通道喷气客机交付量将达8,648架,总价值约为2.76万亿美元。

在需求持续增加的同时,飞机平均座位数以及飞机运营效率也将逐步提高,全球机队增长率将低于旅客周转量的增长速度。到2038年,预计全球客机机队规模将达49558架,是现有机队23893架的2.1倍。新兴经济体国家的航空需求增长将高于全球平均水平,亚太地区(含中国)是增长最快的市场,其机队占全球的比例将从目前的31%增长到2038年的40%;其中,中国占全球客机机队比例将从现在的16%增长到21%。

2018年,中国经济呈现转型升级,提质增效趋势,具有非常好的增长潜力。中国民航运输业完成旅客周转量10712.32亿客公里,同比增长12.6%;全年运输旅客6.1亿人次,同比增长10.9%,中国航空运输市场需求旺盛。2018年以来,中国经济由高速增长阶段转入高质量发展阶段,经济结构进一步优化升级。经济增长稳中有进也带来航空运输业的蓬勃发展。未来二十年,预计机队年均增长率为5.2%,旅客周转量年均增长率为6%。到2038年,中国的旅客周转量将达到4.08万亿公里,占全球的21%。中国机队规模将达到10344架。

随着中国运输行业持续高速增长,特别是航空运输占交通运输业比重越来越大,未来二十年,中国航空市场将接收50座以上客机9205架,市场价值约1.4万亿美元(以2018年目录价格为基础)。其中,50座级以上涡扇支线客机交付958架;120座级以上单通道喷气客机交付6119架;250座级以上双通道喷气客机交付2128架。

3.3.4 C919国内市场预测:五年内近百亿,二十年内近六千亿

(1)C919单价预测

A320系列和B737系列价格如下表,均价为9701万美元。目前,C919的售价还没有公开报道,我们估计C919的单价在5-7亿元人民币左右。

(2)C919交付数量及价值的预测

根据维基百科,截止2019年9月底,C919客机已经收到26家客户851架订单。首架飞机预计将于2021年交付。

C919飞机未来交付进度,或参考ARJ21的实际交付进度:2015年11月,首架ARJ21支线客机飞抵交付成都航空,正式进入市场运营;2016和2017年分别交付1架和2架;2018年交付8架;2019年1至10月交付11架。截至目前,ARJ21收到订单约600架,累计交付23架,预计2020年-2023年交付量有望达到20-30架/每年。

飞机制造过程非常复杂,交付速度受到全产业供应链的制约,同时也在持续的改进和调整。所以, C919客机的交付数量,我们认为可以参照 ARJ21 飞机的交付进度 ,预计为2021年至2023年,每年交付1-3架;2024年至2025年,每年交付3-8架;2025年之后, C919飞机 有望 将 进入快速交付阶段 。

由于我国民航行业对新机的需求量很大,所以C919飞机的交付数量将主要决定于飞机的稳定性以及相关制造企业的生产能力。

未来市场预测:根据中国商飞《2018-2037年民用飞机市场预测年报》,至2037年,我国将新交付160座级客机4284架。假设C919飞机于2025年进入快速交付阶段,合计获得其中2018-2037年20%的市场份额,即857架。C919飞机在2021-2037年的市场销售总收入有望可以达到4285-5999亿元人民币。

(3)C919飞机的维修市场短期内无法形成规模

随着C919飞机规模的增加,其维修市场也将逐渐扩大。通常5-10年之后,飞机进入大修的阶段。

民航运输集团一般都拥有非常强大的维修能力,特别是国航、东航和南航三大航空公司。它们下属的飞机也必然选择内部的维修企业。按照国际惯例,民用飞机MRO的市场分为四类:机体大修、发动机大修、部件MRO和航线维护,其中:

① 机体大修,指机体和部件的详细检查,包括防腐项目和复杂的结构检查和飞机大修。机体大修按照特定时间间隔对飞机机体进行检查和修理,通常分为四个级别A检、B检、C检和D检测。例如,运输类飞机的C检的飞行时间间隔是2500-3000小时,维修工时约为2000-4000小时;D检是20000-24000飞行小时(大约5-8年),维修工时通常超过50000小时。机体大修的费用主要包括工时费以及耗材或部件的费用。

② 发动机大修,指根据发动机制造商指定的标准,为恢复发动机的设计操作性能而进行的离位修理以及零部件的更换,包括发动机分解、检查、零部件按需修理和更换,重新组装和测试。对于运输类飞机,大修的时间间隔约为4500-24000小时,通常是根据实际需要来进行的,费用大约45-55万美元/每次。

③ 部附件维护,指飞机部件、附件的修理和大修以保障飞机各系统最基本的飞行性能,包括飞机控制、导航、通讯、操作面控制、客舱空调等成百上千个部件。

④ 航线维修,指保证飞机保持适合飞行的轻度定期检查、排故、缺陷处理和附件更换工作,每次费用约为数百美元。

综合考虑C919飞机的大批量交付时间以及使用效率,我们预计C919的修理的市场的形成还需要一些时间,或将晚于2030年。

投资方向

(1)直接受益的机体结构制造企业

中短期内从业绩角度看,当前大飞机产业链上的大部分上市公司,经济效益不显著,主要是由于前期产量较少以及研发投入和固定资产摊销折旧较大等原因所致。不过,机体结构以国企主导,中短期受益相对最直接。例如,中航飞机是直接受益于大飞机项目的上市公司之一,该公司承担中机身(含中央翼)和副翼等部件的研制,而且联营的西飞民机、沈飞民机和成都民机公司分别承担着机身、垂直尾翼、发动机吊挂、机头等部件的生产。

(2)国产化提升空间较大的相关领域

长期看,研制和发展大飞机,可以带动新材料、发动机、电子信息、自动控制、计算机等领域关键技术的群体突破,拉动众多高技术产业发展,推动我国整个工业体系技术创新,加快产业转型升级。我们认为,长期的投资机会在于国产化提升空间较大的领域,如航电系统、机电系统、动力系统等,通过吸收转化国外先进技术及自主研发,伴随着国产大飞机产业的成长和壮大,在这些领域国内会诞生一批具有国际先进水平的优秀公司。

(3)具有技术优势的优秀民营企业

C919当前的供应商集中在外企和国企,民营企业较少,参与形式也主要以同外资合作为主,例如,杭州西子航空承接C919应急发电机舱门(RAT门)和辅助动力装置门(APU门)的研制工作;江苏彤明公司与美国捷科合资承接C919照明系统研制;博云新材同霍尼韦尔成立合资公司为C919提供刹车系统等。不过,随着国产化率的逐步提升,必将培育出一批具有技术优势的优秀民企,助力我国高端制造业整体发展。

C919大飞机产业链很广,涉及多个上市公司;<a href="http:/<a href="http:/<a href="http:/<a href="http:/

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2020-11-30 23:26

好文,可以都上到半山腰了