导读
本文结合当前我国航空工业产业现状，从与影响飞机核心性能的系统出发，在交代航空产业投资意义与目前的市场空间后，总体介绍了航空发动机的产业格局，核心重点介绍影响发动机性能的关键材料高温合金。
01 为什么关注航空行业？
1、基本概念科技工业领域的皇冠。日本通产省曾经对一些主要的行业产生的附加值做了研究，数据表明：如果将民用船舶业对产业拉动以1元钱计算，那么家电为45元，汽车为80元，而喷气式客机为800元，航空发动机为1500元；从投入产出效益来看，航空工业每投入1万美元，10年后大约可以产生50万至80万美元的收益。航空工业的发达水平代表一国工业强度，拥有波音、雷神、普惠、洛克西德·马丁这样公司的国家注定是顶级工业强国。从航空发动机到戴森吹风机。航空产业带动效用的案例有很多，从我们身边出发戴森吹风机是最好的案例。米格15战斗机是第一代喷气式战斗机中的杰出作品，它配备一台离心式涡轮喷气式发动机，中转速之下单片高压缩比优势赋予它出色的推力性能；60年后一家叫戴森的家电公司把离心式叶片结构用在吹风机上，随后在这家公司的吸尘器、空气净化器等产品上均能看到这样的结构设计，革命性的产品性能换来非常好的用户体验，科技转化为产品优势横扫家电市场。同样，汽车的涡轮增压器也是从航空活塞增压发动机上面移植到汽车领域的，当前全球最大的两家涡轮增压器生产厂家霍尼韦尔、石川岛播磨，分别是GE与PW的航空发动机叶片外协生产厂家。
把握航空工业升级的战略机会。影响航空工业快速发展来自于政策、产业基础、国际地缘政治环境等多方面因素。首先，引用工信部党委书记肖亚庆最近的发言“要牢记习近平总书记嘱托，保持耐心，脚踏实地，只争朝夕，加快创新步伐，把我国的大飞机、航空发动机和集成电路产业搞上去”，国内对于航空工业的政策、资金支持力度一定是空前的。其次，经过改革开放多年后的快速发展，我国构建一套完备的工业生产体系，这是航空工业快速发展的必要条件；全球具备这样条件的国家及组织一共三家，美国、欧盟与前苏联，美、欧分别对应波音与空客，自前苏联解体后俄罗斯也基本退出民用航空市场；我国目前军航在中航工业，民航在中国商飞。第三，全球化倒退与疫情都重新给中国飞机生产企业战略机会。对于投资机构而言，当前阶段即是我国航空工业投资的原点。C919我们已经实现战略突破，但装备生产自主率依然不高，不到50%的自主率对于投资而言刚刚是好时间，这证明我们航空工业的配套生产企业能力已经基本构建完成，即将要进入快速成长期，难道真的要等到C919自主率达到80%以上时才投这产业吗？那后果将是错过每年万亿的市场空间。
02 航空工业整体市场空间
航空制造业指在大气同温层以内飞行的用于运货或载客，用于国防，以及用于体育运动或其他用途的各种飞机及其零件的制造，包括飞机发动机的制造。民用航空和军用航空是航空制造业的主要市场。2018年，我国军用飞机产品产值约为1863亿元人民币。2017年，全球航空航天市场规模达8380亿美元，其中飞机制造占54%，达4525亿美元。
根据《 World Air Forces2019 》，美国军用飞机总量为13,398架，俄罗斯为4078架，中国为3187架。我国与美国在先进战斗机和直升机保有量和先进性上仍有显著差距。随着我国新一代战斗机、运输机、直升机和轰炸机重点机型的逐步量产和列装，我国将逐步弥补与美国空军装备间的数量和代际差距。
据美国《航空周刊》数据，美国航空航天市场规模超过4000亿美元，占全球航空航天市场规模的49%，支撑美国实力的是大量的主制造商和供应商，大规模的国防开支和1300亿美元的航空航天出口。法国和中国分别以690亿美元和610亿美元的规模分列第二、三位。
根据波音预测，未来20年内（2019-2038），全球民用航空市场规模将达16万亿美元，全球民航机队规模将达50,660架，其中新交付的44,040架新飞机预计价值6.8万亿美元，航空服务市场总价值将达9.1万亿美元。
根据中国商飞公司发布的《中国商飞公司市场预测年报（2018 -2037）》：到2037年中国机队规模将达到9965架，其中单通道喷气客机6656架，双通道喷气客机2343架，喷气支线客机966架。未来二十年，中国预计将交付9008架客机，价值约1.3万亿美元（约9万亿人民币）。其中单通道喷气客机占66%，共计5964架，其中以160座级的单通道客机为主，达4284架；双通道喷气客机占23%，共计2102架，其中以250座级客机占比最高，达1421架；喷气支线客机占11%，共计942架，其中以90座级客机为主。中国民营民用航空配套市场将随着C919（预计2021年开始交付）和C929等机型的取证和交付以及国内适航体系的发展，逐步学习和发展，从进入国内整机企业供应链开始，逐步加入国际领先企业的供应链体系。供应产品类型也将以原材料作为突破口，逐渐进入零部件并发展到分系统市场。一架飞机根据需求任务不同通常由400-600万个零部件构成，需要上千个供应商生产，主要包括发动机、航电设备、机电设备、机体结构及其他等部分，一般民用飞机中其各自价值量占比约为25%、15%、15%、15% 和30%；通常情况下，军用运输机和战斗机的航电系统价值量占比较民用飞机和运输机更高。
结合当前我国航空工业产业现状，及与影响飞机核心性能的系统出发，本文在交代开题意义与市场空间后，将总体介绍航空发动机的产业格局，核心重点介绍影响发动机性能的关键材料高温合金。
03 航空发动机产业格局
1、航空发动机核心结构与分类
飞机用航空发动机可分为活塞式航空发动机、燃气涡轮发动机及冲压发动机。其中活塞式发动机只适用于低速飞行，二战后逐步退出主要航空领域，目前仅有少量小型飞机采用。燃气涡轮发动机分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮桨扇发动机和涡轮轴发动机。
作为航空燃气涡轮发动机，它们都有一个共同的部分，即燃气发生器（又称核心机）。燃气发生器为燃气涡轮发动机的热机部分，由高压压气机、燃烧室和高压涡轮组成，为各类燃气涡轮发动机生产可转化为机械功的高温高压燃气。它是航空发动机和燃气轮机的核心结构，燃气涡轮发动机的研制难度主要集中在核心机上。
2、航空发动机产业主要特征
（1）技术攻关难度大
发动机虽然是飞行器的一个分系统，但其涉及的学科和技术领域之多几乎与整个飞行器相同，而且有些要求还更高。现代航空发动机主机内的温度达到1800~1950K，压强达到50个大气压，转速达到50000/min。以压气机为例，它的工作原理与飞机机翼类似，但其气动、强度和几何形状却比机翼复杂的多，仅离心力产生的载荷就可达到其重量的34000倍，而且还要保证在比先进叶片材料能承受的温度高出500~600K的条件下工作。
航空发动机还有一个显著特点，从进气道、风扇/压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室到尾喷管，几个部件之间的相互干扰大，不仅上游部件的出口流场和温度场对下游部件的工作有很大的影响，而且下游部件又影响上游部件的工作稳定性。因此，在部件试验台上得出的结果不能完全反映真实发动机的工作状态，所以，新的部件技术必须在核心机以及整机上的真实发动机环境下验证之后才能用于工程研制，这又增加了发动机研制的技术难度。
（2）设计研制周期长由于技术难度大，传统的发动机研制过程是一个研究-设计-试验-修改设计-再试验的多次迭代过程。研制一台新型发动机，一般需要100000h的零部件试验、40000h的附件试验和10000h的整机试验。航空发动机的研制周期长有两层含义：一方面是与飞机相比，一般比飞机机体的研制要长3-5年，也就是说，飞机在进行详细设计时就应该有发动机验证机在运转。另一方面是发动机从概念研究到投入使用的时间不断延长。航空发动机一个典型的研制周期包括需求与分析定义阶段、方案设计阶段、工程设计阶段、试验与试制阶段、型号定型阶段以及交付批量生产阶段。在早期，每隔5到10年就出现一代新的发动机，而从F100到F119竟然相隔30年。20世纪70年代的典型数据表明，新一代发动机从部件研究到投入使用为8-13年，第四代战斗机发动机如F119从1982年计划提出到F-22在2005年具备初始作战能力，周期长达23年。
（3）研发经费投入多航空发动机行业不仅是一个技术密集行业，而且是一个资金密集的高投入和高产出行业。根据对美、英、法等国家的统计，在整个航空工业内，发动机行业无论在销售额、利润、研究和发展总投资方面，或是在战斗机型号研制费、单架成本和寿命期费用方面，都占1/4左右。目前，研制一台大中型先进发动机的经费为15亿-30亿美元，全新研制的民用大推力发动机GE90为30亿美元，军用的M88为18亿美元、F119为25亿美元（1996年美元值），联合攻击战斗机F-35的动力装置F135的研制费更高达67亿美元。根据推算结果，近年来美、英、法三国航空发动机研究和发展经费在国内生产总值中的比例分别为0.05%、0.08%和0.06%。通用电气公司、普惠公司、罗罗公司和斯奈克玛公司每年在航空发动机研究和发展方面的投入在10亿美元左右。
（4）企业经营风险高航空发动机的高风险是由于技术难度大、研制周期长和经费投入多引起的。比如，世界三大航空发动机公司之一的英国罗罗公司，20世纪60年代研制它的第一台大涵道比三转子涡轮风扇发动机时，由于对风险估计不足，采用未经验证的复合材料风扇叶片等技术，造成研制进度拖延，最终在投入巨额资金之后，不能按合同为美国洛克希德马丁的L-1011客机提供配套动力，不得不于1971年2月宣布破产，后由英国政府接管，实行国有化。一台发动机的研制失败就可以导致一个财力雄厚的跨国公司的破产，风险之大可想而知。因此，后来在发动机研制中特别强调采用成熟技术，并且为了分担风险和扩大市场，普遍推行国际合作的做法。除了投入高、周期长等经济风险外，还有日新月异的技术发展带来的技术风险、不断变化的国际环境带来的政治风险。
（5）工业皇冠上的明珠美国政府一直严格控制航空发动机技术，不仅对我国保持封锁，甚至在某些核心技术上也对其欧洲盟友实行禁运。在未来10-20年，航空发动机产业仍然占据了美国国防科技战略的核心位置。同时，发达国家在人力资源方面实行看不见的封锁，不仅限制其他国家人员进入航空发动机核心研制领域，而且限制本国相关人才向国外转移，以此来保持产业实力。
（6）产品具有高附加值就航空产业而言，航空发动机是整个航空产业链中的关键环节和高价值环节。众所周知，航空发动机被誉为“工业皇冠上的明珠”，这可以说是人类工业革命300年来最重要的技术成果，其技术含量高，按产品单位重量创造的价值为计算标准：如果说船舶为1，喷气式飞机为800，而航空发动机则高达1500。这种高附加值是航空发动机高产业关联度所产生的带动效果。
（1）军用航空发动机在世界范围内，军用航空发动机往往是先于战斗机进行研制，以配合战斗机对动力性能的需求，因此其发展历程与战斗机的发展分代有明显对应关系。二战结束后，战斗机进入喷气时代，但东西方两大阵营的冷战，使得对于喷气式战斗机的划代出现了两种标准，一种是前苏联（俄罗斯）的五代标准，一种是美国的四代标准，而美国目前也逐步转为五代标准。美国国防部在其2011年的《中国军力报告》中，将F-11、Su-27称为四代战机，将歼-20划为五代。
（2）民用航空发动机相较于军用航空发动机首要追求性能，民用发动机则对维护、费用和寿命等可靠性和经济性指标有更高要求，先进性则处于次要地位。基于这些不同的需求，军用发动机往往是小涵道比发动机，体积小、推力大、油耗高、寿命短、维护时间间隔短，而且工作状态变化范围很大，可以为飞机提供各种速度和姿态下所需的动力；而大型民用飞机用的是大涵道比发动机，体积大、推力小、油耗低、寿命长、维护时间间隔长，工作状态变化范围很小，更适合提供飞机相对平稳的飞行动力。
（3）燃气轮机燃气轮机通常是由航空发动机衍生出来而后独立发展的高技术产品。如罗罗公司生产的MT30燃气轮机即是由其用于波音777的航空发动机Trent800去掉前端风扇衍生而来，二者的通用件达80%。燃气轮机和航空发动机的工作原理基本相同，其核心技术也有相似之处。本质上都是将燃料的化学能转化为燃气的热能和势能，再利用燃气推动涡轮膨胀做功，并最终将能量转变为发动机的推力或者对外做功。燃气轮机研制的瓶颈和难点也同样是航空发动机研制的难点。
4、航空发动机与燃气轮机的产业竞争格局（1）市场空间罗罗预计未来20年全球航空发动机和燃气轮机市场总规模2.68万亿美元，其中发动机及燃气轮机需求1.54万亿美元，配套的服务需求约1.14万亿美元，且配套服务需求净利润至少是制造业务的2倍。民用航空发动机市场需求1.05万亿美元，相应的服务需求7000亿美元；军用航空发动机需求1550亿美元，相应的服务需求2600亿美元；海军舰船燃气轮机需求2700亿美元，相应服务需求1250亿美元；电力、油气等能源领域需求600亿美元，相应的服务需求600亿美元。根据罗罗公司对军用航空发动机市场的预测，未来20年，世界军用航空发动机市场需求将达到1550亿美元，相应的服务需求将达到2600亿美元，共计4150亿美元。军用发动机一般为配套性能不断提升的战斗机而研制。世界主要军事强国中，美、英两国已全部装备配备相应级别发动机的四代战机，并已具有一定量的五代战机，俄、法、日等国则以四代战机为主，同时拥有一定数量的三代机，而中国目前仍然处于从第三代向第四代战机过渡过程中，第一架四代机歼-10从2004年开始服役距今10年，美国四代机F-15、F-16等从上世纪70年代中期已开始服役。海军造船和舰船燃机化是燃气轮机市场的持续推动力。老牌海军强国如美国海军、英国海军、日本海上自卫队的主力水面作战舰只早已完成动力燃气轮机化。根据美国海军2013年向国会提交的《海军构成与造船计划》，美国海军的舰船规模将调整到306艘。2014至2018年五年间，美国海军计划建造41艘军舰，年均8艘。包括1艘福特级航母，10艘维吉尼亚级攻击潜艇，9艘阿利伯克级驱逐舰，14艘护卫舰，1艘两栖攻击舰，3艘舰队拖船，1台激动登陆平台舰，2艘补给舰。至2042年，美国海军共将建造268艘舰船，年均9艘。据罗罗公司对燃气轮机市场的预测，未来二十年，作为舰船动力的燃气轮机的市场需求将达到2700亿美元，相应的服务需求达1250亿美元。
（2）全球涡扇航空发动机企业格局
涡扇发动机市场由GE、PW、R&R及其合资公司垄断涡扇发动机是最主要的航空发动机类型，其市场价值占航空发动机市场总体规模的90%左右。大涵道比涡扇发动机主要应用于大型客机、公务机、运输机等领域，小涵道比涡扇发动机则主要用于战斗机、教练机等军事领域。涡扇发动机市场主要由GE、PW和R&R三大发动机巨头及其参与的合资公司瓜分，他们合计占据了涡扇发动机市场的九成份额。斯奈克玛凭借与GE合资的CFM国际分享大型民用发动机市场。俄罗斯“土星”在军用航空发动机领域具有一定竞争力，但在民用领域尚没有成熟的产品。宽体客机发动机市场主要在GE、R&R和PW三大巨头之间直接展开GE拥有CF6-80、GE90和GEnx三种型号，其中CF6-80系列可用于空客A330，GE90是波音777的动力装置，GEnx是波音747-8的唯一动力，也可供波音787选装。R&R的宽体客机发动机为Trent系列，其中Trent700可用于空客A330，Trent800用于波音B777，Trent900是空客A380的选装动力，Trent1000是波音787的选装动力，Trent XWB则是新一代空客A350的唯一动力装置。普惠的PW4000系列可作为空客A330和波音B777的动力装置。另外，GE和PW的合资公司发动机联盟的GP7200发动机是空客A380的选装动力，销售情况已超过Trent900系列。总体而言，在宽体客机发动机市场上，普惠与另外两大巨头相比处于相对弱势地位。窄体客机发动机市场的竞争主要在CFM国际和IAE两个合资公司之间展开IAE的V2500发动机占据了空客A320系列飞机发动机市场的半壁江山，而CFM56系列发动机除了与V2500分享空客A320的市场之外，还独占了波音B737系列的动力市场。因此在目前的窄体客机发动机市场竞争中，CFM国际居于明显优势地位。在空客和波音相继推出换发计划后，窄体客机发动机市场的竞争再次点燃。针对新一代窄体客机的动力需求，CFM国际推出了LEAP-X系列，普惠则推出了“净洁动力”PW1000G系列。LEAP-X是波音737MAX的唯一动力，也是空客A320neo和C919的选装动力，而PW1000G的装机对象包括庞巴迪的C系列飞机、日本三菱支线客机、俄罗斯伊尔库特MS-21客机和空客A320。
（3）全球军用航空发动机企业格局
普惠公司在四代军用发动机市场中居于优势地位战斗机的发动机市场主要由普惠、GE、土星、斯奈克玛以及欧洲喷气动力公司参与竞争。其中欧洲喷气动力公司是由英国R&R、德国MTU、意大利Avio和西班牙ITP组建的合资公司，各占份额33%、33%、21%和13%。目前，GE的F110系列和普惠的F100系列发动机基本平分了F-15和F-16的发动机市场。但市场预计四代战机将在2016年前后逐步停产，竞争的焦点已开始向第五代战斗机F-35转移。普惠公司将作为F35的唯一动力供应商独享千亿美元的市场。欧洲喷气动力公司凭借配装“台风”战斗机的EJ200发动机占据全球战斗机发动机市场13%的份额。法国SNECMA公司的M88发动机用于达索航空的“陈风”战斗机，其市场前景与“阵风”的销售情况息息相关，以及可以在未来的战斗机发动机市场中夺得5%左右的市场份额。俄罗斯土星科研生产联合体的AL-31F发动机主要用于苏-27及其衍生机型，是第三代军用涡扇发动机的代表机型之一，外销用户包括中国、印度、越南、印尼等国家。在AL-31F的基础上发展出深度改型产品——117S，推力达到142.1kN，用于装备苏-35战斗机，目前已批量生产。
（4）全球涡桨航空发动机企业格局加普惠在涡桨发动机市场占有明显优势涡桨发动机市场目前主要由PWC（普惠加拿大公司）、GE、Honeywell和R&R四家公司分享，而随着空客公司的A400M大型军用运输机开始交付，为其提供动力（TP400-D6大型涡桨发动机）的欧桨国际（EPI）的市场占有率将在未来将获得明显提升。加普惠凭借PT6A和PW100系列在涡桨发动机市场占有主导地位，功率范围覆盖500~5000轴马力。PT6A是小功率涡桨发动机中的经典产品，有60多种型号，已累计生产了3.6万台，飞行时数超过3亿小时。加普惠曾正在研制新一代支线涡桨（NGRT）发动机，功率范围5000~8000轴马力，燃油效率将比PW100/150提升20%。目前NGRT发动机已完成第二阶段测试，以上两款产品预计将分别占整个涡桨发动机市场的75%和46%。GE公司通过收购捷克的Walter发动机公司进军小型涡桨发动机市场，Walter公司的M601系列发动机累计产量超过1500台，应用于30多种机型，GE在其基础上开发了M601H-80涡桨发动机，用于农业及其他通航领域，与加普惠的PT6A系列发动机面临直接竞争。CT7-9发动机主要用于EADS生产的CN-235轻型运输机。在大功率涡桨发动机市场上，GE正在其涡轴发动机GE38的基础上开发CPX38涡桨发动机，功率范围5000~7000轴马力，可用于70~100座的商用飞机，与加普惠的PW150A发动机面临竞争。R&R的涡桨发动机业务的收入主要来自军用领域，主要产品为用于C-130和C-27运输机的AE2100发动机（单台功率4475KW），以及用于E-2C预警机的T56发动机（单台功率3803KW）。R&R的民用涡桨发动机主要为Model250和RR500，两者功率范围相当（310～530千瓦），但RR500采用了最新的设计、材料和制造技术，具备更高的效率，可以作为Model250的备选发动机，用于飞机的改进改型。Honeywell的TPE331系列发动机可用于固定翼通用飞机和无人机，目前的应用对象包括C-212-400运输与监视飞机，同时也作为安-38的备选动力。TPE331在无人机发动机市场上表现突出，在通用原子能公司的两款无人机——捕食者和收割者（Predator/Reaper）中被广泛应用。欧洲螺旋桨国际（Europrop International，EPI）公司是由R&R、SNECMA、MTU和ITP组成的合资公司，专门研制和生产A400M军用运输机使用的TP400-D6大型涡桨发动机（11000轴马力）。
（5）全球涡轴航空发动机企业格局涡轴发动机市场主要由五家公司瓜分涡轴发动机市场主要由GE、R&R、Turbomeca（透博梅卡）、PWC（普惠加拿大）和Klimov（克里莫夫）五家公司瓜分，五家公司占全球涡轴发动机总产量的85%，总产值的80%左右。透博梅卡于2001年被SNECMA收购，现为赛峰集团的下属公司，其阿赫尤与阿赫耶系列发动机在轻型直升机市场应用广泛。马基拉系列则主要用于军事领域，装机对象有欧直的超美洲豹、美洲狮及EC225；Denel航空的Rooivalk武装直升机等。阿蒂丹系列主要面向5～6.5吨级军、民用直升机。另外，公司与R&R联合研制了RTM322重型发动机，功率2544轴马力，用于阿古斯特的AW101、NH工业的NH90等机型；与MTU、R&R联合研制的MTR390，功率1300轴马力，用于欧直的虎式武装直升机。加普惠的涡轴发动机主要包括PT6和PW200两个系列。PT6系列包括PT6B/C/T三个型号，PT6B主要用于S76B、H76N等民用直升机；PT6T是根据美国和加拿大军方装备双发直升机的要求研制的一种双发并车涡轴发动机，主要用于军用双发直升机。PW200系列包括10多种机型，主要用于EC120、EC135等轻型双发直升机；新一代产品PW210S针对西科斯基S-76D研制，功率1000轴马力。GE公司的涡轴发动机主要用于中、重型直升机，产品包括用于西科斯基黑鹰/海鹰系列直升机的T700发动机；用于西科斯基CH-53K重型直升机的GE38-1B发动机；以及正在研制的新一代GE3000发动机等。R&R的民用涡轴发动机主要为小功率产品，包括Model250和RR300两个型号。军用领域，6150轴马力的AE1107C发动机是V-22倾转旋翼机的动力装置。另外，R&R还参与了RTM322、MTR390和CTS800三个联合研制项目。俄罗斯克里莫夫的涡轴发动机覆盖400～2800轴马力功率范围，主要配装军用直升机。主要产品为TV3-117和VK-2500两个系列，覆盖功率2000～2500轴马力，用于俄罗斯的“米”系列与“卡”系列直升机。新产品包括用于米-54的VK-800系列（500～800轴马力）和用于米-38的TV7-117V发动机。
我国在民用航空发动机领域几乎空白。相较于我国军用发动机发展的步伐，我国民用发动机依然空白。我国最新自主研制的新舟系列、ARJ21、C919等飞机都是装备进口发动机。中航工业已于2009年出资设立中航商用航空发动机有限责任公司。2011年9月，中航商发宣布将国产大飞机发动机命名为“CJ－1000A”，中文名称为“长江1000”发动机。按计划，“长江1000”的全部研发工作预计将在2016年完成，2020年完成适航并正式装备国产大客机C919。转包业务分享世界航空发动机市场。航空制造业具备典型的“国际化工业”的特点，造就航空零部件合作生产和采购的巨大市场，且国际航空制造业逐步向低成本国家转移的趋势越来越明显。中国航空发动机转包生产业务起始于20 世纪70 年代，项目涉及机头、机翼、机身、尾段、舱门、发动机部件等多种产品。在2012年航展期间，罗罗、普惠、GE 三大发动机公司公布了在华采购的数额，每年共计达8.5亿美元。随着我国航空工业体系的完善和成本优势的凸显，未来有望在全球航空发动机转包业务中分得更大蛋糕。我国民用发动机市场需求空间巨大。我们以20年5400架7560亿美元的民用飞机需求量测算，预计未来20 年我国民用航空发动机的市场需求超过万台，价值约9000亿元人民币（按发动机占整个飞机价值的20%估测），相应的服务需求6000亿元。短期看我国民用发动机基本以进口为主。未来5-10年ARJ21、C919等国产有望开始逐步占据一定市场份额，长期看将对国产民用发动机起到一定拉动作用。积极参与国内军用航空发动机市场业务我国军费占GDP比重低，仍有巨大增长空间。根据斯德哥尔摩研究所的统计，中国军费历年来占GDP 的比重仍不到2%，低于英、法、印度、台湾的2%-3%，更是远低于美、俄的4%-5%。预计未来20年我国的国防开支将保持12%左右的年均增速。军费空海优先，着力发展装备，军用飞机需求旺盛。中国军费主要由人员生活费、训练维持费和装备费三部分组成，各部分大体各占三分之一。中国新增军费将优先用于高新武器装备及其配套设施的建设投入。装备费尤其是海空军装备费用在国防开支中将占有越来越重的份量。我国军用发动机市场：更新换代，需求强劲。我国继续增加四、五代机战机的装备数量，但当前其空中力量仍以老的二代、三代机为主。此外我国运输机目前以中小型为主，未来将向大型化发展。当前，我国军用战机正处于由三代向四、五代过渡的关键时期，未来20年现有绝大部分老旧机型将退役，配备涡扇-10系列发动机的歼-10、歼-11、歼-15将成为空中装备主力，歼-20、歼-31也将有一定规模列装，运输机、轰炸机、预警机及无人机等军机也会发生较大幅度的数量增长及更新换代，这将为发动机带来强劲的需求。预计未来20年中国各类战机采购需求约2900架，价值2290亿美元，折合人民币1.4万亿元；累计需要发动机约3000亿人民币，配套的服务需求约5000亿人民币。燃机未来二十年市场我国燃机需求超五千亿舰船领域。由于燃气轮机具有功率密度高、启动速度快、噪声低频分量低三大先天优势，非常吻合军用舰船对启动速度、航行速度、加减速性能等动力性能及防探测性能的要求。我国舰船燃机化仅处于起步阶段，目前中国海军已知仅有10艘驱逐舰采用了燃气轮机作为动力，其中052型驱逐舰112、113号装备了美制LM2500燃气轮机，052B、052C型驱逐舰168、169、170、171、150、151、152、153 号装备了乌克兰制GT25000 或国内仿制型号。我国军用舰船燃气轮机化是大势所趋，未来空间广阔。预计未来20年市场价值在21.6亿美元以上，配套服务10亿美元。发电领域。在本世纪前半叶，天然气将成为世界不断增长的最主要一次能源，而燃气轮机及其联合循环正是最适合于燃用天然气的动力装备。在另一方面，受我国能源禀赋影响，未来燃煤发电在发电能源结构中仍将占主要地位。同时，IGCC（即整体煤气化联合循环）系统被认为是未来燃煤发电技术发展的主导方向，而燃气轮机又是IGCC 系统中的核心组成部分之一。可见燃气轮机在未来我国电力行业具有非常可观的应用前景。在天然气发电方面，提高天然气发电量在总发电量的所占比例是未来一段时间内我国能源战略的重要组成部分。而且主要发展形式以分布式能源为主。未来20年发电用燃气轮机的需求量约400亿美元（2400亿人民币），配套需求同样为400亿美元。战车领域。机械驱动燃气轮机在车辆方面的市场还是军用为主，主要是军用坦克和装甲车辆。多年来中国的主战坦克一直采用的柴油发动机。今年6月，中国第一台坦克用燃气轮机，中航工业南方MW燃气轮机国产001号机试车获得圆满成功，达到交付要求，这也为改装坦克MW燃气轮机场地试验及高原适应性试验奠定了一个良好的基础，为MW燃气轮机走向市场迈出了一大步，是中国坦克动力发展具有里程碑意义的事情，增加了中国坦克动力的选择。虽然并不意味着未来国产新型坦克必定使用燃气轮机，但这种技术探索和储备对于坦克大国的中国来说是必要的。我国陆军目前主站坦克及装甲车量大约在10000 辆左右。假设未来20年有30%以燃气轮机作为动力，每台小型燃机造价100万美元，累计需求约30亿美元，配套服务14亿美元。综上，我国未来20年燃气轮机需求折合人民币超过2750 亿元，对应服务需求超过2550 亿元，合计约5300亿元。
建国初期，我国从测仿出发逐渐构建起自己的航空发动机谱系；一方面，我们在过去的70年的发展中取得长足的进步，歼10也逐渐开始装配矢量发动机；另一方，我们也应该清醒看到与国际先进航空发动机技术有着较强的代际差距。高性能航空发动机的研发与生产，需要众多基础学科的支持，这其中材料科学尤其是高温合金材料是直接决定航发性能的核心材料。回顾航空发动机的百年发展之路，获取更高的轮前温度，成为发动机推力大小的主要指标；F35战斗机的发动机轮前温度高出Su27战机发动机将近800摄氏度，其结果就是两台Su27发动机的推力才相当于一台F35战机发动机的推力。高性能的高温合金产品是航空发动机的必备材料，同时也将在国民经济其它领域有广泛应用。
04 高温合金产业格局
从狭义上来看，高温合金是以镍、钴、铁为基，能在600℃以上（1200 ℃以下 ）的高温下抗氧化、抗腐蚀，并能在一定应力作用下长期工作的一类特种合金材料。
从广义上来看，耐蚀合金（低温耐一般腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀等）、耐热合金（高温下耐氧化和热腐蚀，受力较小）、金属间化合物（中高温、轻质，含钛铝、镍铝系）和难熔合金（超高温，钨、钼，铌硅系等）都能称为高温合金。
高温合金具有三大特点：1.高温下具有高强度；2.具有良好的塑韧性、抗高温蠕变、抗疲劳等综合性能；3.具有较好的抗高温氧化和热腐蚀性能。因此，俄罗斯将其定义为热强合金，欧美称之为超合金（superalloy）。高温合金的分类主要有四种方式：1. 按工艺分类，可以分为变形高温合金、铸造高温合金（等轴晶铸造高温合金、定向铸造高温合金、单晶铸造高温合金）、粉末冶金高温合金、机械合金化高温合金、焊接高温合金；2.按产品分类，可以分为锻件、环、板、棒、丝、带、管；3.按应用分类，可以分为盘轴类、燃烧室、叶片、机匣、紧固件等；4.按元素分类，可以分为铁基、镍基和钴基3种。
（1）高温合金的发展历史国外方面，1906年，美国人将最早的高温合金定义为蒙乃尔合金（Monel合金），该类合金具有较好的耐腐蚀性。之后有人在80Ni-20Cr合金中加入铝元素使得合金的强度提升，这被认为是高温合金的产生开端。由于当时的航空发动机属于活塞式，因此该阶段高温合金的应用较少。20世纪中期，燃气涡轮发动机的兴起促进了高温合金的发展，大部分的高温合金产生于该阶段。20世纪末，高温合金开始大量推广到其他领域。国内方面，分为创业和起始阶段、提高阶段和创新阶段。目前，国内的高温合金仍以仿制为主，自主知识产权的合金稀有工业批量生产水平与国外存在差距。
（2）我国高温合金与国际领先水平的差距
国内外最大差距在于国内高温合金产品在大生产中存在质量稳定性问题。我国的高温合金多以需求牵引、国家配套项目为支撑的发展模式可以快速实现技术攻关。国外高温合金材料发展早于型号的研发约5~10年，经过大量验证成熟后方投入使用。国内高温合金基本全部为仿制国外合金。自主研发并顺利应用的合金很少。一般晚于型号立项开始研制，早于型号结题完成研制。研发时间短，使用前成熟度不高。而国外高温合金有独立的发展体系和良好的承接关系，新材料研发时间为10年，而发动机仅需2~5年。国内研制开发的高温合金牌号多达200余种，基本都为仿制，其中需特钢厂生产的变形高温合金70余种。品种多，批量少。国外高温合金牌号很多，但不断淘汰，真正应用集中度高，目前美国常用变形高温合金牌号不超过10种，其中718单品合金占50%以上。（3）高温合金受瓦森纳协定限制由于《瓦森纳协定》对我国禁运高温合金，在我国自主高温合金技术无法满足国内需求的同时，进口之路也被堵死，高端高温合金供给严重不足，成为军用航空发动机发展一大阻碍。《瓦森纳协定》又称瓦森纳安排机制，全称《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳安排》。目前共包括美国、日本、英国、俄罗斯等40个成员国，成立目的在于限制敏感产品和技术的出口，实际受美国控制。如捷克拟向中国出口“无源雷达设备”时，美便向捷克施加压力，迫使捷克停止这项交易。
高温合金在航空、航天、舰船、战车、汽车、核能、燃机、化工及油气开采等领域有着非常多的应用场景，同时在各领域系统中都均扮演着非常重要的核心地位。
（1）应用在航空、航天领域
高温合金从诞生起就用于航空发动机，在现代燃气涡轮航空发动机中，高温合金材料的用量占发动机总重量的40%-60%，主要用于四大热端部件：燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘，此外还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。高温合金在航天领域主要应用于火箭或导弹等航天器中动力部分（液氢液氧、液氧煤油、燃气涡轮、冲压发动机）的承力热端部件。包括火箭涡轮转子、燃烧室等。
（2）应用在电力及舰船燃气轮机燃气轮机是高温合金的另一个主要用途，其结构及原理都与航空发动机类似。由于燃气轮机体积小、重量轻，功率大到100000～200000千瓦，效率高达60%由于燃气轮机喷射到叶轮上的气体温度高达1300℃，因此叶片、涡轮盘、燃烧室等部件也需要用高温合金来制造。不同的是燃机中高温合金部件体积比航空发动机大、寿命要求长、载荷相对低、疲劳影响小。煤电用超超临界发电锅炉中，主蒸汽温度每提高1℃、热效率值上升0.029%；而再热蒸汽温度每提高1℃、热效率上升0.021%；而且还可以节约大量的一次能源,减少SOx、NOx和CO2的排放。当蒸汽参数提高到650-750℃时，锅炉中工作环境最为恶劣的过热器与再热器必须使用抗蠕变性能良好，在蒸汽侧抗氧性能和在烟气侧抗腐蚀性能优异的高温合金管材。另外，部分叶轮也需要高温合金。
（3）应用油气开采与化工领域的应用从上世纪70年代开始，高温合金逐渐应用于油气开采领域。占用比例越来越大。因为石油、天然气的开采，特别是井下部件，要承受油气高温、高压、复杂载荷、油气、海水、泥浆带来的高腐蚀，还需要具备无磁、高韧等性能，因此在海水开采和酸性油气井的开采会大量用到高温合金/耐蚀合金。
（1）需求端性能的不断攀升是高温合温迭代的核心动力
从航空发动机角度而言，随着推重比的提高，需要更高的涡轮前温度以加大推力，因此要求材料有更高的扛温能力；同时，随着推重的比提高，需要减轻机身重量，薄质材料的对强度也就提出了更高的要求。
此外，在选材方面，还需要考虑密度、组织性能、耐蚀性能和成本方面的问题。
（2）从金额方面看高温合金的需求空间预计未来20年全球高温合金市场总需求3000亿美元，复合增速4%。预计未来20年我国高温合金市场总需求超3000亿元，复合增速10%。航空发动机重大专项投入规模有望超预期，达2000-3000亿元，将极大推动我国高温合金产业发展。根据航空发动机巨头罗罗公司预测，预计未来20年全球高温合金市场总需求约3000亿美元。其中，民用航空发动机市场需求10500亿美元，对应高温合金需求约1840亿美元；军用航空发动机需求1550亿美元，对应高温合金需求约280亿美元；燃气轮机需求3300亿美元，对应高温合金需求约580亿美元。此外石油化工、汽车、工业等领域需求约在400亿美元左右。
预计未来20年我国高温合金市场总需求超3000亿元。其中，军用航空发动机需求2800亿元，对应高温合金需求约500亿元；民用航空发动机市场需求9200亿元，对应高温合金需求约1600亿元；燃气轮机需求2750亿元，对应高温合金需求480亿元。此外石油化工、汽车、工业等领域需求约在400亿元左右。
（3）从用量方面看高温合金的需求空间
军机市场：1）高温合金材料用量占发动机比例50%；2）零部件加工的成材率为80%，高温合金的成材率50%，即高温合金的全流程利用率为40%。军用领域，结合上文对军用飞机需求的预测，未来20年老战机维护需要高温合金3750吨；新战机高温合金需求39820吨；武装直升机高温合金需求20125吨。军用航空发动机高温合金总需求约46420吨，年均需求约2321吨。
民用领域，未来20年我国单通道飞机需求为3567架，所需航空发动机数量约为12307台；双通道飞机、超大型飞机所需数量为1796架，相应航空发动机需求数量约为12393台，航空发动机总需求约为24700台。按每台发动机2吨计，未来20年我国民用航空市场共需要高温合金49400吨，平均每年2470吨。总计来看，军机市场发动机高温材料需求为46420吨，民机市场发动机高温合金需求为49400吨，未来20年国内航空发动机核心高温合金市场空间约为95820吨，年均4791吨。
国内从事高温合金材料生产的企业数量有限，分为生产基地和研发基地两大类。生产方面主要形成了以抚顺特钢、上钢五厂、长钢三厂和齐齐哈尔等特钢厂等为主体的变形高温合金生产基地、以航空发动机制造公司精密铸造厂为主体的铸造高温合金生产基地和以钢铁研究总院、北京航材院和沈阳金属所等科研院所为主体的高端高温合金材料的生产研发基地等三大基地。我国目前航空和其他工业部门使用的各种通用型高温合金均可在国内生产供应。盈峰股权基金投资方向专注于环境科技、消费升级、文化与泛娱乐、新型材料与先进制造技术等领域。凭借盈峰控股集团强大的产业整合能力和投资业务的完善链条，从业务资源和产业深度上为被投企业赋能，实现产融互动、产业协同，持续为股东和社会创造价值。由于篇幅限制，本篇文章仅节选研究报告部分内容，更多详细内容请持续关注我们。
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