「国防军工点评」航空发动机国产化加速，Sic

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投资评级：增持（维持）

事件

《华尔街日报》2月15日报道，特朗普政府考虑阻止通用电气公司向中国出口leap-1c航空发动机，理由是担心该发动机的技术被中国“逆向仿制”。特朗普2月18日晚发布推特，希望中国购买美国的喷气发动机。

投资要点

1 国产发动机研制加速已是必然

我们认为此次无论美国是否真的禁运C919发动机，都会促使我国大涵道比航空发动机以及相关零部件、材料国产化的加速。在中美贸易战博弈还将长期持续的预期下，军工产业链所有对进口依赖的环节，都将加速国产化进程。在此背景下，军工电子、新材料等产业短板环节将加速技术进步，需求将高度景气，核心厂商能够现快速增长。

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陶瓷基复合材料（CMC）与高温合金相比具有重量更轻、更耐高温等优点，是用于先进航空发动机燃烧室/加力燃烧室、涡轮、尾喷管等热端部件的理想材料，已经在多款航空发动机上得到应用。CMC中研究最为广泛的是以碳化硅（SiC）为基体的陶瓷基复合材料，各国在SiC/SiC CMC 制备工艺方面均开展了大量研究，美国、法国等国家已经将SiC/ SiC CMC系列化。

3 SiC/SiC材料在LEAP发动机上实现应用

LEAP发动机是一款由美国航空发动机制造商通用电气航空（GE Aviation）和其法国合作伙伴斯奈克玛（Snecma）各出资50%合资的——CFM国际公司所研发大涵道比涡扇发动机。商飞在C919研发之初就为C919选择了LEAP发动机。2017年，SiC/SiC的CMC已经在LEAP发动机热端静子部件上实现了工程化应用，并完成了首飞。LEAP发动机的一级、二级高压涡轮喷嘴和一级高压涡轮罩环均使用了CMC，使得LEAP发动机的高压涡轮的效率和耐久性大幅提高。

GE公司在2015年预测，未来10年发动机中CMC的用量将增加10倍。为实现该目标，GE公司除了在纽约设立的全球研发中心以外，还完成了垂直一体化CMC供应链的4个生产设施。GE公司研发的用于波音777X宽体客机的GE9X发动机，将含有5个不同类型的SiC/SiC CMC零件：燃烧室内/外衬、一级高压涡轮罩环、一级喷嘴、二级喷嘴以及低压涡轮转子叶片。与LEAP仅在一级高压涡轮罩环上使用CMC相比，燃烧室和涡轮叶片应用CMC材料是GE9X的一个重大技术突破。

5 国内对SiC/SiC材料早有布局，CJ1000应用可期

根据国内航空复合材料龙头公司中航高科公告，2018年公司突破了CJ1000航空发动机复合材料一级风扇叶片制造和无损检测关键技术，2019上半年完成CJ-2000商用航空发动机复合材料风扇大叶片交付，取得了二代SiC纤维/SiC复合材料界面层工艺和致密化工艺的技术突破。同时火炬电子也在陶瓷新材料领域布局多年，子公司立亚新材已经实现批量化生产。

投资建议

推荐国内陶瓷新材料产业化领先企业火炬电子，建议关注国内航空复合材料龙头中航高科。

风险提示

新材料应用进度不及预期，国内航空发动机研制进度不及预期，美国可能采取进一步措施对我国的发动机造成负面影响。

正文

国产发动机研制加速已是必然。我们认为此次无论美国是否真的禁运C919发动机，都会促使我国大涵道比航空发动机以及相关零部件、材料国产化的加速。在中美贸易战博弈还将长期持续的预期下，军工产业链所有对进口依赖的环节，都将加速国产化进程。在此背景下，军工电子、新材料等产业短板环节将加速技术进步，需求将高度景气，核心厂商能够现快速增长。

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高温材料对航空发动机性能至关重要，目前发动机热端部件主要采用的是使用温度约1100℃的镍、钴基高温合金，开发使用温度高于1100℃的新型高温材料是业界的努力方向。

陶瓷基复合材料（CMC）重量轻、强度高、耐高温，是发动机高温部件的理想材料。CMC与高温合金相比，CMC具有如下优点：

1）重量更轻，CMC密度低，仅为高温合金的 1/3~1/4；

2）更耐高温，CMC在不使用空气冷却和环境障涂层的情况下，工作温度可达 1200℃以上，潜在使用温度可达 1600℃。高温合金的比强度和比模量在高于 1050℃时急剧下降，而 SiC/SiC CMC 比强度和比模量随温度升高而增加，在高于 1050℃的使用环境中，与高温合金相比优势显著；

3）更高效，部件可承受更高的温度意味着需要更少的冷却气体，可将更多的空气用于燃烧室中燃烧从而发动机具有更大的推力；

4）更节能，可使发动机循环温度更高、燃料燃烧更充分，相应地可减少燃料消耗和氮氧化物排放。

因此CMC 是用于航空发动机燃烧室/加力燃烧室、涡轮、尾喷管等热端部件的理想材料，已经在多款航空发动机上得到应用。

图1：CMC对于该图所示的各种航空发动机零部件都是不错选择

表2：应用CMC新材料的航空发动机型号

CMC中研究最为广泛的是以碳化硅（SiC）为基体的陶瓷基复合材料，主要是因为相较于其他基体材料，碳化硅材料具有更好的性能，保留了碳化硅纤维高强高模、耐高温、抗蠕变、耐腐蚀、材料热膨胀系数小等优点，同时克服了碳化硅陶瓷断裂韧性低和抗冲击性能差的缺陷。各国在 SiC/SiC CMC 制备工艺方面均开展了大量研究，美国、法国等国家已经将 SiC/ SiC CMC 系列化。

2 SiC/SiC材料在LEAP发动机上实现应用

LEAP发动机是一款由美国航空发动机制造商通用电气航空（GE Aviation）和其法国合作伙伴斯奈克玛（Snecma）各出资50%合资的——CFM国际公司所研发大涵道比涡扇发动机。该款发动机油耗指标较上一代同级别发动机有约15%的提升。法国空中客车公司和美国波音公司分别为其新窄体A320neo（LEAP-1A）和737MAX（LEAP-1B）选择了LEAP发动机。

商飞在C919研发之初就为C919选择了LEAP发动机。为了能更好的发挥性能，作为C919飞机唯一发动机选型的LEAP-1C，从基础性能上就与飞机型号的设计指标进行了深度适配，附加机匣、整流罩气动、油电气管路等诸多细节都与机体进行了综合性优化设计。

2017年，SiC/SiC的CMC已经在LEAP发动机热端静子部件上实现了工程化应用，并完成了首飞。LEAP发动机的一级、二级高压涡轮喷嘴和一级高压涡轮罩环均使用了CMC，使得LEAP发动机的高压涡轮的效率和耐久性大幅提高，发动机重量减轻了数百千克，节重放大效应远远超过3:1。此外，LEAP发动机的低压涡轮导向器叶片采用SiC/SiC CMC，可耐1200℃以上的高温，并且不需要冷却，易于加工。

图2：商飞为C919选择的LEAP-1C发动机

3 GE公司建成大规模CMC部件生产设施，推动CMC应用

GE公司在2015年预测，未来10年发动机中CMC的用量将增加10倍。为实现该目标，GE公司除了在纽约设立的全球研发中心以外，还完成了垂直一体化CMC供应链的4个生产设施，即GE航空集团总部负责CMC产品设计的CMC实验室；CMC原材料及部件的小批量生产厂；CMC部件大批量生产厂，生产包括LEAP所使用的SiC/SiC涡轮罩环等部件，其目标是在2020年实现年产能超过36000个罩环；以及CMC大批量原材料生产设施，该设施包括两间工厂，分别批量生产碳化硅陶瓷纤维和使用碳化硅纤维生产单向预浸料。

碳化硅陶瓷纤维工厂将是美国国内首家规模量产该材料的工厂，此前全球范围内仅在日本有一家隶属于NGS先进纤维公司的碳化硅陶瓷纤维量产工厂，正是该工厂一直为GE提供CMC部件所需的碳化硅纤维原材料，其中NGS是日本碳素株式会社（50%股权）、GE（25%股权）和法国赛峰集团（25%股权）于2012年共同出资建立的合资公司。碳化硅纤维工厂竣工投产后，美国国防部、GE航空、赛峰集团将成为其主要客户。

图3：在GE飞行试车台上的GE9X发动机

4 国内对SiC/SiC材料早有布局，CJ1000应用可期

根据国内航空复合材料龙头公司中航高科公告，2018年公司突破了CJ1000航空发动机复合材料一级风扇叶片制造和无损检测关键技术，2019上半年签订了CJ-1000发动机叶片、叶栅合同；取得CJ-1000发动机短舱叶栅工作包；签订了CR929前机身过渡段机身壁板典型件制造合同；完成CJ-2000商用航空发动机复合材料风扇大叶片交付，取得了热压罐成型制造技术突破；取得了二代SiC纤维/SiC复合材料界面层工艺和致密化工艺的技术突破。

表2：中航复材技术突破情况

同时火炬电子也在陶瓷新材料领域布局多年，子公司立亚新材已经实现批量化生产。

5 投资建议

推荐国内陶瓷新材料产业化领先企业火炬电子，建议关注国内航空复合材料龙头中航高科。

6 风险提示

新材料应用进度不及预期。任何一种新材料从研制成功到实现批量应用都需要很长周期，从材料到零部件到装备任何一个环节不及预期都会影响应用进程，从而影响相关厂商业绩释放节奏。

国内航空发动机研制进度不及预期。航空发动机整体研制难度大，我国自主研发的商用航空发动机CJ系列目前处于较为早期阶段，距离批量应用预计还需要较长时间。

美国可能采取进一步措施对我国的发动机造成负面影响。虽然目前美国表示愿意对我国出口商用航空发动机，但未来随着中美在贸易战中持续博弈，依然存在被禁运的可能，从而对我国大飞机整个产业链造成不利影响。

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陈显帆 东吴研究所副所长，董事总经理，大制造组组长，机械军工首席分析师

机械行业2017年新财富第二名，2016年新财富第四名，2015年新财富第三名，2014年新财富第二名；所在团队2012-2013年获得新财富第一名。伦敦大学学院机械工程学士、金融学硕士。4年银行工作经验。2011-2015年曾任中国银河证券机械行业首席分析师。2015年加入东吴证券。

周佳莹 分析师（航空装备、军用元器件、芯片）

四川大学经济学学士、西南财经大学金融学硕士，2016年起从事军工行业卖方研究，2017年加入东吴证券。

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