2022年1月7日 并购优塾 航空发动机叶片产业链跟踪： 应流股份VS航亚科技 今天，我们要跟踪的是航空发动机叶片产业链：在航空发动机中，各类叶片（包括风扇叶片、压气机叶片、涡轮叶片）不仅需求量大（一台发动机往往需要3000~4000件甚至更多），而且要求极高，叶片性能直接影响到发动机性能甚至整个飞行安全。 如果说航空发动机是“现代工业的皇冠”，则发动机相关叶片的制造可以称得上是“皇冠上的明珠”。 图：涡扇发动机叶片情况 来源：赛峰集团官网、广发证券 2022年1月7日 并购优塾 从产业链的参与者近期的增长情况来看： 航亚科技——2021年三季报，实现营业收入2.11亿元，同比下滑4.29%；实现归母净利润0.11亿元，同比下滑71.94%。 应流股份——2021年三季报，实现营业收入15.2亿元，同比增长12.31%；实现归母净利润1.51亿元，同比增长14.55%。 从机构对产业链景气度的预期情况来看： 图：wind机构一致预期增长和景气度情况 来源：塔坚研究 发动机叶片这条产业链的各个环节，包括： 2022年1月7日 并购优塾 上游——原材料，主要有高温合金、钛合金和复合材料三种，代表性公司主要有钢研高纳、抚顺特钢、宝钛股份、西部超导、中航高科、火炬电子等。 中游——发动机叶片制造商，代表性公司主要有航发动力、航亚科技、应流股份、无锡透平等、炼石航空等。 下游——发动机总装厂，以国外OEM龙头为主，代表性公司主要有：通用电气航空（GE Aviation）、普惠（PW）、罗罗（RR）、赛峰及其合资公司CFM（GE与赛峰）、IAE、EA（GE与PW）等，占据了90%以上的市场份额；国内代表性公司主要有航发动力（防务）、航发商发（民用）。 2022年1月7日 并购优塾 图：产业链 来源：塔坚研究 本次跟踪，有几个值得思考的问题： 1）发动机叶片行业，未来的空间有多大？ 2）从关键经营数据来看，具备什么样的经营要素，能够在中长期更加具备竞争力？ 2022年1月7日 并购优塾 （壹） 航空发动机是一种结构十分复杂的热力机械，被誉为“现代工业皇冠上的明珠”。以目前应用广泛的涡扇发动机为例，其内部结构主要由风扇、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管等部件组成。 其工作原理为： 外界空气进入发动机后，由风扇叶片进行初步压缩，压缩后的空气一部分进入外涵道高速排出，产生巨大推力。另一部分则进入内涵道，由压气机叶片进一步压缩后送至燃烧室。 增压后的空气在燃烧室中与燃料混合加热，产生高温、高压燃气推动涡轮叶片高速旋转以带动压气机，随后气流经涡轮出口进入尾喷管，在此过程中压力降低、速度增加，从而产生反作用力，推动飞机前进。 由此可见，叶片是发动机工作的核心。 而根据发动机叶片所处部位和功能不同，可以分为风扇叶片、压气机叶片和涡轮叶片（涡轮叶片又可以分为导向叶片和工作叶片）。从技术难度上看，涡轮叶片＞压气机叶片＞风扇叶片。 2022年1月7日 并购优塾 所以，涡轮叶片是涡扇发动机的核心，也是制约发动机性能的瓶颈。 图：发动机叶片示意图 来源：航空制造网、广发证券 这是因为，风扇叶片和压气机叶片位于燃烧室的前端，工作环境温度较低，属于冷端部件。一般经过压气机增压后，气流温度提升至400°C左右，压力高达50多个大气压，相当于3倍的蓄满水后的三峡大坝底部压力。 而涡轮叶片位于燃烧室之后，需要将高温热能转化为机械能，属于热端部件。目前先进的喷气发动机中涡轮入口温度（即涡轮前温度） 2022年1月7日 并购优塾 普遍超过1600°C。此外，涡轮叶片还需要以每分钟几万转的速度旋转，叶尖承受的离心力相当于40吨重卡车的拉力。 相比较而言，涡轮叶片的工作环境更恶劣，制造难度及制造成本也更高。 图：发动机叶片情况介绍 来源：中泰证券研究所 相关研究表明，发动机涡轮前温度每提高100度，发动机的推力就可以提升10%左右。因此，叶片的承温能力直接决定了航空发动机的性能。那么，如何进一步提高发动机叶片的承温能力呢？ 首先是提高材料性能和铸造工艺。 2022年1月7日 并购优塾 由于涡轮叶片对于高温耐性要求很高，且需要具有足够的韧性和抗疲劳性能。因此高温合金（下图红色部分，初代高温合金能承受800°C高温）开始取代高温不锈钢，成为涡轮叶片制造材料，并且普遍采用精密铸造方式进行加工。 图：发动机应用材料示意图 来源：中泰证券研究所 随着铸造高温合金的工艺不断提升，70年代后，定向凝固合金和单晶合金开始出现。采用定向凝固合金制造的涡轮叶片承载温度达到了1000°C（约合1273K），而单晶合金涡轮叶片的承载温度更是高达1050°C（约合1323K）。目前单晶高温合金已经发展到了第3代。 2022年1月7日 并购优塾 图：各代发动机涡轮叶片 来源：广发证券 此外，由于陶瓷基复合材料（CMC）能够承受1250 °C以上的高温，有望替代高温合金成为下一代航空发动机高温部件的主要材料。但是，CMC存在高温下的氧化烧蚀问题，限制了其在热端部件的应用。 当前，推重比在10这一级的发动机（比如F119）涡轮前温度已达1700°C左右，比现有高温合金材料的熔点（1100°C左右）还高600°C。因此，仅凭高温合金材料本身已难以满足先进航发的需求，这就需要运用气膜冷却技术和热障涂层来给叶片降温。 气膜冷却技术—— 气膜冷却的原理，是通过在叶片上设计冷却通道和冷却孔，然后把压气机里几百摄氏度的“低温气体”引到涡轮叶片内部，再从叶片表 2022年1月7日 并购优塾 面的冷却孔中喷出来就形成一道气膜，从而将叶片表面与高温燃气隔开，以达到冷却涡轮叶片的目的。 气膜冷却技术的应用，使得涡轮叶片的工作温度可以远大于叶片材料本身的承受温度。据统计，涡轮前温度平均每年升高25K，其中约15K（占比60%）是依靠冷却技术的进步取得的。 图：涡轮叶片气膜冷却原理 来源：航空制造网、安信证券研究中心 但是气膜冷却技术需要在涡轮叶片前缘、叶身型面等部位设计大量的气膜孔，孔径一般在0.2~0.8mm之间，空间角度复杂，对于打孔技术要求较高。 2022年1月7日 并购优塾 热障涂层—— 热障涂层（Thermal Barrier Coating，TBC）是采用耐高温、低导热的特殊材料（主要为陶瓷材料）涂覆在涡轮叶片表面形成涂层，以降低高温环境下涡轮叶片表面温度的一种热防护技术。 目前，国际上广泛使用的涂层材料一般是氧化锆基陶瓷（YSZ）。据相关文献报道，涂覆厚度为250μm的热障涂层能使基底温度降低110～170 °C，相当于过去30年发展高温合金提高叶片承温能力的总和。 图：发动机叶片耐温发展趋势 来源：西南证券 2022年1月7日 并购优塾 综上，叶片材料尤其是涡轮叶片材料是制约航发的瓶颈之一，其性能的提高依靠“材料升级+气膜冷却技术+热障涂层技术”实现的，其中，气膜冷却的技术贡献占比较高，约60%。 （贰） 首先，我们以2020年为例，从收入体量和业务结构方面，来看一下： 从2020年整体收入体量来看：应流股份（18.33亿元）>航亚科技（3.01亿元）。 从收入结构来看： 一、应流股份——专注于高端装备关键零部件的研发制造，主要产品为泵、阀门零件、机械装备构件、核能新材料和高温合金零部件等，是我国核电、油气、工矿和航空领域铸件的重要供应商。 2020年航空航天新材料及零部件业务收入3.21亿，占比17.5%。主要包括航空发动机叶片、导向器、机闸、涡轮轴发动机等产品。近年来增长较快，2016年-2020年复合增速高达91.98%。 2022年1月7日 并购优塾 从收入来源角度来看，2020年，其国际业务收入占比45%。但由于其海外客户主要是燃气轮机产品，受卫生事件影响并不大。 图：应流股份收入结构（单位：亿元） 来源：塔坚研究 二、航亚科技——专注