【市场研究】军用航空合金材料行业研究

点击量: 发布时间:2017-03-21 作者:状迈(上海)增材制造技术有限公司
合金材料:指由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目,可分为二元合金、三元合金和多元合金。
航空航天:以大气层为分类依据,航空指飞行器在地球大气层内的航行活动,航天指飞行器在大气层外宇宙空间的航行活动。
航空航天合金材料:系指用于航空航天飞行器制造的合金材料,该等材料呈现“高、精、专、特、新”五大特征。
航空航天合金材料行业:系指从事航空航天用合金材料及制品的研发、生产及销售业务的企业总和。
——————行业背景——————
2013年11月召开的“十八届三中全会”明确提出了国防和军队现代化建设“三步走”战略,加紧完成机械化和信息化建设的双重历史任务,因此建立完备的信息系统作战体系是军队体制改革部分的重点。
2015年12月31日,陆军领导机构、火箭军、战略支援部队成立大会在八一大楼举行,本次军改的大轮廓如期而至。
陆军领导机构的建立将彻底摆脱“大陆军主义”的军事领导架构和指导思想,空军和海军的建设步入大发展时代,第二炮兵更名为火箭军,标志着第二炮兵将以崭新的姿态和形式正式从幕后走向前台,战略威慑和核常兼备力量的建设步入新的历史阶段。
第一步:至2010年,打下军队现代化建设坚实基础;军队信息化建设进行初步摸索;
第二步:至2020年,基本实现机械化;信息化建设取得重大进展;
第三步:至2050年,基本实现军队国防现代化。
 
目前,我国的军队整体建设处于第二阶段,从本阶段开始,着力打造空、海军事力量成为军队建设的重要方向:
目标
途径
任务分解
具体措施
涉及方向
2020年实现机械化
体制改革
联合作战能力提升,优化军队规模结构和力量构成
建立基于信息系统的作战体系,海空和火箭军的地位提升
数据链建设/信息系统建设/北斗导航建设
政策改革
采购体系变革,装备定价体系变革
需求牵引规划,规划主导资源配置
舰艇/飞机/发动机/航电系统等装备的制造
军民融合
民参军,竞争带来的整合预期
非军工企业参与军工体系
民营企业涉入军工市场
经过几十年的投入,我军装备建设取得了长足进步,大平台补齐战略已经基本完成,陆海空军及火箭军的各类主战武器已经接近美军。核心主战平台对比表如下:
 
 
中国
美国
空军
战斗机
J11、J10、J20、J31
F15、F16、F22、F35
运输机
运10
C17
海军
驱逐舰
052C、052D
伯克级
航母
辽宁号
尼米兹级航母
陆军
主战坦克
99改
M1A1
武装直升机
武直9、武直10
阿帕奇
火箭军
战略导弹
东风
潘兴
尽管我军装备建设取得了长足的进步,但空军实力相比美国、俄罗斯等军事强国差距仍然巨大。美军战斗机、俄罗斯战斗机数量均多于我军,运输机数量对比更加悬殊。因此,我军军机研发与批量制造成为必然趋势。世界主要国家军机对如下图:
 
我军军机与发达国家相比,不仅数量较少,且装备先进性方面亦存在不足:目前军机总体以二代战机为主,三代战机逐步列装,四代战机在研,整体落后美国等发达国家一代的水平,与我国的大国地位严重不符。近几年国家逐渐加大投入,四代机、大型运输机等纷纷涌现,预期未来10年军机市场空间巨大。
 
——————行业现状及发展——————
以军机为代表的航空航天飞行器已经成为一个国家科技水平、综合国力及军事实力的重要标志之一。随着航空科技的迅速发展,面临不断提高的国防建设要求,飞机必须满足高速、高空、长航时、远航程的新一代飞机的需求,飞机的结构愈加复杂,精度要求愈加提高。
航空航天高端零部件具有单机使用量大、种类多、综合要求高等特点,目前已发展成一个庞大的产品体系,为了满足飞机更高性能要求,未来的航空高端零部件主要有以下发展趋势:
 (1)在目前高端零部件及紧固系统的基础上,完善、提高其性能和功能;
 (2)进一步减重,采用可控制成本的更高强材料,如超级高强合金材料,可使高端零部件体积重量进一步降低;
 (3)开发具有环境感应能力的智能化高端零部件,以实现便利的遥控式装配和拆卸,同时及时实现对多种与紧固相关状态的察觉等。
为了提高高端零部件的可靠性,国外高性能高端零部件研制采用大量新材料、新结构,对制造工艺的要求也进一步提高。为此,相继研发了一系列高性能飞机关键制造技术,并呈现以下发展趋势:
 (1)面向零件的专业化生产线;
 (2)轻量化、整体化结构件制造技术;
 (3)新型结构件精密制坯技术;
 (4)信息技术与制造技术相结合。
 
 
密度小、吸能
高端钛合金因其优异的性能和可控的成本,成为航空航天合金材料的代表:
 
部分世界先进机型,钛合金部件占比,如下表:
 
军机F-22的钛合金部件占比超过40%,远高于F-15(对应中国J-20四代机),我军未来在军机上进一步提高钛合金的使用比例系技术进步必经途径。
以运-20大型运输机为例,机身重约220吨,机体高端零部件主要以钛合金、铝合金、钛铌合金和特种专用钢为主的高端零部件为主,其次是非金属复合材料高端零部件。
特别的,2016年8月28日,中国航空发动机集团公司(中航发)成立大会在京举行,这标志着集团组建工作基本完成。
航空发动机工程整个系统的复杂程度巨大、精细化要求十分严格。涉及气动热力学、燃烧学、传热学、结构力学、控制理论等众多领域,需要在高温、高压、高转速和高载荷的严酷条件下工作,并满足推重比高、重量轻、可靠性高、安全性好、寿命长、油耗低、噪声小等众多十分苛刻而又互相矛盾的要求。
航空发动机是当今世界上最复杂的系统工程,研发周期长,全新研制一型跨代航空发动机,一般需要二十年左右,比全新研制同一代飞机时间长一倍。之所以需要如此漫长周期和大量资金的投入,是因为航空发动机不仅依赖设计和制造,更加依赖试验和试飞。即使是技术先进的国家,其当前技术水平亦能完全通过设计分析预测结果。只有经过设计-制造-试验-修改设计-再制造-再试验的反复摸索和迭代,才可能完全达到技术指标的要求。
此外,无论军机还是要求更为严苛的飞机发动机,成为军用航空材料合格供应商需要通过长期而严格的资质认证,军用航空材料的开发都是通过参与军工配套项目的形式进行的,通常情况下:
预研阶段需要2-3年时间(即选型选材),正式项目研制阶段需要3-4年时间(项目评定,上图评审,材料评审,装机评审,首飞验证),从开始预研到成为合格供应商总共需要5-7年时间;同时需要投入大量的人力、物力和资金,而一旦通过评审,双方就会形成长期稳定的合作关系,前期没有参与相关项目的企业短期内很难再取得相关材料的供应资质。
——————行业产业链——————
材料及制品处于航空航天合金材料上游核心环节,上游企业未来将业务不断向下游延伸,覆盖产业链多个环节可使业内企业享有更高技术壁垒,同时获取更高的产品毛利。
 
 
——————行业政策——————
(1)国家工业与信息化部《军民融合深度发展2015年专项行动实施方案》和国防科工局《2015年国防科工局军民融合专项行动计划》发布,全军武器装备采购信息网正式上线,军品市场的大门已然敞开,这对具备装备承研、承制能力的优势民营企业是一个巨大机遇。
(2)工业和信息化部《机械基础件基础制造工艺和基础材料产业“十二五”发展规划》,提出,研究设立“三基”产业发展专项,重点支持行业的技术研发和产业化,先进工艺推广应用,新产品的试点示范,研发、检测、培训等行业服务平台建设等。鼓励金融机构设立“三基”产业发展专项基金。引导地方、企业和社会资本加大对“三基”产业的资金投入。
(3)2010年10月11日,工业和信息化部印发《机械基础零部件产业振兴实施方案》,着力促进在汽车、风力发电、核电及飞机制造等方面应用高端零部件的自主创新制造,对生产高强度高端零部件提出了战略方向指导,确立了高强度高端零部件在基础零部件产业中的重要地位。
——————市场容量——————
2011-2015年度,中国军费支出连续五年保持两位数增长;预计未来三年军费支出仍将保持10%的增长。军费的较快增长系军用合金材料行业增长的根本保障。
 
目前,我军战机正处于更新换代的关键时期,未来20年现有绝大部分老旧机型将退役,各类军机也会发生较大幅度的增长及更新换代,预期市场将在“十三五”期间释放,预计未来20年中国各类军机采购需求约2700架,军机市场规模达到14000亿元,钛合金部件在飞机结构件及其他部件中占比约为12%,其中加工费用和材料费用1:1,对应钛合金需求约840亿元。考虑到未来军机钛合金使用比例逐步上升,市场容量亦将更为巨大。
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