航空刹车系统产业专题报告

1、 航空刹车系统产业专题报告：高弹性耗材，涨势强劲 报告综述机轮刹车是飞机刹车系统核心构成。飞机刹车系统由舵面、发动机反推、机轮刹车、减速伞及特殊手段等联合实现减速。其中机轮刹车装置是最主要、应用最广泛的刹车装置之一，通过刹车系统控制刹车装置，来进行飞机的减速、着陆、转弯等标准动作。机轮刹车原理: 多台制动盘与制动板重叠而密封的盘式结构制动装置。 刹车时，汽缸座活塞在刹车压力的作用下向前移动，动、静盘摩擦面受压力作用贴紧后产生摩擦力，摩擦力传递给转动的机轮和相对静止的刹 车壳体，形成刹车力矩，使机轮制动。机轮刹车主要由刹车盘（副）、刹车机轮及控制系统组成。产业链中游关键零部件，毛利高耗材需求量大

2、。通过对比部分产业链上的相关公司营收水平，可以发现产业链上游的原材料提供商、产业链下 游的主机厂等毛利均低于刹车制造厂商，该产品由于其高工艺要求、不 可替代属性具有坚挺的盈利优势。军用飞机行业市场规模巨大，预计未来 10 年将达近千亿市场规模。其 中刹车控制系统属于全寿命集成电路，随着刹车技术的不断提升及全电 系统的不断普及，新型飞机刹车控制系统将从目前液压刹车系统像电子 刹车系统过度。按照飞机：刹车系统 1:1 的配置，及刹车系统随飞机全 寿命使用，预计未来 10 年刹车控制系统市场规模有望近百亿。刹车机 轮属于半寿命周期产品，考虑军用飞机主机轮一般装配数量及维修更新比例，机轮市场规模有望超

3、七百亿市场空间；刹车盘（副）属于高耗材 产品，未来炭/炭原材料成主流，考虑 1/3 寿命周期及新旧机型更换比 例，未来市场规模有望达 50 亿。1 航空刹车系统：飞机安全第一保障、机体结构核心部件飞机降落时如何减速的？通常由舵面、发动机反推、机轮刹车、减速伞及特殊手段 等联合实现减速。这些统称为飞机刹车系统，专指使飞机减速或停止的装置，主要功用 为减速、转弯及制动。其中机轮刹车装置是最主要、应用最广泛的刹车装置之一，通过 刹车系统控制刹车装置，来进行飞机的减速、着陆、转弯等标准动作。起落架机轮刹车：主起落架负责刹车，前起落架负责转弯。起落架首先分为前起落 架和主起落架。依据飞机型号不同，前起落

4、架只能承受飞机重量的 6%-15%，而且需要 提供转向功能，依靠前起落架实现刹车功能十分有限。位于后方的主起落架承担了机轮 刹车的绝大部分任务，以干线客机为例，依适航性要求降落速度可达 140 节,即 260 公里 /小时，需要机轮刹车系统一个轮子多套刹车片，一层套动另一层不转的来制动刹车，与 汽车多片式离合器原理相同。在“最严酷着陆停止”实验中，即考虑其他刹车系统都损坏的情况下，飞机机轮刹车 可吸收超 300 兆焦耳能量，温度短时间内快速上市至千度以上，因此飞机对刹车盘材料 耐高温性及稳定性、减少变形等方面都有严格的要求。1.1 机轮刹车作用原理：盘式结构制动机轮刹车的工作原理: 刹车是多台

5、制动盘与制动板重叠而密封的盘式结构制动装置。多个制动板和制动盘的使用会增加制动面积。而且它会产生更大的制动摩擦。这种 型号的刹车装置在大型中型飞机上使用最广。这种装置由多个刹车部件组装形成一个整 体，称为刹车组件。特定的构成组件是: 刹车动作器、刹车间隙调器、刹车磨损指示销、 刹车片、扭力管、压力盘、液压接头、放气口部件。刹车片由多个移动件和多个固定件 构成，多个移动件和多个固定件是间隔排列的。固定件安装在刹车装置的扭力管上，它 是固定的不随机轮转动不作周向运动，但要作轴向运动，以达到压紧和释放刹车盘的目 的。压力盘和刹车动作器活塞杆是联接固定的，固定支撑板不旋转，而动片可随机轮作 周向运动，

6、也可作小幅度轴向运动，刹车的就是制止其转动，达到制止飞机前进的目的。 刹车组件固定安装在轮轴上，当将其安装在飞机机轮上时，动片沿动片滑键深入轮毂内。 移动件可随机轮转动，而固定件片不能随机轮转动。采取刹车措施后，刹车压力经过传递进入刹车动作器，液压缸使刹车动作器活塞杆伸出，推动压力盘沿轴向动，移动件和 固定件都可以在轴线方向来回移动，这个动作可以将所有移动片和固定片压紧到支撑盘 盘面上，移动件和固定件被按压，两者接触后后会产生大的摩擦力，这个摩擦力使使移 到件停止转动，从而达到刹车的目的。撤销刹车动作之后，刹车动作器的液压缸腔内的 液压油沿管路回流，在弹簧力的作用下，使压力盘上的压力撤销，移到

7、件和固定件分离， 回归初始位置，整个刹车过程结束。1.2 机轮刹车系统构成：机轮系统+控制系统机轮刹车系统：两部分组成，控制系统从液压向全电发展。机轮刹车系统是地面减速中最关键的一部分，决定了飞机的着陆安全。飞机机轮刹车系统包括两部分产品，一 部分是刹车机轮，有时简称为机轮，一部分是刹车控制系统，也简称为刹车系统。现代 飞机的发展，对飞机提出越来越高的要求，机轮刹车系统将朝着多余度、集成化、智能 化和全电刹车等方向发展。控制系统：液压刹车系统占主流，全电刹车成未来发展方向。飞机液压系统是指飞 机上以油液为工作介质，靠油压驱动执行机构完成特定操纵动作的整套装置。刹车液压 系统包括起落架回收及对主

8、刹的控制，是目前我国军民飞机主要刹车控制装置。如上图，三位四通电液换向阀 10，处于中间位置时，两个电磁铁都未通电，收油路 12、放油路 13 均与回油路 T 相通。当换向阀 10 处于右位时，放下油路 13 接通高压油 源，因单向阀 8 闭锁，高压油首先进入开锁液压缸 9，然后接通液压锁 6，高压油进入 起落架收放液压缸 1 的放下腔 1.1，其上腔 1.2 与回油路相通，将起落架放下。在液压缸 上腔 1.2 出口油路上安装有一单向节流阀 2，用来减小起落架放下时的速度，缓和冲击 力，放下结束后，液压锁 6 将收放液压缸放下腔油液闭锁，以备起落架收放液压缸钢珠 损坏时，仍能将起落架保持在放下

9、位置。与液压锁并联的高压溢流阀 3 是当收放液压缸 放下腔 1.1 压力超过某定值时，此阀打开，将放下腔 1.1 的超压油液排到回油路，防止 损坏机件。刹车动作执行原理与起落架相同。1.3 刹车演变历史：汽车刹车演变而来，向全电智能化发展飞机刹车系统最早借用了汽车上的技术，至今有 70 年左右的发展历程。飞机刹车 系统大体分为两大体系，一是英美等国的电子防滑刹车系统，一是苏联机械惯性防滑刹 车系统。在发展初期，大约在 20 世纪 50 年代，英美等国和苏联一样还在使用开-关式防滑刹车系统。后来，随着控制技术的发展，特别是电液伺服阀的出现，英美等国广泛应 用电子防滑刹车系统，飞机刹车系统进入新的

10、发展时期。美国亚当斯（ABSC，飞机刹车系统公司）、古德里奇（BFGoodrich）、霍尼韦尔 （Honeywell）、海德罗-亚尔（Hydro-Aire），英国的邓禄普（Dunlop）和法国的米歇尔布加提（Messier-Bugatti）是西方国家飞机机轮刹车系统的主要厂家。海德罗公司是飞机 刹车控制系统的专业化厂家，产品几乎全部用于波音飞机上。霍尼韦尔（以前为联信公 司，再往前是本迪克斯），主要为波音飞机提供机轮和刹车。邓禄普公司为英国宇航公司 提供机轮、刹车和刹车控制系统。米歇尔公司为空中客车工业公司提供机轮和刹车系统。1.4 发展方向：电子防滑及高性能复材能主要发展方向电子防滑和碳刹车

11、系统已经成为飞机先进性的主要标志及未来发展方向。目前，英 美等国飞机刹车系统主要采用电子防滑刹车系统，控制盒有模拟式、数字式，刹车装置 有钢刹车、碳刹车。自动刹车系统和轮胎压力、刹车温度监控系统等设备按用户要求选 装。俄罗斯生产的飞机主要是机械惯性防滑刹车系统，但系统配置和附件的设计和制造 进行了不断改进，提高了使用可靠性和刹车总效果。我国在新机研制上把碳刹车和电子 防滑刹车技术作为发展方向，并获得成功应用。电子防滑和碳刹车系统已经成为飞机先 进性的主要标志及未来发展方向。飞机刹车系统的设计制造技术发展趋向可概括为以下几方面：（1）采用余度技术。无论军用飞机还是民用飞机的刹车系统都是越来越复杂

12、，这 就给可靠性带来了问题。因此，在设计中从硬件和软件方面采取措施。现在飞机刹车采 用液压源，或主系统是液压系统，正常系统和备用系统压力源互相独立和隔离，而且刹 车汽缸座活塞也是两套，它们之间是独立和隔离的。在控制盒中，设置两条独立通道， 实施并行运行和监控，从而提高了使用的安全性和可靠性。（2）应用计算机和微电子技术。飞机刹车系统的防滑控制技术已逐渐由模拟式向 数字式发展，体积小，重量轻，除给设计带来方便以外，主要给刹车效果、可靠性和维 修性带来好处，如果设置余度、实现保护、设置机内检测、实现机载电子监控集成、数 据化管理等就很容易。（3）采用电传操纵。目前已有不少飞机采用了电传刹车操纵方式

13、，取代了传统的 脚蹬-刹车减压阀的机械式操纵方式，克服了机械式的脚蹬力敏感问题，避免了刹车压 力过猛升高。电传刹车操纵方式迟滞小、平稳，节省重量。现在的电传刹车较早期更为 完善和可靠。光导刹车操纵方式技术也正在发展中。（4）增加自动刹车系统。对民用飞机来说，设置自动刹车系统已成为一种趋势，它 对缩短地面刹车距离、减少驾驶员的工作负担、保证刹车平稳等都有好处。特别在中止 起飞情况下，能及时地施加满额即最大刹车压力，防止人工反应和操作通常会有的延误 可能引发的事故。（5）采用集成化（一体化）技术。计算机技术和其他相关技术的发展使监控的综 合、集成容易实现。通过集成，将飞机状态、发动机推力、机轮刹车

14、、前起落架操纵、 方向舵、跑道状态等交联起来，由中央计算机进行管理、控制和运行状态及故障诊断、 定位显示，没有独立的防滑刹车控制盒。模块化设计制造，将液压附件、传感器等尽量 作成模件，不仅减少系统附件，节省重量，便于维护，还能确保飞行安全。（6）应用人工智能技术。模糊控制、基于神经元网络的控制等智能控制技术是现 代控制理论的最新发展，最适用于复杂、非线性和不确定性的系统。（7）发展全电刹车技术。全电刹车的刹车系统无任何液压及气动部件，完全由电 气、电子部件及机械传动机构组成。在电动刹车系统中，刹车指令传感器代替传统的刹 车减压阀，伺服步进电机代替压力伺服阀，蜗轮蜗杆机构代替刹车活塞，仍保留原有

15、的 机轮速度传感器及防滑刹车控制盒。若设计并调整得当，电动刹车系统的性能（包括防 滑工作性能）可以达到与液压刹车系统相当的程度。电动刹车系统主要优越性在于均以 电源为动力，可大大降低发生火灾的可能性，便于系统集成、监测和余度实施。2 军用刹车系统产业链：航空产业链中游，向整机厂供货刹车系统处于飞机制造中游，一般向整机厂或二级供货商供货。刹车产业链上游主要包括钢材、粉材、炭纤维预制体和机械加工等企业，涉及的企 业较多、竞争充分、供应充足，价格波动较小；同时由于刹车产品对部分原材料的要求 较高，通常厂商均有固定原材料采购公司，价格随着每年采购量不同有部分调整。及二级供货商，采购刹车产品用于飞机的生

16、产和装配；二是国内军方用户，采购相关产 品作为飞机备件。2.1 刹车盘：材料工艺为核心，复材为发展应用方向刹车盘：分为粉末冶金、炭/炭及复合材料三类。刹车盘（副）包括刹车盘、摩擦片 （干、湿式）和闸片，是以摩擦材料设计技术和制备工艺技术为核心的刹车制动类产品， 主要用于歼击机、轰炸机、运输机、教练机、军贸机、直升机及坦克装甲车辆等重点军 工装备；以及民用民航飞机、高速列车、工程车辆等。通常刹车盘（副）主要包含粉末 冶金刹车盘（副）、炭/炭复合材料刹车盘（副）、C/C/SiC 复合材料刹车盘（副）等种类。粉末冶金刹车盘（副）主要由钢骨架和粉末冶金摩擦片组成，炭/炭复合材料刹车盘 （副）是化学气相

17、沉积炭或树脂炭为基体、以炭纤维炭为增强体的复合材料；C/C/SiC 复 合材料是在炭/炭复合材料的基础上引入硅等陶瓷类元素形成的复合材料。刹车盘（副）产品具有刹车力矩平稳、耐磨损、热稳定性好和重量轻等特点。铁基 粉末冶金摩擦材料热稳定性比铜基粉末冶金摩擦材料高，但它与对偶盘（铸铁或钢）具 有亲和性，容易产生粘着胶合，摩擦系数波动较大、异常磨损、噪声等情况。为解决这 些问题，公司研制开发的铁基粉末冶金对偶材料，极大的消除和改善了上述缺点。铜基 粉末冶金摩擦材料根据使用工况的不同，分为湿式摩擦材料和干式摩擦材料。湿式摩擦 材料一般由铜、锡、锌、石墨和二氧化硅等数种比较简单的组元组成，并在粒度、颗粒

18、 形貌上进行优化，以适应在油中工作的环境；干式摩擦材料，由于使用环境、使用条件 广泛，组成组元也相对复杂。炭/炭复合材料：性能优良可靠性高，现阶段广泛应用新型号飞机。炭/炭复合材料 是由炭纤维增强体编制物（预制体），通过化学气相沉积（CVD）工艺增密后所形成的 复合材料。是目前国际上制造工艺成熟、材料性能稳定、使用性能可靠的飞机刹车片。 该材料具有力学性能优良、热导能力强、抗热冲击好、化学惰性耐酸碱盐雾腐蚀、在高 温条件下具有稳定的摩擦系数和磨损率等优点，广泛应用于军民用飞机刹车盘（副）。炭/炭复合材料刹车盘（副）是由聚丙烯晴炭纤维无纬布和炭纤维网胎叠层、针刺成 预制体，再通过 CVD（CVI

19、）化学气相沉积增密、机加工制得的。其工作原理为：飞机 滑行时，机轮组件在地面滚动，动盘组件随机轮一起转动，装在刹车壳体上的静盘组件 相对静止不转；刹车时，汽缸座活塞在刹车压力的作用下向前移动，动、静盘摩擦面受 压力作用贴紧后产生摩擦力，摩擦力由动盘组件外键和静盘组件内键分别传递给转动的 机轮和相对静止的刹车壳体，形成刹车力矩，使机轮制动；当松开刹车时，刹车压力释放，活塞退回，动、静盘松开，使机轮解除刹车。预制体纤维炭为增强体，沉积炭对炭/炭复合材料刹车盘（副）的性能起主导作用。 其中，化学气相沉积技术是形成炭/炭复合材料刹车盘（副）各项性能最核心的技术，不 同的沉积技术所获得的炭/炭复合材料微

20、观组织结构不同，最终炭/炭复合材料刹车盘（副） 的刹车性能将会发生明显的变化。炭/炭复合材料刹车盘（副）中沉积炭微观结构依据其 表面形貌和晶体结构的不同，主要分为粗糙层、光滑层、各向同性层、过渡层等。其中 粗糙层结构材料因摩擦系数高、热稳定性好等优点被视为最理想的刹车材料；而光滑层、 各向同性层结构的材料摩擦系数低、磨损小可用作耐磨材料。刹车盘制造流程：加工工艺及材料性能是关键。刹车盘制造流程如下图，以炭/炭刹 车盘（副）为例，首先企业外购/自产碳纤维等原材料，在初加工工厂进行模型预制体制 造，后送高温炉进行高温处理，经过气体沉积、密度检验形成初成品，再经过高温处理 和成品机加工后成为可用模体

21、。在经过防氧化围层处理后，依据功能需求将模体加工成 静盘、承压盘、紧压盘和动盘，其中动盘还需经过进一步铆接后生成最终产品，进行验 收交付。2.2 刹车机轮：防高温变形防裂痕是关键刹车机轮制造：防高温变形防裂痕是质量关键。刹车机轮作为承载刹车盘，与飞机 外沿刹车装置连接的关键部位，如何在多次高温高速刹车制动中保持机轮形体不变形， 且多次使用无裂痕，是考核刹车机轮工艺水平与制造材质的关键因素。刹车机轮的制造流程如下图，首先将采购的原材料进行初加工并送入机轮毛坯库，由专业人员分生产线 进行机轮零部件制造，主要包括刹车光体、气缸座和其他零件组装构成的刹车装置，以 及轮毅、轮缘和其他零件组装构成的机轮组

22、件。在分别对刹车装置进行了严格的功能性 和密封性试验、对机轮组件进行了气密性实验后，将合格成品组装形成刹车机轮并进行交付。2.3 刹车控制系统：向高精尖芯片发展刹车控制系统：刹车系统“大脑”，未来向高精尖芯片方向发展。刹车控制系统作为 整个飞机刹车系统的“大脑”，通过编写软件，制作集成电路来控制整个飞机刹车系统的 联动。刹车控制系统制造流程如下，首先依据飞机型号、功能等基本参数进行系统需求 分析，分别进行软件配置管理与软件设计。在完成了初步的软件设计后进行软件实现和 单元测试，再进行 CSCI 合格性测试和 HWCI 集成测试；后期再经过进一步的纠正调整 和综合性软件测试，即可生成产品支持验收

23、交付。未来随着电子信息化要求的不断提升， 刹车控制芯片技术要求也日趋完善，刹车控制系统将向高精尖芯片方向大力发展。2.4 刹车系统盈利能力坚挺产业链中游关键零部件，毛利高耗材需求量大。通过对比部分产业链上的相关公司 营收水平，可以发现产业链上游的原材料提供商、产业链下游的主机厂等毛利均低于刹 车制造厂商，该产品由于其高工艺要求、不可替代属性具有坚挺的盈利优势。产业特点：1、轻量化高性能成未来发展主方向。飞机刹车控制系统核心在于高刹车性能及长 使用寿命，兼顾轻质量与结构合理，未来市场对产品的工艺、材料要求都会进一步提升， 行业发展向拥有核心技术的龙头靠拢；2、行业进入壁垒高，形成合作时间长。由于

24、航空关键器件的重要性和特殊性，企业进行相关产品的研发、生产、销售需要取得相关资质并进行漫长的试验、跟单及维护， 行业进入壁垒高，全球仅有少数航天巨头进入市场，与供货商主机厂合作关系相对固定：3、研发投入大，人才是核心因素。飞机机轮刹车控制系统产品需与下游主机厂商 等客户具体应用紧密结合,要求技术人员对产品的性能、结构、产品应用环境等方面有 较深的了解，必须经过长期的行业经验积累;同时刹车控制系统对软硬件和结构工艺等 综合设计技术要求较高，行业研制专业性门槛高，进入该行业的人才都具有着丰富的从 业经验。3 市场格局：以销定产、欧美垄断全球飞机刹车系统供应商皆采用以销定产的经营模式，刹车系统供应以

25、国际航空业 巨头为主，包括法国赛峰、美国霍尼韦尔等，垄断了全球 80%以上市场及国内民用飞机 市场；国内主要有西安制动、北摩高科、中航高科、博云新材等，主要完成军品国产化 替代供货业务及与国外巨头的部分合作业务。3.1 法国赛峰：世界领先起落架刹车供应商赛峰（SAFRAN）集团是一家高科技的跨国集团公司，世界 500 强企业之一，拥有 四大核心专业：航空航天推进，航空航天设备，防务-安全和通讯。集团在世界 30 多个 国家拥有 62,000 名员工，年销售额超过 113 亿欧元。赛峰起落架系统公司是世界领先的飞机起落架和刹车系统供应商，为各型飞机提供 起落架及刹车系统的设计、生产及支持服务。赛

26、峰起落架系统公司同 30 家领先的民用、 军用飞机、公务机及支线飞机制造商合作，每天有超过 28300 架飞机采用赛峰起落架系 统公司的产品进行 60000 多次起降。3.2 美国霍尼韦尔：航天产业龙头平台霍尼韦尔航空航天集团，位于美国亚利桑那州凤凰城，全球财富 100 强，是全球领 先的航空航天业务供应商，为飞机制造商、航空公司、商用及通用航空、军用、太空和 机场运营提供集成航空电子设备、发动机、系统与服务解决方案。霍尼韦尔航空航天部拥有 75 年的机轮与制动技术开发历史，每次大修可实现高达 2200 次着陆；中国主要客户为 C919 飞机，为其提供机轮与刹车部件、刹车控制系统 （BCS）以

27、及轮胎，国内合作方为博云新材。4 刹车系统市场：随下游主战列装型号高弹性放量4.1 军用飞机“十四五”放量增长我国军用飞机未来增长潜力巨大，预计未来 10 年整机市场将达万亿市场空间。战斗机：二代机全面退伍，四代机成为主流。根据世界空中力量 2020数据显示， 我国到 2020 年新增 64 架飞机，并呈现增速逐年增加的趋势。从结构上看，我军现在尚 有超 50%比例的二代机在服役，在战斗机更新换代加速的背景下，预计未来 10 年，我 国战斗机将保持每年新增+替换 100 架左右的需求，共计新增 1,000 架。运输机：大型运输机缺乏，未来爆发式增长。根据国防大学中国军民融合发展报告预测，我国未

28、来需要至少 400 架以上运-20 系列运输机才能满足我军在亚洲地区执 行任务。预计未来 10 年，我国大型运输机将需要 200 架。直升机：陆军配置严重不足，市场空白亟待填补。目前，中国陆军每万人军用直升 机拥有量仅为 8.8 架，美国为 99.5 架，俄罗斯为 28.7 架，我国陆军部队对直升机需求迫 在眉睫。预计未来 10 年，我国陆军每万人军用直升机拥有量将达到 30 架左右，预测新 增军用直升机 1,800 架。特种飞机：辅助主力战机，新型战争标配。特种飞机已经成为了现代战争中快速反 应、远程机动、立体作战战略打击的关键手段。在未来的特种飞机市场上，美国、日本、 以色列和欧洲都将占据

29、一席之地。预计未来 10 年新增需求量为 120 架。教练机：飞行员培养刚需，未来发力方向。美国的教练机/战斗机数量比值接近于 1:1，而我国目前约为 0.24，即 4 架战斗机对应 1 架教练机，教练机的数量明显不足。预 计未来我国空军教练机/战斗机数量比可能接近 0.4，据此推测我国未来 10 年教练机需 求量 400 架。加油机：现阶段全部引进，未来国产化势在必行。截至 2019 年 12 月，我国仅有 3 架加油机，并且全部依靠外部引进；美军有 614 架，为战斗机长距离保持高战斗力提供 了稳定保障。为进一步提升我军战斗机远距离作战能力，预计未来 10 年我国加油机需 求为 60 架。4.2 军用飞机刹车系统需求：未来十年近千亿市场刹车系统：六大机型需求，合计 900 亿市场。军用飞机 7 大类型中，除直升机外， 其余 6 种均需配置刹车系统。军用飞机行业市场规模巨大，预计未来 10 年将达近 900 亿市场规模。刹车控制系统：全寿命集成电路，市场规模近 90 亿。随着刹车技术的不断提升及 全电系统的不断普及，新型飞机刹车控制系统将从目前液