2022年飞机制造行业专题研究

2022年飞机制造行业专题研究1历经十余年，C919成功获颁型号合格证1.1C919获颁型号合格证，首架飞机预计年内交付C919大型客机是我国首次按照国际通行适航标准自行研制、具有自主知识产权的喷气式干线客机，于2007年立项，2017年首飞，2022年9月在完成全部适航审定工作后获中国民用航空局颁发的型号合格证，将于2022年底交付首架飞机。C919大型客机研制成功，获得型号合格证，标志着我国具备自主研制世界一流大型客机能力，是我国大飞机事业发展的重要里程碑。预计C919将在2023年实现批量交付、2025年具备年产50架的能力。1.2始于运10的中国大飞机之路大飞机一般指起飞总重超过100吨的运输机，也包括一次航程达到3000公里的军用飞机或100座以上的民用客机。目前，世界上只有美国、俄罗斯、欧盟能够研制大型客机，而真正具有市场竞争力的只有美国波音公司和法德等欧洲国家联合组建的空中客车公司，国际大型客机市场基本为上述两大巨头垄断。（1）运10折戟20世纪七十年代，我国计划在上海市试制生产运输机，项目定名708工程，飞机代号“运10”。运10作为我国当时工业生产的一件大事，参与飞机研制直接配套单位近300家，二次配套单位近千家，分布在冶金、机械、仪器仪表、航空、化工、交通运输、设计、研究院所、高等院校各大系统。1980年9月26日，运10正式试飞上天。当时，运10共试制了两架，一架作静力强度试验，完全符合设计要求；另一架从1980年9月首次试飞上天后，飞到过北京、哈尔滨、乌鲁木齐、郑州、合肥、广州、昆明、成都，七次飞到拉萨。至1985年，共飞行130个起落，170个小时。然而，作为拥有完全自主知识产权的第一架大型远程喷气客机首飞成功后，因发展战略不清晰以及其他种种原因，运10的生产被迫取消。运10夭折，且后来与麦道、空客等合资组装飞机的计划也因对方爽约而失败。1998年，中国商用飞机历史上最大的国际合作项目——AE-100项目宣布终结；2000年，中国与麦道公司合作生产MD-90在上海的生产线正式关闭。（2）ARJ21起航ARJ21的正式运营是我国民机产业的重要里程碑。ARJ21新支线飞机是我国自行研制、具有自主知识产权的中短程新型涡扇支线客机。2002年4月，ARJ21飞机项目正式立项。同年9月，成立了专门负责运作ARJ21项目的中航商用飞机有限公司。2003年12月ARJ21-700分别在成都、沈阳、西安和上海四家工厂同时开工进行零件制造。2007年12月21日，ARJ21-700在上海飞机制造厂总装下线。2008年11月28日，首架ARJ21-700飞机在上海飞机制造厂首次试飞，首次飞行62分钟后降落，取得圆满成功。2014年底，ARJ21取得中国民航局型号合格证，2017年取得中国民航局生产许可证。ARJ21已正式投入航线运营，截至2022年7月12日，ARJ21飞机已向9家用户交付68架飞机，开通263条航线，通航110座城市，安全运行超过15万小时，运送旅客突破500万人次。随着载客500万人次目标的实现，ARJ21飞机进入规模化运营的加速发展期。目前，该机型已累计下线100架，产能达到每年50架。（3）C919获颁型号合格证，即将交付C919拉开国产大型客机序幕，中国商飞跻身国际民航大飞机生产商。C919大型客机是我国首次按照国际通行适航标准自行研制、具有自主知识产权的喷气式干线客机，座级158-168座，航程4075-5555公里，于2007年立项，2015年11月2日C919完成总装下线，2017年5月成功首飞，2022年9月29日C919成功取得型号合格证（TC），首架飞机预计年内交付。C919实行“主制造商—供应商”发展模式，国内有22个省市、200多家企业、36所高校、数十万产业人员参与了C919大型客机研制，包括宝钢在内的16家材料制造商和54家标准件制造商成为大型客机项目的供应商或潜在供应商。广义上的适航证共包括三个证：型号合格证（TC）、生产许可证（PC）及单机适航证（AC）。TC由中国民航局根据《民用航空产品和零部件合格审定规定》颁发，用以证明民用航空产品的设计符合相应适航规章的证件，该证通常被比喻为飞机的“准生证”。在取得TC之后，C919才能进入批量生产，这时中国商飞需要向中国民航局申请PC。PC是适航当局对飞机制造符合性的批准，“制造符合性”是指航空产品和零部件的制造、试验、安装等符合经批准的设计。生产出来的飞机要投入商业运营，还要再取得AC，AC是指适航当局对每架飞机制造符合性的批准，该证是在飞机生产完成后，正式交付给客户之前，由客户申请的一种适航证件。TC和PC两证是颁发给型号的，而AC证是颁发给每一架飞机的。C919取得TC是关键一步，但还须拿到PC和AC，才算完成飞机的适航审定。航空公司在接收C919后，还要通过针对新飞机的补充运行合格审定，比如航线验证等，才能正式商业载客。（4）CR929可期CR929远程宽体客机是中俄联合研制的双通道民用飞机。CR929远程宽体客机采用双通道客舱布局，基本型命名为CR929-600，航程为12000公里。此外还有缩短型和加长型，分别命名为CR929-500和CR929-700。2018年，中国商飞与俄罗斯联合航空制造集团公司联合确定CR929远程宽体客机的整体外形和尺寸等主要参数。2窄体客机是民航主力机型，C919将跻身万亿市场2.1单通道窄体客机是民航主力机型C919对标波音B737和空客A320，是民航主力机型。从空客公司和波音公司近几年飞机交付情况看，单通道窄体客机例如空客A320系列飞机和波音B737系列飞机为民航主流机型。2021年，空客交付611架飞机，其中A320系列飞机483架，占比79%；波音交付340架飞机，其中B737系列客机263架，占比77%。（1）波音累计交付超万架B737系列客机2018年，B737系列飞机交付量达到顶峰580架，其中，波音向中国交付B737系列飞机165架，占全球交付总数量28%。2018年和2019年，波音B737MAX发生了两起空难事故，共造成346人遇难。接连两起严重空难引发对波音B737MAX飞机安全的担忧，波音B737MAX系列客机遭到全球禁飞。在2019年和2020年，B737系列飞机交付数量断崖式下滑。（2）空客累计交付超万架A320系列客机截至2022年6月，空客公司已累计交付10406架A320系列飞机。2019年之前，空客A320交付数量基本呈平稳上升趋势，2019年达到顶峰交付量642架。2020年和2021年，由于全球蔓延导致民航市场萎缩，空客A320系列飞机交付量有所下滑。从波音公司和空客公司整体的盈利能力看，2010-2018年，波音公司和空客公司的毛利率基本在13%到20%的区间。2.2民航市场空间广阔，C919将跻身万亿市场根据中国商飞发布的《中国商飞公司市场预测年报（2021-2040）》，2023年全球航空市场将恢复至前状态，未来20年全球旅客周转量（RPKs）将以每年3.9%的速度增长，在2040年达到19.1万亿客公里。年报预测，未来20年，中国航空市场将接收50座级以上客机9084架，价值约1.4万亿美元（2020年目录价格），其中50座级以上支线喷气客机953架，120座级以上单通道喷气客机6295架，250座级以上双通道喷气客机1836架。若单通道喷气客机按C919目录价格6.53亿元人民币计算，国内单通道客机的市场空间4.1万亿元人民币。全球市场空间约为国内市场空间的5倍左右，空客和波音预测至2041年全球客运、货运飞机总交付量4万架左右。根据空客最新的全球市场预测（2022-2041），至2041年，全球客运和货运飞机的总交付需求39490架，其中，单通道飞机31620架，宽体飞机7870架。中国总需求8420架，约占全球的21%。根据波音公司预测，至2041年全球客运和货运飞机的总交付需求41170架，其中，单通道飞机交付量30880架，宽体飞机的交付量7230架，中国需求量约占全球的21%。2.3C919在手订单充足，后发技术及性价比优势显著C919订单充足。C919是我国自2008年启动大飞机研制以来，首款按照最新国际适航标准研制、具有完全自主知识产权的干线民用飞机。截至2018年2月，C919大型客机国内外客户达到28家，订单总数达到815架。C919作为后起之秀，拥有技术后发优势和性价比优势。相比竞品机型，C919在整体设计上采用的先进技术更多、自动化程度更高，在安全性、经济性、环保性、舒适性方面更具优势。在机体结构材料上，C919大范围使用第三代铝锂合金、复合材料和钛合金，三类材料机体结构重量占比分别为7.4%、11.5%和9.3%，起到良好的减重效果，具有更好的节能减排优势，比同类飞机的油耗少12%-15%。价格方面，A320NEO系列飞机目录价格为每架1.05-1.36亿美元（2020年1月目录价格），C919目录价格为0.99亿美元。3C919产业链3.1C919采用“主制造商—供应商”模式大飞机主要由机体、机载设备和发动机等构成，其中机体价值占比30%-35%，机载设备价值占比25%-30%，发动机价值占比20%-25%。C919实行“主制造商—供应商”模式。C919飞机的机体部分，如机头、机身、机翼、舱门、雷达罩等部分，由国内供应商自主完成；飞机的航电、飞控等核心子系统，大多由海外供应商与中国公司在国内建立的合资公司提供。C919的发动机国外型号采用LEAP-1C，国产型号由商发研制生产。3.2机体：由国内供应商提供3.2.1机体主要结构：6家国内供应商生产机体9大部段C919飞机机体结构主要包含机头、前机身、中机身/中央翼、外翼、副翼、中后机身、后机身、垂尾、平尾、活动面等部段和相关部件，由中国商飞公司设计研发中心进行设计，分别由中航工业成飞、洪都、西飞、沈飞、哈飞和航天特种材料及工艺技术研究所、浙江西子航空工业有限公司等单位制造，由中国商飞公司总装制造中心负责总装。国内有22个省市、200多家企业、36所高校、数十万产业人员参与了C919大型客机研制。（1）机头部段C919大型客机机头部段全长6.66米，是由框、长桁、风挡骨架、蒙皮组成的典型的半硬壳式金属结构，包括座舱盖、前起舱、壁板、机头地板等几大部件，共涉及模块311项、零件近4000项。该部段首次采用承载式风挡设计，显著提升了飞机结构承载效率，减轻飞机整机重量。2014年7月31日，C919大型客机首架机机头部段在中航工业成飞民机装配下线。（2）前机身部段和中后机身部段由洪都航空制造的C919客机前机身部段和中后机身部段采用了第三代铝锂合金材料，在国内民机应用上尚属首次。C919前机身大部段包括前段客舱、前货舱和再循环风扇舱，是由蒙皮、客舱舷窗、客舱地板和承力部件等构成的筒状结构部段，包含零件1600多项，涉及工装1900多项。2014年5月15日，C919首架机前机身部段在江西南昌中航工业洪都成功下线。C919中后机身部段全长9.5米，高4米，是由蒙皮、客舱地板和承力部件组成的筒状结构部段，包括9块壁板，涉及零件4000余项。2014年8月21日，C919首架机中后机身部段在中航工业洪都大部件厂房成功下线。（3）中机身/中央翼部段中机身/中央翼部段位于机身中部，全长5.99m，宽3.96m，由中机身筒段、龙骨梁、中央翼、应急门组成，是全机结构载荷传递的中枢。该部段包含零件8200多个，涉及工装3400多项。为了提高全机性能，减轻结构重量，中机身/中央翼部段大量选用第三代铝锂合金、2024HDT高损伤容限铝合金材料及超大型钛合金锻件。2014年8月29日，C919首架机中机身/中央翼、副翼部段在中航工业西飞公司通过适航检查达到交付状态。在C919的10103架机之前，中央翼部段由中航西飞提供，商飞上飞公司作为总装负责部段对接。10103架机开始，商飞上飞同样承担散件装配任务，包括中央翼、中机身在内的部段。（4）后机身部段C919后机身部段分为后机身前段和后机身后段，分别由中航沈飞民机和航天海鹰制造。C919后机身前段全长3.2米，最大截面直径3.1米，由4块整体复合材料壁板、整体复合材料球面框、复合材料C型框和工型梁等组成，包含600余项零件。该段应用先进的设计理念，广泛采用复合材料和钛合金材料，除重要连接结构采用金属材料外，其余结构均采用先进的复合材料。复合材料的大量运用，有效降低了C919大型客机重量，提升飞机的经济性。2014年10月30日，C919大型客机首架机后机身前段在中航工业沈飞民机交付。C919后机身后段是水平尾翼和辅助动力设备（APU）的安装区，使用环境较为特殊，是全机复合材料应用占比最大的部段之一，包含37个复合材料零组件。2015年2月11日，C919首架机后机身后段由中国航天科工三院航天海鹰（镇江）特种材料有限公司完成制造并通过适航检查，正式交付中国商飞公司。（5）机翼机翼的主要构件包含了翼肋、翼梁、桁条和蒙皮等。机翼结构的基本作用是构成机翼的流线外形，同时将外载荷传给机身。机翼的蒙皮倾向采用复合材料，承重结构依然采用金属材料。碳纤维复合材料具有重量轻、承重大的特性，适合用于飞机机翼。副翼部段位于机翼外侧后缘，是飞机的主要操纵面，复合材料用量达到80%。2014年8月29日，C919副翼部段在中航工业西飞公司通过适航检查，达到交付状态。2014年11月24日，在西安飞机工业（集团）有限责任公司完成对C919首架机机翼的装配后，成功运抵中国商飞公司总装制造中心浦东基地。（6）水平尾翼部段C919大型客机项目平尾部段由外伸段盒段（双侧），外伸段前缘、前缘舱结构（双侧），外伸段后缘舱（双侧）及升降舵（双侧）等结构组成，主要采用复合材料层压板与蜂窝夹芯及钛合金锻件等新工艺、新材料。上飞公司承担全部零件工装制造、全部金属零件生产和大部分复材零件生产工作；哈飞公司负责平尾外伸段涉及许用值试验的复材零件生产工作；成飞民机实施平尾升降舵涉及许用值试验、前缘涉及磷酸阳极化胶接复材零件的生产。（7）垂直尾翼部段C919垂直尾翼包括垂直安定面和方向舵，除重要的连接接头为钛合金零件外，绝大部分零部件为复合材料结构。2015年2月13日，C919首架机垂直尾翼由中航沈飞民用飞机有限责任公司研制完成并通过适航检查，正式交付中国商飞公司。3.2.2一代材料，一代飞机民航飞机上，采用的大部分材料为铝合金、钛合金、复合材料和钢，合计占飞机重量的90%以上。此外，飞机上还会小比例地使用镁、塑料、陶瓷等材料。国内C919飞机上，针对主要结构件的不同要求，中国商飞分别选用了碳纤维复合材料、第三代铝锂合金、钛合金等航空新材料。C919中央翼、机翼、机身等主承力部段上使用了经ARJ21飞机成功验证的铝合金等成熟材料，在尾翼、后机身和襟缝翼上使用了复合材料，特别是在尾翼盒段和后机身前段上使用了国外先进的第三代中模高强碳纤维复合材料，在机身蒙皮和长桁结构中使用了第三代铝锂合金。（1）钛合金：C919钛合金用量9.3%。钛合金应用于航空领域具有密度小、比强度高、耐蚀、耐高温、无磁、可焊、使用温度范围宽等优异性能。此外，钛合金与复合材料具有更好的相容性。民航飞机钛合金用量持续提升，例如空客飞机用钛量从第三代A320的4.5％提升至第四代A340的6％，A380的用钛量增加到了10％，而A350客机的钛用量进一步提高到14％左右。C919飞机选择了6个钛合金牌号，包括低强高塑性、中强中韧、中强高韧、高强高韧等，钛合金产品形式涵盖了锻件、厚板、薄板、型材、管材、丝材等。C919机身钛含量分别9.3%，空机重量42.1吨，则单架C919飞机钛含量3.92吨。考虑到钛合金航空零部件成材率，按8%成材率计算，单架C919飞机对钛合金需求达49吨。中国商飞对C919商用大飞机用钛合金材料或部件，采用世界商用飞机通用的全球采购模式，通过比价采购，国外钛材采购首选供应商是国际知名的ATI、VSMPO、TIMET等公司，国内钛材采购首选供应商是宝钛集团。2017年C919首飞时，宝钛集团先后直接和间接为C919研制生产多种规格钛合金材料21项，保障供应了钛合金板材、棒材、管材、锻件等130余吨。（2）复合材料：C919复合材料用量11.5%。民航飞机用复合材料主要是碳纤维增强树脂基复合材料，具有比强度高、比模量高、抗疲劳性优良、耐腐蚀等优点，不仅有助于减轻飞机重量，还能提高飞机的总体性能。复合材料在飞机结构上的应用可以分为三个阶段：第一阶段应用于受载不大的简单零部件，如各类口盖、舵面、阻力板、起落架舱门等；第二阶段应用于承力较大的尾翼级主承力结构，如垂直安定面、水平安定面、全动平尾等；第三阶段应用于主承力结构，如机翼盒段、机身等。国内飞机对复合材料的使用也是一个渐进的过程。ARJ21新支线飞机复合材料用量为2%左右，主要应用于方向舵和翼梢小翼等部位；C919大型客机复合材料用量达到了11.5%；CR929远程宽体客机复合材料用量将达50%，与空客A350和波音787属于同一个量级。在C919上，复合材料应用范围涵盖方向舵等次承力结构和飞机平尾等主承力结构，包括雷达罩、机翼前后缘、活动翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、后机身、尾翼等部件。（3）铝锂合金：C919铝锂合金用量7.4%。铝锂合金具有密度低、强度高且损伤容限性优良等特点，替代常规铝合金材料，能够使飞机构件的密度降低3%，重量减少10%-15%，刚度提高15%-20%，是新一代飞机较为理想的结构材料。在C919飞机上，我国第一次大范围使用第三代铝锂合金。第三代铝锂合金解决了第二代铝锂合金的各向异性问题，材料的屈服强度提高了40%。C919飞机的机身蒙皮、长桁、地板梁、座椅滑轨、边界梁、客舱地板支撑立柱等部件都使用了第三代铝锂合金，其机体结构重量占比达到7.4%，获得综合减重7%的收益，在国际上处于领先水平。（4）铝合金：中铝西南铝供应7050铝合金厚板铝合金由于具有低密度、强耐蚀性、高比强度、易导热、高塑性、易加工成形和低成本等一系列优点，是大飞机机体结构的主要用材。世界各国大飞机结构用铝合金主要是高强度的2XXX系（2024、2224、2324、2424、2524等）和超高强度的7XXX系（7075、7475、7050、7150、7055、7085等）。C919客机的机体中铝合金材料的用量约占材料总量的70%。中铝西南铝为首款C919客机提供了30个规格的锻件，有效满足了我国大中型飞机发展的需要。2018年4月，中国商用向中铝西南铝颁发了7050厚板工程批准证书，标志中铝西南铝7050铝合金预拉伸厚板正式通过中国民用航空适航鉴定，获得中国商飞授权，进入C919飞机合格产品目录，成为国内唯一一家国产大飞机用铝材合格供应商。7050铝合金预拉伸厚板是目前航空航天领域中应用范围最广、应用数量最大的铝合金材料。西南铝生产的7050铝合金预拉伸厚板成功装备国产大飞机，打破了国外技术垄断，彻底扭转了我国先进铝合金材料长期依赖进口的被动局面。3.3机载设备：主要由海外供应商与国内企业合资公司提供机载设备是指为了完成飞行任务，保证飞行员与乘客安全、舒适而安置在飞机上的、有独立功能装置的总称。一般将机载设备分为航电系统和机电系统两大类，纷繁复杂的机载设备关系到飞机的安全性、操空性和经济性，是飞机整机的重要组成部分。C919选择了16家跨国公司作为机载系统供应商，例如，派克宇航是C919液压系统、主飞控作动系统、燃油系统和油箱惰化系统的供应商；霍尼韦尔是飞行控制系统、机轮刹车系统、辅助动力装置和导航系统的供应商。同时，中国商飞推动国际供应商与国内企业开展合作组建了航电、飞控、电源、燃油和起落架等机载系统的16家合资企业，以实现本地化供应。（1）航电系统C919航电系统的开发与集成由中航工业与GE合资公司昂际航电承担，昂际航电为C919项目提供航电集成解决方案，包括3个大包和5个子系统；综合监视系统由中航雷华与美国柯林斯宇航合资公司中航雷华柯林斯承担；惯性导航系统由中航成都凯天与霍尼韦尔承担；客舱核心系统、客舱娱乐系统由中航工业测控所以及电科航电与泰雷兹合资公司中电科泰雷兹承担。（2）飞控系统C919的主飞控作动器由中航西安飞控所与派克宇航合资公司西安鹏翔飞控作动承担；飞行控制系统由中航西安飞控所与霍尼韦尔合资公司西安鸿翔飞控承担。（3）其他系统C919的综合空气管理系统由航空工业南京机电和利勃海尔承担；起落架系统由中航起与利勃海尔合资公司利勃海尔中航起承担；航空电源系统由中航工业电源与柯林斯宇航合资公司中航汉胜承担；液压系统、燃油及油箱惰化系统由航空工业南京机电和派克宇航合资公司南京航鹏承担；辅助动力装置APU由中航工业东安与霍尼韦尔承担。3.4航空发动机：国外型号LEAP-1C，国产航发前景可期LEAP-1C为C919唯一国外产发动机。中国商飞于2009年12月选择了CFM的LEAP-1C发动机作为C919的唯一西方产发动机。LEAP-1C发动机采用了行业首创的全集成推进系统（IPS）。由CFM提供的发动机、由奈赛公司（Nexcelle）开发的短舱和反推装置，以及由中国商飞提供的吊挂被设计为相互连接的整体系统。2014年底，在GE的加州Victorville测试基地，首台LEAP-1C发动机在经改装的747飞行测试台上成功完成试飞。2015年7月，首台CFMLEAP-1C发动机交付中国商飞公司，该发动机安装在首架C919飞机上。国产航发正在研制，前景可期。商发负责研制C919国产航发。C919国产发动机是一型双轴大涵道比直驱涡扇发动机，由1级风扇、3级增压级、10级高压压气机、单环形燃烧室、2级高压涡轮及6级低压涡轮组成，采用全三维气动设计、贫油预混燃烧、主动间隙控制等先进技术，以及宽弦空心风扇叶片、整体叶盘、新一代单晶、粉末冶金等先进材料工艺，具有高效率、低燃油消耗，低排放、低噪音，高可靠性、长使用寿命，低维护成本、良好的维修性等产品特性。4重点公司分析4.1C919供应商C919机体由国内供应商提供，动力系统国外供应采用CFM的LEAP-1C航空发动机、国内供应采用商发的CJ1000A航空发动机，机载设备主要由国外供应商与国内企业的合资公司提供。国内部分上市公司陆续公告C919相关业务。中航西飞承担C919飞机中央翼、外翼翼盒、襟翼、副翼、缝翼等结构部件的研制生产，宝钛股份为C919提供钛材，西部超导通过了商飞公司Ti-6Al-4V钛合金材料的资质认证，楚江新材核心子公司天鸟高新是C919刹车盘预制件的唯一供应商等。4.2相关上市公司宝钛股份：公司钛材产品军民应用广泛，钛材销量国内领先。公司钛材产品主要用于航空、航天、船舶、石油、化工、冶金工业以及海水淡化、医疗等领域。公司在国内市场处于领先地位，2016年荣获“大运工程”钛材唯一金牌供应商，同时也是美国波音、法国空客、法国斯奈克玛、美国古德里奇、加拿大庞巴迪、英国罗尔斯－罗伊斯等公司的战略合作伙伴。宝钛股份为C919提供钛材，且公司采用国际先进水平的技术标准和质量体系，通过波音、法国宇航、空客、罗罗等国际知名公司的质量体系和产品认证，囊括了进入世界航空航天等高端应用领域所有的通行证。西部超导：西部超导主要从事高端钛合金材料、高性能高温合金材料、超导材料的研发、生产和销售，是我国航空用钛合金棒丝材的主要研发生产基地，是目前国内唯一实现超导线材商业化生产的企业，也是国际上唯一的铌钛铸锭、棒材、超导线材生产及超导磁体制造全流程企业。2021年，公司通过了商飞公司Ti-6Al-4V钛合金材料的资质认证，未来将逐步