中国航空复合材料行业市场现状与发展趋势分析

中国航空复合材料行业市场现状与发展趋势分析一、航空复合材料行业概况复合材料是以一种材料为基体，另一种或几种材料为增强体，以不同方式组合而成的材料。与传统金属材料、无机材料等相比，复合材料具有强度高、模量高、抗疲劳性能好、减震性能优良、耐腐蚀性能优越等显著优点，其核心作用为在不大幅改变整体结构强度的前提下达到减重的目的、为飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。航空复合材料主要分为四类，其中碳纤维-树脂基复合材料（简称CFRP）因性能优异应用最广泛。航空航天所使用的各种先进复合材料按基体分类可分为树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料等四种，根据其性能差异使用场景不同。在航空航天具体设计及制造中，目前与未来很长一段时间的使用主流是碳纤维-树脂基复合材料（简称CFRP），并在此基础上发展结构/功能一体化和智能结构复合材料，以满足新型空天飞行器的需求。二、中国航空复合材料行业市场现状分析中国先进复合材料经过几十年的发展，综合技术水平有了长足进步，初步形成了飞机复合材料体系和制造技术平台，建立了先进复合材料的研发和生产基地，先进复合材料开始进入应用阶段。国内企业已具备航空用T300级和T700级碳纤维的技术和批生产能力；T800级碳纤维已完成工程化试制。2019年财政预算国防支出11899亿元，增长约7.5%。预计“十三五”末期中国军费投入仍将维持较高增速，军工行业成长基础坚实。中国国防费由人员生活费、训练维持费和装备费三部分构成，各部分约占三分之一。市场规模方面，据统计，2018年中国航空复合材料市场规模为59.34亿元，同比增长10.9%。三、碳纤维材料竞争格局分析目前中国碳纤维企业中，以光威复材、中简科技为代表的服务于航空航天应用的碳纤维企业，已经展示出牢固的供应价值链关系和靓丽的业绩单；以中复神鹰、精功科技为代表的碳纤维企业，主要服务于工业应用领域；以吉林化纤集团及中石化上海石化为代表的腈纶原丝厂家，正在构建具备国际竞争力的原丝基地；亦有以恒神为代表的碳纤维企业，其商业模式为服务于全产业链。在供应方面，2019年全球碳纤维产品的总产能约为161200吨。其中日本东丽公司以57000吨的年产能在碳纤维供应链中独占鳌头，相当于排名第二至第五位厂商总产能之和。四、中国航空复合材料行业发展趋势分析航空制造业在未来20年对于新飞机的需求量仍然是较大的，不仅如此，一些新兴航空市场的出现，也对先进复合材料技术发展的推动作用明显。1、超声速飞机“归来”，先进复合材料是应用关键超声速飞机虽然一直不是主流，但在全球商用航空市场中仍占据冰山一角。现在有几家公司正试图恢复超声速飞机往日的荣光，其中，美国Boom航宇公司正在研发全复合材料的超声速飞机，命名为“序幕”（Overture）。Boom公司在2019年的巴黎航展中表示，Boom即将完成XB-1原型机的研发工作，该机是“序幕”的缩比验证机，将于2020年夏天正式推出。“序幕”的最高时速为2.2马赫，巡航高度为60000英尺（约19354米），仅需7个小时即可将运送55~75名旅客从悉尼飞抵洛杉矶，从华盛顿特区飞往伦敦仅需3.5小时。另外，“序幕”将使用普罗米修斯燃料公司提供的一项创新技术——利用可再生资源产生的电能将大气中的二氧化碳转化为飞机燃料，从而使飞机实现零碳排放超声速飞行。超声速飞机的归来，对飞机结构设计有了新的要求：除了继续追求轻量化外，对于结构尖端边缘部位的热防护也尤其关键，先进复合材料也是超声速飞机能否完美“归来”的关键。2、航空电气时代到来，先进复合材料是核心技术城市空中交通（UAM）作为新兴航空市场的潜力正在被逐步挖掘，虽然整体规模不大，但这一领域在2019年仍明显展现了增长态势。UAM包括各种小型飞机（可容纳4~10名乘客），飞机的工作范围有所不同，具体取决于飞行器的大小及其推进系统，其目标是在城市内或城市间运送人员或物资。优步公司正在自行研发的电动垂直起降飞机（eVTOL）最大续航里程仅为60英里（96千米）。考虑到对结构重量对电池电量影响，在eVTOL中使用轻质复合材料结构已经成为刚需。因此，超过150家eVTOL的开发商正在大力投资和招募复合材料工程人才。这一领域面临的挑战是，eVTOL市场很可能需要建立与商用航空市场同等严格的认证标准，但同时产品定位上又要求取得更高产量，逐步延伸至汽车领域。在这种需求的驱动下，人们追求复合材料制造流程的自动化，以实现生产效率提升、成本降低、质量提高并达到产品合格率要求。尽管发展迅速，但在eVTOL投入运营前，仍有许多工作要做：包括产品认证、空域管理、安全标准、起降位置等还有待制订和确定。首批eVTOL可能要到2024~2025年前后才被允许投入运营。除eVTOL外，UAM领域内另一种将极大消耗复合材料的产品是全电动商用飞机。2019年巴黎航展中展出了Alice，是由以色列Eviation公司开发的全电动、全复合材料飞机。Alice是一款9座的支线客机，其巡航速度约为445千米/时，续航里程为1000千米。公司预计将于2020年底或2021年初获得认证。Alice的诞生预示着商用航空运输的一个新兴领域——全电动支线运输机时代即将到来。eVTOL和电动飞机（混合动力推进系统）的发展，不仅是能源系统的一次革命，同时也是对飞行器布局和结构设计的创新。从现有的发展趋势判断，先进复合材料无疑是主要结构用材的“种子选手”，是航空电气时代的核心技术之一。作为21世纪第三个10年的开局，复合材料行业在经过了产业调整和行业洗牌后，即将开启全新篇章。由航空航天带动发展的先进复合材料，已经逐步向汽车