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【航天航空】国防军工国产大飞机系列报告之二:大飞机应用材料解析

原文出处: 华西证券   贡献者:研报专业户

关联分析

  国产大飞机C919即将实现交付运营。我们将围绕国产大飞机的机体结构与制造流程、应用材料、机载设备、航空发动机和市场空间等问题发布系列研究报告。本篇报告在综合上市公司公告和重要文献的基础上重点探讨大飞机的材料应用情况。

  C919选材兼具成熟性和先进性,先进材料应用比例高于对标机型波音737、空客320。

  “一代飞机、一代材料”,先进材料的应用是航空技术发展和进步的最重要推动力之一,同时,航空技术的发展需求又极大地引领和促进航空材料的发展。从国外大型客机材料应用情况来看,复合材料和钛合金的在飞机上的占比迅速提升,成为衡量先进飞机的重要指标。C919选材兼具成熟性和先进性:在中央翼、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。C919先进材料应用比例高于对标机型波音737、空客320,绝大部分性能指标与其持平。预计随着后续C919的批量交付,先进材料国产化进程将再提速。

  C919采用第三代先进铝锂合金,综合减重7%。

  铝材是民机制造最重要的关键材料之一,C919前机身、中机身、中后机身、机头与机翼结构件几乎全是用铝材制造的,铝材占全机结构总重的比例为65%,其中第三代先进铝锂合金占比达到8.8%。铝锂合金具有低密度、高弹性模量、高比强度和高比模量的优点,减重成效显著,已成为当前各国争相发展的重要航空材料。采用铝锂合金可使飞机铝合金零部件的质量减轻14%~30%,进而使得每架飞机每年的飞行费用下降2.2%以上。国内铝锂合金研发已取得重大突破,建立了具有自主知识产权的合金牌号,如2A97、X2A66,但产业化刚刚起步,目前仍依赖进口。不过,C919机身所使用的其余高端铝材或即将实现100%国产化,主要由西南铝业和南山铝业提供。

  钛合金广泛用于飞机机体和发动机,是C919上国产化最多的先进材料。

  与铝、镍等主要航空用金属相比,钛是唯一一种广泛用于飞机机身及发动机的材料,强度、耐热性、耐蚀性、抗弹性和成形加工性良好。并且,由于钛与碳纤维复合材料的电极电位相近,使得它又成为复合材料惟一的连接材料,在航空紧固件中得到大量使用。C919飞机的前机身压板、机头蒙皮、吊挂、中央翼缘条、尾翼接头、机翼滑轨等部位均使用了钛合金,总用量达到机身结构重量的9.3%。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、高强高韧及系统用材,产品形式涵盖了锻件、厚板、薄板、型材、管材、丝材等。

  同时,钛合金是C919上国产化最多的先进材料,宝钛集团和宝钢股份都已有材料在大飞机上使用,西部超导Ti-6Al-4V钛合金也已通过商飞资质认证。C919钛材用量约为3.92吨/架,假设未来20年可制造1200架C919,在不考虑损耗率的情况下预计带来4700吨航空钛材需求量,市场空间广阔。

  T800碳纤维复合材料首次在国内民机上使用,国产化指日可待。

  复合材料在C919上的应用达到12%,绝大部分为碳纤维/环氧树脂复合材料;应用部位包括水平尾翼、垂直尾翼、翼梢小翼、后机身、雷达罩、副翼、扰流板和翼身整流罩等。这是国内首次在民机上采用如此大规模的复合材料,此前ARJ21支线客机复合材料用量为8%左右;这也是国内首次在民机上使用T800级高强碳纤维复合材料,T800级碳纤维的拉伸强度和拉伸模量较T300提高50%左右,性能优越。

  国内企业现已具备航空用T300级和T700级碳纤维的技术和批生产能力,且已在军用航空复合材料上批量应用;T800级碳纤维完成了工程化试制,正在进行装机验证。为响应航空航天高需求,头部厂家近几年纷纷扩产。目前,C919取证机所用的复合材料绝大多数都是进口的,预计在取证完成后将开启国产替代。国内碳纤维厂商光威复材、恒神股份、中复神鹰均在不同程度上与商飞和下游零部件厂商展开合作。光威复材参与C919的PCD适航认证,并获得预批准。针对CR929的应用目前材料准备在进行中;中航高科入选中国商飞CR929前机身工作包唯一供应商。预计C919将带来年均300吨复合材料需求量,其中,对国产T800级碳纤维的需求将达到年均100吨。

  投资建议

  C919大飞机的研制极大地推动了我国先进材料技术整体研发能力的提升和产业化发展,预计随着C919的批量交付以及未来CR929的加速研制,国内先进材料供应商将迎来重大发展机遇,相关受益公司为:

  1、宝钛股份:钛材行业龙头,大飞机钛合金板材主要供应商,为首架C919飞机提供了多种规格的钛合金棒材、厚板和薄板材料。

  2、西部超导:国内高端钛合金棒丝材、锻坯主要生产基地之一,已通过商飞Ti6Al4V钛合金材料资质认证。

  3、光威复材:碳纤维龙头企业之一,T300级碳纤维已在军用飞机上大量使用。参与C919的PCD适航认证,并获得预批准。针对CR929的应用目前材料准备在进行中。

  4、中航高科:入选商飞CR929前机身工作包唯一供应商,完成商用航空发动机复合材料风扇叶片、流道板、叶栅等产品的研制任务,1种内饰蜂窝入选了中国商飞QPL目录。

  5、博云新材:与霍尼韦尔合资,为C919供应碳/碳复合材料机轮刹车系统。

  风险提示

  C919适航取证速度、交付进度不及预期的风险;受新冠疫情影响,民航市场需求不及预期的风险;产能建设不及预期的风险。

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