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大飞机建设再进一步上游材料产业大发展6股最受益

2022-08-30 作者:火狐体育网页版链接 来源:火狐体育下载链接

  前言:在刚才发布的《大飞机应用材料系列一》中我主要是梳理了当前大飞机应用材料的细分赛道,本篇再来聊聊大飞机应用材料的行业现状和需求情况等内容,对大飞机应用材料的情况做一个大致的介绍。

  重申下,所有的内容来自于公开的渠道(不是所有的公开渠道大家都能接触到),如果有涉及商业利益的,请联系本人调整。

  由于工业水平有限,以莱特兄弟为代表的第一代飞机采用木制的梁条、翼肋、机翼包裹帆布,利用钢索固定维持机身的刚度;

  随着工业发展及结构设计方法认知,结构设计仅以材料静强度试验为准则, 第二代飞机采用铝合金、钢材等作为主结构;

  为了减轻机体重量并提升飞机性能, 第三代飞机机体结构除了铝合金、钢材等材料外, 新增了钛合金;

  而第四代飞机机体主结构采用了轻质铝合金、钛合金作为主承力材料,非主承力结构上 选取少量的复合材料;

  从国外大型客机材料应用 的具体 情况来看, 传统的铝合金及结构钢在飞机上的用量逐渐减少,而复合材料和钛合金的占比快速提升 。根据《一代材料技术,一代大型飞机》,从波音 787 开始,50%用量的复合材料成为未来飞机的起点,继波音 787之后,空客 A350 改进型(A350XWB)的复合材料用量从原来的 37%提高至 52%。同时,钛合金用量与日俱增,一方面是因为它在减轻结构重量上的优势,另一方面则是因为钛与碳纤维复合材料的电极电位相近,钛合金又成为复合材料惟一的连接材料。

  随着航空航天产业的快速发展,对飞行器重量、性能、能源消耗等要求地不断提高,对材料也提出了更严格的要求。其中,降低重量是最首要的目标。小型民机的结构重量每减 1 磅所获得的直接经济效益为 50 万美元/磅,而对战斗机来说,这个数值是 400 万美元/磅,商用运输机为 800 万美元/磅。为降低重量、提高性能,通常采用减小飞行器部件尺寸的办法,但该方法会导致零件刚度降低和疲劳寿命减少。当前最有效的减重方法是发展低密度材料。

  1.C919 复材国产化进程或即将开启,预计带来年均300吨复合材料需求

  C919 原型试飞验证机用的碳纤维复合材料都是进口的。目前,国内航空碳纤维树脂基复合材料技术体系基本建立,与国外复合材料性能的差距日渐缩小,高性能碳纤维在军用飞机上已有应用。预计在 C919 大飞机取得适航认证后,或将开启复合材料国产化替代进程。C919 碳纤维复合材料使用量为 12%左右,每架空机重量 42 吨,则单架 C919 碳纤维复材用量约在 5 吨。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年均300吨复合材料需求量。根据中复神鹰招股说明书,C919对国产T800级碳纤维的需求将达到年均 100 吨。

  随着国内钛材生产企业制造能力提升,材料国产替代将推动国内钛材生产企业业绩增长。例如,西部超导成功掌握了紧固件用 Ti45Nb 合金丝材批量化制备技术,解决了 Ti40 阻燃钛合金大规格铸锭锻造开坯的难题;湘投金天集团自主研发出中国第一卷大卷重宽幅钛带卷,填补国内空白,改变了我国钛卷和钛焊管依赖进口的格局。

  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。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。

  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。

  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,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。

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