碳纤维复合材料在航空领域市场空间如何?

最佳答案 匿名用户编辑于2023/05/05 13:38

军机迭代民机需求爬坡,航空领域碳纤维市场空间广阔。

由于性能优异,碳纤维复合材料已发展成为目前最重要的航空结构材料。与其他航空航天金 属合金相比,碳纤维复合材料有比强度/模量更高,重量更轻,耐腐蚀性和抗疲劳寿命性更好 及有效载荷更大等优点,在过去 40 年中被广泛应用于航空领域。碳纤维复合材料起初主要 应用于飞机的非承力部件如飞机雷达罩、舱门、整流罩等,后来逐渐过渡到飞机尾翼的垂直 尾翼、水平尾翼及方向舵等一些非主要承力部件,例如法国幻影 2000 战斗机尾翼的设计就 采用了复合材料。随着制备工艺及结构设计水平的进步,碳纤维复合材料开始应用于飞机的主 要承力部件。目前碳纤维复合材料已发展成为最重要的航空结构材料,其用量成为衡量航空 飞行器先进性的重要指标之一。

我国三代机及四代机换装需求紧迫,新机型有望加速放量。根据 WorldAirForce2022 数据, 2021 年我国歼-7、歼-8 为主的二代战机数量 561 架,占比 46.75%;以歼-10、歼-11/16、 及歼-15 为主的三代战机数量 620 架,占比 51.67%;而新型四代机战机歼-20 仅有 19 架, 占比 1.58%。横向比较来看,美军当前已全部切换至三代(F-15、F-16、F/A-18)及以上战 机,其中三代机占比 82.62%,四代机占比 17.38%。由此可见,我国存量战机中二代机占比 仍处高位,换装需求较为紧迫,“十九大”报告中明确指出,到本世纪中叶把人民军队全面 建成世界一流军队,根据 WorldAirForce2022,2021 年我军二、三、四代战斗机合计 1200 架,仅为美军的 55.76%,我们认为,我军新型号战机有望迎来加速放量阶段。

新机型复材占比不断增加,有望带动碳纤维需求量进一步提升。伴随新一代战机对隐身及减 重要求进一步增加,复合材料用量占比不断增加,根据《航空复合材料技术》,1969 年时, 美军 F-14A 战机碳纤维复材用量仅有 1%,到当前美军主战战机 F-22 与 F-35 碳纤维复合材 料用量已经达到24%与36%,以隐身特性见长的B-2隐形轰炸机复材用量更是超过了50%, 可见国外战机中复材用量占比呈增长趋势。根据产业信息网及智研咨询,我国二代战机中, 歼-7 复材占比 3%;三代机中,歼-10 复材占比 6%,歼-11 复材占比约为 10%;四代机中, 歼-20 复材占比 20%。虽我军新机型中复材用量已逐步增加,但与美军横向比较看,仍有较 大提升空间。从下游主机厂看,以 J-20、Z-20、Y-20 等为代表的新机型逐步量产,其复合 材料占比较原有机型均有较大程度的提高,势必带动碳纤维需求量的进一步提升。

军机方面,受益于新机型加速放量及复材占比提升,碳纤维需求进一步增加,假设:1)数量方面,美国三代机保有量不变,四代机每年增加数量与 2021 年保持一致(85 架); 考虑到当前我国与美国军机数量及代次差距以及自身的代际更新需求,假定五年后我国三代 机及四代机数量分别为美国的 45%及 40%; 2)碳纤维复合材料中碳纤维占比为 60%。 基于以上假设,预计未来五年我国战斗机碳纤维需求量合计为 441 吨。

国产民机的发展有望为我国航空复材市场带来重大发展机遇。一方面,C919、CR929 等型 号重量更大、复材用量占比更多,根据中国商飞官网,C919 已于 9 月完成全部适航审定工 作,预计将于 2022 年底交付首架飞机,国产民机领域复材需求或将大幅提升;另一方面, 国产民机的发展,也将为产业链带来国产化的历史机遇,国产复合材料将借此进入民用航空 领域。根据中国商飞规划,C919 采取分步走策略,安全稳妥的提高复合材料使用比例,碳 纤维复合材料从 10%-15%到 23%-25%,与俄合作 CR929 预计复材占比将达到 50%。

C919 用复合材料实现了此领域国产材料零的突破,未来批产后国产替代空间充足。C919 大 型客机在雷达罩、机翼前后缘、活动翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、后机身、尾翼等主承力 和次承力结构上使用了复合材料,根据中国商飞,当前 C919 机身复材结构占全机身总重的 比例达到 11.5%,这是我国民用航空制造领域第一次在主承力结构、高温区、增压区使用复 合材料,并且实现了 T800 级高强碳纤维增韧复合材料的应用。横向对比看,当前国际最新 客机如波音 787 和空客 A350 的复材用量占比皆已达到 50%(根据中国知网),民机复材用 量提升空间仍较为充足。

民机方面,C919 首架交付在即,复合材料民用航空市场发展空间广阔,根据中国商飞数据 C919 订单数量 815 架进行测算,预计 C919 碳纤维需求量合计为 2670 吨,单机价值量达 165 万元。