2022年航空制造行业技术现状、运营状况分析可行性研究预测
(1)航空制造业
1、航空器制造:航空器是指在大气层中飞行的飞行器,包括飞机、直升机、倾转旋翼机、气球和飞艇等。按照机翼是否可旋转,可以分为固定翼航空器(包括飞机、滑翔机等)和旋翼航空器(包括直升机、旋翼机等)。按照是否有人驾驶,可以分为有人驾驶航空器和无人驾驶航空器。本招股说明书中的航空器主要指飞机、直升机和无人机。航空器制造包括航空工装制造、零部件和部段制造、航空器整机制造。
①航空工装:航空工装是飞机零件制造及部段、整机装配的必备装备,是飞机制造的关键技术之一。航空工装主要包括成型工装和装配工装,成型工装用于飞机零部件的成型,装配工装用于飞机零部件的定位、安装和连接。航空工装的下游客户主要为飞机零部件厂商和整机厂商。
②零部件和部段:航空零部件主要指航空器的机体零部件。按照材质的不同,机体零部件可以分为金属零部件和复合材料零部件。金属零部件的材料包括铝合金、钛合金、镁合金、不锈钢、结构钢和高温合金等,复合材料零部件的材料包括碳纤维复合材料、航空陶瓷、特种陶瓷、特种橡胶等。
航空部段是利用装配工装,将多个零部件组装起来的部段件,包括机头、前中后机身、机翼、尾翼等。航空零部件的下游客户主要为飞机整机厂商。
③航空器整机:航空器整机制造是按照设计要求制造飞机、直升机、无人机的过程。通常飞机、直升机、无人机制造商仅从事机体零部件制造、部件装配和整机总装等。飞机、直升机、无人机的其他部分,如航空发动机、机载设备和消耗性航空器材等由其他专业单位制造。
民航运输航空器的制造企业主要包括美国波音公司、欧洲空客公司和中国商飞公司等;通用航空器制造企业主要包括加拿大庞巴迪公司、巴西航空工业公司、中航通用飞机公司等;军用航空器制造企业主要为各国军工企业。
中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国航空制造市场竞争力分析及投资战略预测研发报告》
2、机载设备制造:机载设备是指为完成飞行任务、作战任务以及为保证飞行员与乘员安全、舒适而安置在飞机上的具有独立功能的一系列装置的总称,通常可分为机载电子设备和机载机械设备等。
机载电子设备主要包括计算机系统、导航系统、飞行控制系统、无线电系统、飞行管理系统、飞行参数记录系统、客舱娱乐系统、电气系统等多种设备。机载机械设备主要包括燃油系统、液压系统、气动系统、瓶体、防冰和除冰系统、环境控制系统、救生系统、辅助动力装置、机轮刹车系统等多种设备。
国外主要机载设备制造商包括霍尼韦尔、泰雷兹、利勃海尔航空、柯林斯公司等,国内机载设备制造商主要以中航工业下属各承制单位为主,第三方民营企业也已成为航空机载研制产业的重要参与者。
3、航空发动机制造:航空发动机是航空器的重要组成部分。按照专业化分工,目前世界航空产业链的航空发动机制造基本与飞机制造实现了“飞发分离”,通过打造专业的发动机制造公司,与飞机制造企业构建固定的商业化配套关系,从而提升航空产业整体的制造与配套保障水平。
目前国外主要的航空发动机生产商为普惠公司、罗罗公司,中国主要的航空发动机生产商主要是中国航空发动机集团有限公司下属各发动机制造商。
(2)航空器运营业:航空器运营是指对航空器的使用,一般包括商业航空、通用航空和军用航空三个领域。
1、商业航空:商业航空是指以航空器进行经营性客货运输的航空活动,即常见的航空公司运营模式。国外主要商业航空公司包括美联航、汉莎航空和阿联酋航空等,国内主要商业航空公司包括中国国航、南方航空、东方航空和海南航空等。
2、通用航空:通用航空是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动,包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行,以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练和文化体育等方面的飞行活动。国内主要的通用航空公司包括飞龙通航、新疆通航和东方通航等。
通用航空行业还包括飞机和直升机加改装业务,是指在航空器及其部件交付后进行的超出其原设计状态、但未构成型号合格证及其数据单更改的任何改变(包括任何材料和零部件的替代)。飞机投入使用后,如果遇到针对某些部件、系统的使用困难,或者存在某些作业飞行要求或经济性原因,就需要进行加改装。主要的加改装包括飞机航摄窗口加改装、机载健康与使用监视系统加改装、各类航空座椅、内饰等加改装、农林喷洒设备加改装等。
3、军用航空:军用航空是指用于陆军、海军、空军和武警等军事目的的一切航空活动,主要包括作战、侦察、运输、警戒、训练和联络救生等方面。现代军用航空活动主要依靠飞机、直升机和无人机。
(3)航空器维修业:根据维修对象的不同,航空器维修一般可分为机体维修、发动机维修和机载设备维修等。机体维修是指对机身、机翼、尾翼、起落架等机体部件的维修。发动机维修是指对飞机发动机的维修,也称动力装置维修。机载设备维修是指对机载电子和机械设备等部附件的维修。
(4)航空器技术现状:相较于传统工装制造,数字化工装制造能够降低制造误差,提高生产效率和产品质量,在航空工装的生产制造中应用广泛,同时,航空零部件及部段中普遍使用的复合材料对航空工装的性能要求更高。航空工装制造的技术水平主要体现在数字化工装制造技术与复合材料工装制造技术。
1、数字化工装制造技术:数字化工装制造是指应用数字化设计的工装模型,采用数字化加工设备,对工装的关键特征型面、互换协调交点等进行加工和装配,并进行数字化测量。与传统工装制造采用模线样板、标准样件工作法,通过实物外形和交点孔位传递外形要求和保证协调互换不同,数字化工装制造的外形和协调互换信息用数字量传递,采用数字化设备加工和装配,保证了产品的外形和协调互换要求。数字化工装制造对数控设备的定位精度、加工精度、刀具选择,编程人员及设备操作人员水平,数控(照相)检测手段等都有更高的要求,同时也显著减少了制造误差,缩短了生产准备周期,提高了工装产品的生产效率和质量。
2、复合材料工装制造技术:目前,航空零部件已大量采用轻量化、高强度的复合材料,复合材料与传统金属材料不同,材料成型与结构件成型是同时完成的,制造过程与工装结构直接影响复合材料结构件的质量。复合材料工艺的特殊性要求复合材料工装的设计、制造和使用都必须和所生产的零件、所用复合材料的性能及其相关的制造和固化工艺协调一致,一旦工艺过程和复合材料工装某个环节不合理,复合材料零件会产生制造缺陷和尺寸偏差,严重影响其性能甚至造成构件报废。目前复合材料成型最常用的热压罐成型法对复合材料工装的刚度、强度、热稳定性、气密性、加工精度、表面光度及导热性等都提出了更高的要求。
(5)航空零部件行业的技术状况:航空产品在加工时普遍使用铝合金、钛合金、钢、复合材料等,其中钛合金和复合材料的加工难度较大。同时,多数航空零件几何外形复杂,对加工精度要求较高。具体来看,航空零部件制造的技术水平体现在材料应用技术、加工处理技术和过程控制技术上。
1、材料应用技术:由于航空器工作环境和任务要求的不断严苛,航空零部件已大量采用轻量化、高强度、具有特殊性能的材料。航空铝材、钛合金材料、高温合金、复合材料、耐热涂料、金属陶瓷、隐身涂料等已被广泛应用。这在材料质量检测、性能测试、加工工艺能力等方面,对企业提出了很高的要求。尤其是复合材料等需要在制造现场进行预处理的材料,需要企业建立非常专业的材料处理能力。此外,承接各型号航空零部件业务的企业需要有全面的材料技术体系,因为即使是同一类零部件或部段,由于使用材料的差异,在加工和检测方法上也会存在显著的区别。
2、加工处理技术:航空零部件大都采用复杂曲面和高结构效率的整体、轻量化结构,加工中必须避免由于应力、高温造成的变形,这对制造工艺和制造设备的要求很高。高速切削技术和增材制造技术是航空零部件加工的关键技术。近年来,高速切削技术因其加工效率高、切削负荷低、传入工件的切削热少及加工变形小等显著优点,被航空零部件制造行业广泛使用,取得了显著的经济效益。高速切削时,切屑排出速度快,能够提高散热效率、减小工件表面的切削热。此外,增材制造技术是航空零部件加工的重要方式。增材制造技术具有无需锻造设备及锻造模具、材料利用率高、周期短、成本低、柔性高、响应快等特点,能满足制造中超大、超厚和复杂型腔等特殊结构及极其复杂外形加工需要,广泛应用于大中型关键零部件加工。
3、过程控制技术:过程控制技术是保证航空零部件在满足设计尺寸特性、表面完整性和内部结构可靠性的前提,也是提升生产效率、促进经济效益的基础。企业通过过程控制技术,能够制定成套的制造流程,结合产品的设计要求确定加工工艺和检测方案,选择合适的加工刀具、数控模式、在线监测方式并加以安排组合。此外,业务量庞大、产品结构复杂的企业,需要根据航空零部件产品的生产特点,按计划进行过程控制,对下达的任务作出快速反应,兼顾生产管理流程的简洁化和精细化,降低生产成本、缩短制造时间、提高产品质量。
(6)无人机行业的技术状况:完整的无人机系统包括机体结构、地面系统、飞行系统、有效载荷和使用保障人员。其中有效载荷系统和飞行系统最为重要。无人机的技术水平主要体现在与之相关的机体结构设计技术、有效载荷技术、飞行控制技术。
1、机体结构设计技术:机体结构设计涉及空气动力、非线性结构力学、飞行力学等多个学科,需考虑飞机结构强度与飞行性能等有机结合。以无人直升机为例,其特点为依靠一个或两个主旋翼提供升力,而为了能够实现不同方向的飞行,主旋翼具有极其复杂的机械结构,通过控制旋翼桨面的变化来调整升力的方向。同时,长寿命、高可靠性、低生产成本、良好的技战术性能、良好的经济性与维修性等技术要求成为机体结构结构设计过程中极其重要且又必须满足的技术指标。未来随着无人机向更高性能和更多样化的执行任务能力方向发展,将对机体结构设计技术提出更高要求。
2、任务载荷技术:任务载荷,是指那些装配到无人机上为完成特定任务的设备,包括执行电子战、侦察和武器运输等任务所需的设备。无人机任务载荷的快速发展极大地拓展了无人机的应用领域,无人机根据其功能和类型的不同,需要装配的任务载荷也不同。任务载荷是战术无人侦察机的关键部分,占无人机全重的比重较大。
军用无人机需要高空、高速、高机动、长航时飞行,还要执行侦察、通信中继和精确打击等功能,所以对载荷技术有很高要求。微型多旋翼无人机体积小、载荷小,但要承载体积相对庞大的相机进行工作,所以对载荷的科学设计要求也很高。根据不同的任务需求,实现任务载荷与机体结构平台的有机统一是实现无人机整体功能的关键。
3、飞行控制技术:自稳定和驱动差异决定飞行控制难度。固定翼无人机和无人直升机控制难度相对不高,其自动控制器相对容易研制,而多旋翼无人机不稳定且欠驱动,其对自动控制器性能的要求极高。飞行器自动控制器通常需要惯性导航系统获取自身的姿态。进入二十一世纪后,随着惯性导航系统技术的逐渐成熟,微型多旋翼无人机才开始进入快速发展期,也开始广泛应用于航拍等领域。飞行控制技术是较前沿的技术,是多旋翼机竞争的焦点。