航空航天新材料行業發展地位

　　2021是十四五的開局之年，作為整個軍工產業鏈核心位置的新材料板塊有望迎來較大的發展空間。20世紀是現代科學技術飛速發展的一個世紀，其中重要的標志之一就是人類在航空航天領域所取得的輝煌成就。進入21世紀，航空航天已展現出更加廣闊的發展前景，高水平或超高水平的航空航天活動更加頻繁。航空航天事業所取得的巨大成就，與航空航天材料技術的發展和突破是分不開的。

　　中投產業研究院發布的《2022-2026年中國航空航天新材料行業深度調研及投資前景預測報告》指出，材料是現代高新技術和產業的基礎與先導，很大程度上是高新技術取得突破的前提條件。航空航天材料的發展對航空航天技術起到強有力的支撐和保障作用；反過來，航空航天技術的發展需求又極大地引領和促進航空航天材料的發展�？梢哉f，材料的進步對飛機的升級換代起到關鍵的支撐作用。

　　航空材料既是研制生產航空產品的物質保障，又是航空產品更新換代的技術基礎。材料在航空工業及航空產品的發展中占有極其重要的地位和作用。進入21世紀，航空材料正朝著高性能化、高功能化、多功能化、結構功能一體化、復合化、智能化、低成本以及與環境相容化的方向發展。

　　一、機身材料：輕質化、高強度

　　戰斗機的高空、高速和高機動能力要求飛機的結構選材必須保證足夠的使用強度、剛度要求。根據《先進戰斗機結構選材與制造工藝需求分析》，90年代后期出現了以美國F-22戰斗機為代表的第四代戰斗機，飛機結構采用翼身融合體結構、菱形機翼、外傾式雙垂尾和大邊條翼等；飛機結構材料雖然仍以金屬材料為主，傳統的鋼材和鋁合金材料的用量比例已經降低，總和不到20%。鈦合金和復合材料用量均大大超過這一比例。F-22飛機這樣選材的主要原因，一是為了減輕結構重量；二是為了滿足高溫條件下的結構使用強度要求；三是實現飛機結構的隱身要求等，該飛機的結構重量系數降到了27.8%。

　　材料具有較高的比強度和比剛度，就意味著同樣質量的材料具有更大的承受有效載荷的能力，即可增加運載能力。結構重量的減少意味著可多帶燃油或其他有效載荷，不僅可以增加飛行距離，而且可以提高單位結構重量的效費比。

　　不僅在軍機領域，復合材料與鈦合金在民機的不斷迭代中也扮演重要角色。根據《從A350XWB看大型客機的選材方向》，在空客（AIRFP）與波音（BAUS）的客機中，復合材料與鈦合金機體質量分數占比約為50%與15%。以飛機制造商空客為例，在A350XWB大型民機中，復合材料的用量提升最快，在機身、機翼與尾翼上均有大量應用，全機結構質量分數為53%，相比上一代民機A380大幅提升31pct；同時，鈦合金結構質量分數為14%，相比A380提升4pct。

　　二、發動機材料：耐高溫為主要發展方向

　　熱力學第二定律指出所有熱機的熱效率均有一個上限值。熱效率的上限和熱機輸入熱的溫度（熱源溫度）及熱機的環境溫度（冷源溫度）有關。我們可以用卡諾循環來表示理想的熱機循環熱效率。

　　在卡諾循環中，當吸熱量為Q1，放熱量為Q2時，循環所作凈功為W0=Q1-Q2，根據卡諾循環的熱熵曲線可得卡諾循環的熱效率為：η=1-T2/T1，由此可以看出，熱機的輸入熱源溫度T1越高，熱機工作效率越高。因此，動力領域對工作溫度要求的提升將帶動相關材料的升級換代。航空發動機渦輪入口溫度需要不斷提高。噴口溫度從1300K提升到1610K時，渦輪輸出效率可從46.40%提升到51.60%。這要求發動機材料的升級換代，同時原來那些可以使用合金鋼的零件，如壓氣機盤和葉片等，也需要使用高溫合金。

　　軍用航空發動機歷經五代，推重比不斷提升，高溫合金、陶瓷基復材是核心材料。第一代渦扇發動機出現在20世紀50年代，以英國的康維發動機、美國的JT3D發動機為代表，推重比在2左右；第二代渦扇發動機出現在20世紀60年代，以英國的斯貝MK202和美國的TF30發動機為代表，推重比在5左右；第三代渦扇發動機出現在20世紀70-80年代，以美國的F100、歐洲的RB199和蘇聯的AL-31F發動機為代表，推重比在8左右；第四代渦扇發動機出現在20世紀90年代，以美國的F119和歐洲的EJ200發動機為代表，推重比在10以上；第五代渦扇發動機出現在21世紀初，以美國的F135和英、美聯合研制的F136發動機為代表，推重比為12-13。未來航空發動機推重比將不斷提高，美國已經開啟第6代航空發動機的研發，預計推重比將達到16-18。

　　中國復合材料產量數據分析

　　在經歷2018年度行業因環保督查及規范管理帶來的轉型陣痛之后，復合材料制品行業在轉型道路上負重前行，隨著大批“散亂污”生產作坊的退出，行業競爭秩序明顯好轉。規上企業表現相對更加突出，部分企業出現訂單排不過來的現象，而河北棗強、山東安丘、山東武城等復合材料產業聚集區在產業政策引導和地方政府協助下，逐步走上了報團取暖、協作共贏的道路，更注重技術研發和產品質量提升。

　　中投產業研究院發布的《2022-2026年中國航空航天新材料行業深度調研及投資前景預測報告》指出，由于我國人均復合材料消費量低、市場空間大，近年來，復合材料行業的產量增速在12%左右，另外，我國復合材料產量在全球的占比也在不斷提升。2020年，我國復合材料產量約超過700萬噸。

圖表　2016-2020年中國復合材料產量情況

數據來源：中國復合材料工業協會

　　2021年中國碳纖維市場發展規模

　　中投產業研究院發布的《2022-2026年中國航空航天新材料行業深度調研及投資前景預測報告》指出，碳纖維在航空航天領域中，商用飛機需求貢獻最大，2019年商用飛機所需碳纖維達到1.62萬噸，占比近七成。中國碳纖維市場規模一直保持增長趨勢，從2016年的4.82億美元增長至2020年的10.27億美元，年均復合增長率達20.82%，2021年我國碳纖維市場規模達12.13億美元。

圖表　2016-2021年中國碳纖維市場規模

數據來源：中投產業研究院

　　2022年中國稀土行業景氣指數分析

　　中投產業研究院發布的《2022-2026年中國航空航天新材料行業深度調研及投資前景預測報告》指出，2022年一季度中國稀土產業景氣指數回落至94.24點，低于100點景氣線。

　　一、多因素擾動，稀土市場需求收縮

　　市場表現指標報80點，處于“不景氣”區間，環比跌幅最大。俄烏地緣沖突持續發酵、全球經濟復蘇面臨更多不確定性，國際訂單或將減少。2022年3月以來，國內多地疫情反復，企業暫時性停工停產、物流局部不暢、人工及運輸成本上漲、回款期延長等問題突出，大部分受訪企業認為疫情的負面影響仍將在一定時期內延續。疊加稀土市場傳統淡季到來，多因素影響下，2022年二季度稀土市場需求或將出現收縮，產業發展預期轉弱。

　　調研結果顯示，48%-60%的受訪企業認為2022年二季度訂單數量和產品需求地區將與一季度持平，40%的受訪企業預計訂單數量將有所減少，25.71%的受訪企業預計產品需求地區將出現減少，拖累了該項指標得分。

　　二、預期轉弱，關鍵指標略顯疲軟

　　生產經營指標報88點，處于“不景氣”區間。企業經營情況總體穩定、后續發展壓力凸顯。供需偏緊疊加輸入性通脹壓力持續加大，一季度稀土產業上游原材料價格持續震蕩上行。保供穩價等多項政策調控下，3月份稀土原材料價格高位回落，中下游加工制備企業采購和生產成本顯著下降。但在需求收縮影響下，產量及產品價格預期下調，整體盈利情況預計穩中偏弱，部分企業盈利空間或將受到明顯擠壓。

　　51%-60%的受訪企業預計2022年二季度生產經營各項指標情況與上一季度持平。54.29%的受訪企業認為產品生產成本將基本持平，認為生產成本將降低的受訪企業占比擴大至22.86%。下調產銷量預期的受訪企業占比分別提高至25.71%、28.57%。僅8.57%的企業預期產品價格上漲，28.57%的受訪企業認為盈利水平將出現下降。

　　庫存狀況指標報95.71點，處于“不景氣”區間。原材料采購規模預期收縮，部分企業產品積壓風險增大。受訂單減少、需求萎靡預期的影響，原材料采購規模收縮趨勢顯著，加工制備企業主要以按需適當補貨為主。產成品庫存數量整體維持在理性區間，但部分中小型受訪企業訂單減少，產品積壓風險加大，資金鏈不穩定性加劇。

　　42.86%的受訪企業認為2022年二季度原材料采購規模將基本持平，認為原材料采購規模將出現收縮的受訪企業占比上升至31.43%；57.14%的受訪企業認為產品庫存數量將基本持平，22.86%的受訪企業預計產品庫存數量將縮減，但仍有20%的受訪企業預期產品庫存水平將出現上漲，拉低了該項指標的得分。

　　技術創新、員工及融資情況總體持穩，下行壓力加大。技術創新指標報108.57點，員工情況指標報104.76點，融資情況指標報104.76點，三項指標環比跌幅分別為10.31%、11.53%和5.22%。

　　三、統籌兼顧，稀土產業穩中求進、承壓前行

　　當前，全球復雜局勢以及疫情反復的因素重疊，一些突發因素超出預期，稀土等多個產業發展面臨嚴峻考驗。下一步，稀土企業要統籌兼顧疫情防控與安全生產，充分利用普惠金融、減稅降費等多項助企紓困政策，積極進行“造血自救”。稀土產業要不斷挖掘全國統一大市場的發展潛力，提高產業發展的內循環效率，同時堅決落實保供穩價要求，科學高效組織生產，優化產品結構，提高產品質量，實現稀土產業高質量發展，推動產業穩中求進、進中突破。