中国有着漫长的海岸线和广阔的管辖海域,随着中国经济实力的不断提升,海洋权益日益扩大,必须有强大的海军,维护领海主权和海洋权益。
航空母舰是目前世界上最具威力的作战舰艇,具有不可替代的战略价值。2012年9月,我国第一艘航空母舰“辽宁舰”交接入列,这标志着我国海军跨入了航母时代。在我国海军由“黄水”迈向“蓝水”过程中,航母编队将成为海军建设重点。
1 航空母舰简介
航空母舰诞生于20世纪20年代,是以舰载机为主要武器并作为其海上活动基地的大型水面战斗舰艇,是海军吨位最大、威力最强、集各种高新技术和先进武器装备于一身的海上综合作战平台。
航母结构图
资料来源:公开资料
航母的分类方法有很多,目前常用的是按排水量大小以及动力装置分类。
按排水量大小可分为大型航母(排水量6万吨以上),中型航母(排水量3-6万吨)和小型航母(排水量3万吨以下)。
按动力装置可分为核动力航空母舰和常规动力航空母舰。
航母分类
资料来源:公开资料
航母从来不会单独使用,航母都是以航母战斗群的形式出现。航母编队涉及包括航母、舰载机、辅助舰艇等作战单元,是一项庞大的系统工程。
目前美国航母战斗群的通常配置:
1艘航母、1艘导弹巡洋舰、1艘护卫舰、2艘导弹驱逐舰、1艘攻击核潜艇、1艘战略支援舰,并搭载若干舰载机及装配各类火炮和发射装置。其中舰载机包括攻击机、反潜机、预警机、侦察机、电子干扰机、加油机、小型运输机、直升机等多种机型,目前美国航母搭载飞机在70架左右。
因此,建造航母对一个国家整个产业的升级起着极为重要的拉动作用,航母又被称为工业发展的催化剂。
一艘航母的建造周期一般需要5-7年才能服役,按照未来15年中国拥有6个航母战斗群计算,每2-3年开建一艘航母,预计投入超过6000亿元,加上每年高昂的维护费用,累计投入的预算达到万亿级。航母编队作为一项庞大的系统工程,涉及到包括航母、舰载机、辅助舰艇等作战单元,这意味着航母编队市场蛋糕巨大。
航母的投资有一定的周期性,一艘航母从切割第一块钢板开始加大投入,进入投入规模的迅速攀升期,在航母总装过程中达到最高点,随后进入下滑期,在下水之后达到最低点。而在下水的低点之后,伴随着下一艘航母的不断投入,航母的开支马上会再一次进入上升期。
我国航母编队建设仍然处于起步阶段,据估计,我国单个航母战斗群价值量范围为142.81-205.81亿美元之间,约合人民币980-1400亿元,也就是说一个航母打击群的市场空间近千亿。
2 航母产业链
航空母舰产业链的上游为航母机辅助舰船材料;中游主要包括航母及舰船动力系统,航母及辅助舰船电子信息系统,舰载机动力系统、航电、机电系统及整机;下游为航母及辅助舰船总装。
航空母舰产业链
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航母涉及到国家的航天、航空、船舶、兵器、电子,主要的核工业等一些国家核心的军工企业和重大的科技领域。从具体行业来看,主要涉及舰船、飞机制造、动力系统、武器装备、高端材料、电子系统和卫星导航。可以分为如下四大块。
船机制造:航母舰体、水面战舰、舰载机;
动力系统:舰载机发动机、舰艇燃气轮机;
电子系统:C4ISR(指挥、控制、通信、计算机、情报及监视与侦察);
高端材料:合金钢、钛、钛合金、高温合金等复合材料。
从航母的投入开支来看,大致分为总体建造、动力设备、军械设备、电子系统、壳体机电和其它部分,其中总体建造价值量占比为63%,以福特号为例,大约60.41亿美元;动力设备占比16%,约15.16 亿美元;军械设备占比15%,电子系统占比为3%。
由于航母产业链涉及的军工细分领域较多,下面主要介绍航母上游材料、中游动力系统,以及下游航母舰体制造。
2.1 高端材料
“一代材料,一代装备”,高端材料是建造航母编队的基石,合金钢、钛合金、复合材料等有望借着航母建设的军品订单实现技术升级继而转民用。其中钛合金、复合材料第二章中有介绍,此处重点介绍合金钢。
航母用高强度大宽厚板是建造航母的关键,航母的钢材用量巨大,美国建造一艘中型航母20%以上的重量都是钢材。一般建造一艘航母的钢板分为船体板、装甲板、结构板。
船体用钢板:要求比较低,基本上就是潜艇用的耐压板,屈服强度通常为450兆帕和550兆帕,钢板厚度为22~28毫米。船体的水下部分为了防止鱼雷与潜艇导弹的轰击,采用钢板厚度达150~203毫米。也有制成双层或三层船体,当外层钢板被击穿的时候,还有一层保护层,这样就增强了航母的抗打击能力。以前的航空母舰还在易受攻击的部分采用增挂装甲板的方式,以抵御各种意外的攻击。
装甲钢板:一般用在最为关键的核心部位。航母上有两个地方最重要,一个是指挥中心,指挥中心是航空母舰钢板最厚的部分,最厚达330毫米,有点类似坦克用的装甲钢板;另外一个地方是航母的动力系统。如果航母的机舱被破坏,那么航母就变成了挨打的活靶子,因此,机舱也要重点保护。重点保护的方式就是用装甲钢板。此外,炮台等地方也要用防弹装甲板进行保护。
结构板:主要用于飞机跑道、隔仓及船体结构等,尤其是飞机跑道,要求极高。首先,要求飞行甲板能够承载20~30吨舰载机起飞和降落的沉重冲击。其次,还要承受喷气式飞机高达几千度的火舌的烘烤。所以,飞行甲板的屈服强度一般要达到800兆帕。还有,飞行甲板的厚度不能太厚,一般是40~50毫米,且要求不平度达5毫米/米以下,否则会影响飞机升降的质量。更重要的是,飞行甲板的板面越大越好,要尽量减少焊缝。总而言之,航用的结构钢板要求高强度、小厚度、大面积、能够在恶劣环境中使用。
航母腐蚀环境多样,防护要求极高且设备众多,腐败故障影响大。结合美军装备材料发展
历史看,钢材技术的每次突破都会帮助航母减重并节省大量成本。
目前,我国结构用钢的基础研究与世界先进水平存在一定差距,未来新型高强度航母用钢的研究仍然十分重要。国内合金钢的主要公司有抚顺特钢、鞍钢股份。
(1)鞍钢股份:龙头
鞍钢股份是国内大型钢铁生产和销售企业之一,主要从事黑色金属冶炼及钢压延加工,以及相关产品的销售与服务,拥有烧结、焦化、炼铁、炼钢、轧钢等完整的钢铁生产流程及配套设施。
公司造船用钢、铁路用钢销量列国内首位,船板和铁路钢轨新品种及钢轨生产技术的研发达到国际领先水平,拥有我国首个海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室。
国产航母山东舰70%特钢来自鞍钢股份,航母最关键的甲板国内唯一制造企业。
(2)抚顺特钢:主要用于航空,少部分用于船舶
公司以特殊钢和合金材料研发制造为主营业务,专注于航空、航天、核能、模具、机械、汽车等行业用高端合金和特殊钢新材料研发及国产化替代。
公司四大主打产品高温合金、超高强度钢、特冶不锈钢、高档工模具钢在国内特钢行业具有一定优势。
公司在国内率先研发生产A100钢、300M钢,航空航天市占率高达95%以上。高强钢产品产品广泛应用于飞机起落架、航发机轴、导弹、舰艇壳体等关键部件。
2.2 动力装置
动力系统是航母编队的心脏,通常是航母最重要、最昂贵的组成部分,关系到航母在中远海域上航行的速度、加速性和续航能力。常见的动力系统有蒸汽动力装置、核动力装置、燃气动力装置。其中,蒸汽轮机是当前各国最常采用的航母动力系统。
(1)蒸汽动力装置
20世纪60年代以前建造的航母大多采用常规蒸汽动力装置,美国的“弗莱斯彻”级、“小鹰”级,俄罗斯的“库兹涅佐夫”号航母都是蒸汽轮机。但蒸汽动力装置热效率很低,一般只有25%左右,而且动力装置体积庞大,需要较多的操作岗位和值班人员。国内的辽宁舰采用的也是蒸汽轮机。
(2)核动力装置
进入20世纪60年代以后,随着美国“企业”号航母的服役,核动力航母正式走入历史舞台。其主要优点是:续航能力强,几年才更换一次核燃料棒;美国“尼米兹”级核动力航空母舰装有2座反应堆,每个反应堆输出功率10000马力,热效率为25.6%,足供一个中小城市用。“尼米兹”级航空母舰的动力装置的反应堆可使用13年。但核动力装置中的二次回路的本质仍然是低压饱和蒸汽,故仍有效率低的缺点;且核辐射危害大,其安全性属于人们普遍担忧的问题。
(3)燃气动力装置
燃气轮机动力装置是当今世界技术水平最为先进的军舰发动机,和航空燃气轮机类似。这种发动机的主要优点是功率大、尺寸小、重量轻、效率高和机动性好。英国是目前造舰用燃气轮机最强的国家,“伊丽莎白女王”级航空母舰的IFEP综合全电推进系统用的就是英国自行研制生产的MT30燃气轮机。但燃气轮机就不能像蒸汽轮机和核动力装置一样为航空母舰的弹射提供理想的蒸汽源。
国内能够涉及动力系统的公司不多,中国动力是我国乃至世界范围内产品种类最齐全的动力装备供应商,也是全球最大舰船动力上市公司,是世界级舰船动力业务龙头。
中国动力:动力系统龙头
公司为中船重工集团旗下动力上市平台,2016 年完成重大资产重组,注入中船重工集团旗下多家动力研究所及核心制造资产。目前,公司已形成燃气动力、蒸汽动力、化学动力、全电动力、柴油机动力、海洋核动力和热气机动力七大动力板块,产品广泛应用于船舶、汽车、通讯等多个军民领域。
军品业务领域,公司在燃气动力、蒸汽动力、柴油机动力、综合电力、化学动力、热气机动力及机电配套业务领域均为我国海军主要供应商,为航母、潜艇、驱逐舰、护卫舰、军辅船提供动力及机电装备。
2.3 航母舰体制造
(1)构件加工
航母用的钢板经过预处理和号料后用来制造航母构件。航母船体构件的加工可分为船体构件的边缘加工和成型加工两个部分。
边缘加工:共分为两个大步骤,第一是按照号料后在钢材上划出的船体零件实际形状,利用剪床或氧乙炔气割、等离子切割进行剪割分离。第二是切割完的部分零件的边缘还需要用气割机或刨边机进行焊缝坡口的加工。
成型加工:经过切割步骤后的航母钢板将进行焊接坡口的加工。成型加工主要是对舰体的弯曲构件在边缘加工之后进行弯曲成型,可分为板材成型加工和型材成型加工。
船体部件拼装:完成上述“基本零件”步骤后,开始航母的部件拼装。将两个或者两个以上的零件拼装成组件(小组立),两个或者两个以上的组件拼装成部件(中组立)的生产过程。
(2)航母装配
航母的装配就是将加工合格的船体零件组合成部件、分段、总段,直至船体的工艺过程。
国内能够进行船舶制造的公司不多,更别谈造航母,主要造船集团是南船(中船集团)和北船(中船重工),目前两者已经合并。
“南船”中船集团,民品居多,侧重船舶制造;上市公司有中国船舶、中船防务、中船科技。
“北船”中船重工,偏军工生产,侧重船舶设计与配套,上市公司主要有中国重工、中国动力。
中国重工:军船总装龙头
公司为“北船”下全产业链的舰船研发设计制造上市公司,承担着我国航空母舰、各型驱逐舰、护卫舰、潜艇等各类海洋防务装备的研制生产任务,拥有先进的研发、设计和生产制造能力;另外,公司修船实力在全国居于领先地位。
在船舶配套领域,公司掌握核心技术,拥有自主知识产权,产品品类多,产品研制能力国内领先,大型船用螺旋桨、船用主轴、大型船用增压器等产品市场份额位居前列。
中国船舶:民船总装龙头
公司是中国船舶集团核心军民品主业上市公司,具有完整的船舶行业产业链,系国内规模最大、技术最先进、产品结构最全的造船旗舰上市公司之一,在技术品牌、业务规模和协同、产品结构等方面具有明显优势。产品方面,公司在民船总装优势更突出。
中船科技(配套):主要业务为工程设计、勘察、咨询及监理、工程总承包、土地整理服务等,以及船舶设备类型舱口盖、艏艉通道、舷侧通道、斜坡板、集装箱绑扎系统等船用设备。
亚星锚链(配套): 公司主营业务包括船用锚链、海洋工程系泊链。
总结:航母产业链相对航空产业链而言较为简单,其中以航母舰体制造为重点关注方向。由于行业壁垒较高,国内造船企业相对较少,主要“南船”和“北船”,涉及的A股上市亦不多。
制造航母上游用的钢材用量大且技术要求高;中游环节动力系统是核心不部分,仅极少数公司能够制造,拥有较高的附加值,建议重点关注。另外,下游总装属于资金密集、技术行业,国内仅一两家公司才具备进行航母总装的能力,在整个航母产业链的中价值占比最高,亦可以重点跟踪。
(以上信息根据公开资料整理,不作为投资依据。)
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