低空专题:碳纤维在eVTOL产业中的价值和地位

城城读书会 2024-04-13 16:57:06

专家访谈要点整理

国内碳纤维行业的发展痛点

西方国家在20世纪60年代就开始对华实施碳纤维材料的技术禁运,按照“巴统”和之后《瓦森纳协定》,以美国为首的西方国家对我国实施严格的碳纤维材料禁运。日、美等碳纤维主要申请国甚至对未经许可范围内而企图购买和贩卖碳纤维的个人实施抓捕。禁运范围除了碳纤维原丝,制备技术及装备一直被国外发达国家垄断和封锁。同时又在低端碳纤维领域采取低价倾销,致使国内大部分碳纤维生产企业技术水平落后,经营业绩长期处于亏损,严重制约了国内碳纤维行业和航空航天等高端装备领域的发展。近年来,国内企业在低端牌号上内卷,高端产品上迟滞不前,发展缓慢。

飞机机体结构中碳纤维材料的用量是多少?

飞机机体结构中碳纤维材料的用量占总体结构重量的比例约为30%,且实际用量还会受到飞机重量、大小等因素的影响。例如,对于两吨左右的小型飞机,其机体结构中碳纤维用量可能在500公斤。每年1万台这样的小型飞机,碳纤维总用量大约在50万公斤。

碳纤维在飞机结构中的具体应用有哪些?

除了动力系统和连接结构外,无人机几乎所有部位都采用了碳纤维,占机身材料的90%。

在飞机结构中,碳纤维主要应用于大型部件如机翼、机身、尾翼、动力臂等,以及一些辅助材料和主材。

对于机翼蒙皮、座椅内部结构以及框架等零件,通常使用碳纤维复合材料。

而在起落架、蒙皮和框架中,部分区域会采用铝合金以实现轻量化设计。

此外,在连接部位,由于金属结构具备耐磨、耐冲击等特性,会优先选择航空铝合金作为连接结构材料。

碳纤维供应商在适航认证方面面临哪些挑战?

国际上的碳纤维供应商主要包括波音、空客等航空市场上的企业,如日本的东丽、3M化学,美国的索尔维、艾尔康等。国内碳纤维市场相对较小,且主要在民品如体育用品、风电叶片等领域较为活跃,部分企业也涉足军品领域。碳纤维供应商在适航认证方面的挑战主要在于缺乏大量飞机型号应用的经验。虽然没有明显的领先企业,但需要针对不同飞机型号进行大量的材料测试和生产线一致性稳定性测试,以满足民航局的严格要求。此外,不同量级飞机对于材料的要求也存在差异,需要根据适航规章进行针对性测试和验证。

能否估算一下目前市场上的单机价值?

根据前一段时间在淘宝上发布的数据,像216这样的产品售价大约为230多万。由于每一家的研发成本不同,如果按照材料重量来估算,大约在3倍的重量基础上,价格可能会达到六七百万,上下波动约一两百万。两吨左右或更高续航、载客数更多的飞机,预计的单价可能在七八百万起步,并且会随着性能和应用的提升而更高。

关于230万飞机中碳纤维的占比及成本?

230万飞机中碳纤维的占比大约是结构部分的25%,即150公斤左右。根据航空用料市场行情,碳纤维价格通常在每公斤1000元左右,因此在230万造价中,碳纤维结构主要材料成本约为15万左右。

综合整体造价,碳纤维的成本占比大约为20%。

航空领域常用的碳纤维牌号及纤维数是什么?

航空领域常用3k和12k碳纤维,以及T700、T800等不同型号,根据部位的强度要求进行选择。

飞行器辅材中,除了碳纤维外,哪种材料占比较高?

除碳纤维外,飞行器制造中还常使用玻纤和芳纶,因为它们在硬性和透波方面有优势。

二者总占比不超过5%,在小型飞机中,玻璃纤维的占比可能稍高,达到10%~20%。

为什么在客机等飞行器中芳纶的使用比例不高?

芳纶具有良好的硬性和耐磨性,适用于折损多的部位,而碳纤维在重量和强度方面具有明显优势,因此更适合用于飞行器的主体结构。芳纶则适用于飞机变形大的部位,如铰链和变形率高的结构,因其韧性较强。

复合材料中除了纯碳纤维外还包含哪些材料?

复合材料主要由碳纤维和环氧树脂组成,有时还会加入如PMI的发泡材料,以及玻璃纤维、芳纶和蜂窝材料等,以满足特定的性能要求。

碳纤维规格的未来发展方向及T值和K值要求有何变化?

未来碳纤维规格的发展将主要集中在700至800T,高端产品可能使用1000T。飞行器主要使用3K和12K规格的碳纤维,K值较大时强度更高,K值较小则材料更薄、更轻、更灵活。

T300纤维是否能满足飞行器的性能需求?

T300纤维通常不能满足飞行器尤其是机翼主梁和旋翼机的高强度要求,更多使用T700或T800纤维。

国产T800能否满足主流飞行器厂家的要求?

国产T800的性能虽略逊于进口产品,稳定性也有待提高,因此许多企业仍倾向于选择进口碳纤维。国产碳纤维T800的抗拉性能可能相比国外产品不够稳定,国内各占一半混用的较多。T800的国产化是行业趋势,稳定性正逐步提升,许多企业已开始采用国产T700与T800。

中航复材的哪款材料难以购买?

中航复材的材料主要供应国家队,由于产量有限且需进入采购目录体系,因此难以购买,这并非由于成本很高。

国内有哪些碳纤维企业已进入产业链?

国内如中航、神鹰、恒神、光威等企业已进入产业链。

中航高科:航空复材国家队,已突破国产高性能碳纤维预浸料制备关键技术。

光威复材:构建碳纤维复材全产业布局,为国产大飞机提供碳纤维和预浸料。

中复神鹰:T800级航空预浸料已通过商飞PCD预批准,碳纤维及增韧树脂均为自研。

中简科技:新一代碳纤维ZT9H性能指标对标赫氏IM50,已投入批产。

目前市场上哪款飞行器是主流且销量最高?飞行器的维修周期是怎样的,维修时是否需要更换碳纤维材料?

市场上主流飞行器的具体型号和销量数据未提供。飞行器的维修周期通常为几个月,每次飞行前进行检查,每飞行50至100架次后进行大范围检查和保养。损坏性维修可能需要更换碳纤维材料。

国产复合材料供应商的产品性能和供货价格差异如何?

国内知名的复合材料品牌包括中航、光威和江苏恒神,性能和价格差异不大,规格和型号趋于稳定。

一架大飞机的碳纤维和胶水成本大约是多少?

一架大飞机使用的碳纤维和胶水的成本大约在四五十万,但这仅是机壳部分的成本估算。

eVTOL专家反馈:

碳纤维基本上现在用的都是国内的,因为用的牌号都不是很高,不是T800T700以上的,都是在T300的量级,克重就比较小一点,对于eVTOL来讲足够了。因为它飞行速度和高度什么的都不需要那么高。一旦到了高端,就比如说T700 /800里以上,国内能做的就屈指可数了。首先数量上屈指可数的,神鹰是比较强,还有一个江苏恒神。

碳纤维在eVTOL领域的市场空间

不考虑货运场景,按每架飞机12万碳纤维、国内2万架市场需求,则市场空间在20亿以上。高端碳纤维国外禁运,国产供给量较小,初步判断这是一个小而美的机会,但对于传统军工企业而言,这是一个增量市场。国内供应商主要看已经拿到适航证的、T700、T800实现量产的龙头公司。

注:本文根据公开资料和专家访谈内容整理,不保证内容的准确性和完整性。

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