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军机航电发展历程及各类军机航电发展趋势分析[图]

2019年07月03日 14:13:39字号:T|T

    航空电子系统(简称“航电系统”)是20世纪初随着计算机技术的突起而诞生,统指具有各种功能的计算机系统的综合集合体,是飞机最重要的组成部分之一,负责显示、传递、控制飞机的正常运转。

    在军用飞机上,航空电子系统的性能和技术水准直接决定和影响飞机的整体性能和作战能力,该系统利用电子、控制和信息等技术,将飞机、武器、战场网络与驾驶员有机地综合起来,最大限度提高和发挥作战效能,形成在信息环境下的联合作战能力。在民用飞机上,航空电子系统确保了飞机更加安全和高效地飞行,其性能直接决定了现代民用飞机的综合性能、先进性、市场竞争力、旅客舒适度及客户美誉度。

    一、航电系统主要构成

    军民用飞机通用的航电系统主要包括通信系统、导航系统、显示系统、飞行控制系统、气象雷达及飞机管理系统等。军用飞机的航电系统还包括军用通信系统、火控雷达、声纳、光电系统以及电子预警等系统。相比于民机航电系统,军用飞机航电系统的技术要求更高,系统也更为复杂,占飞机总成本的比例要显著高于民机航电系统。

    二、航电系统发展历程

    从20世纪初至今,航空电子系统的发展经过了四个阶段,从最初分立式航电系统结构(20世纪40~50年代),到集中式航电系统结构(20世纪60~70年代),再到综合式航电系统结构(20世纪80~90年代),最后发展到当前的高度综合式航电系统结构(21世纪以来)。

飞机航电系统发展历程

时间
主要发展类型
特点
代表机型
20世纪40~50
年代
分立式结构
此阶段飞机的整个系统不由中央计算机控制,不是严格
意义上的航空电子系统,每个航空电子设备相互独立,
不能进行大量的信息和数据交互。
F-100等早期
二代战斗机
20世纪60~70
年代
联合式结构
此阶段数字技术开始发展,已应用于机载导航设备中,
但核心的设备仍采用模拟信号与数字信号进行转换的
方式,数据处理速度较慢。
F-15/F-16等
典型三代战
斗机早期型
20世纪80~90
年代
综合式结构
此阶段航电系统一般由一台中央计算机和若干子计算
机组成,中央计算机进行集中管理、统一调度,性能得
到极大的提升,目前大多数飞机采用此结构。
F-22
21世纪以来
高度综合式结构
此阶段各个功能模块通过组件封装达到了高度通用化,
各个功能模块可以相互替换或者组合在一起完成总系
统的综合性任务。
F-35

数据来源:公开资料整理

    三、军机航电发展趋势

    整体来看,未来综合航电系统的发展将沿着一条综合化、模块化、通用化、智能化的方向发展。美军在其四代机之后的未来航电系统发展规划中指出,航电系统将向着“综合化、信息化和网络化”的方向发展。

    在民机领域,当今先进民用飞机的综合航电系统都采用了开放式结构、典型综合模块化航电系统(IMA)及先进数据总线等技术,系统的集成度越来越高,功能也越来越强大。从波音777到空客A380和波音787,民用飞机综合航电系统的技术已经达到了一个前所未有的水平,其典型特征是大量使用集成模块化航空电子设备和远程数据采集器,既体现了当今综合航电技术的最新水平,也预示了未来综合航电系统的发展趋势。

    当前我国军用飞机与世界先进国家尚存在较大差距,未来市场空间巨大。据《WorldAirForce2019》统计,截至2018年,中国各型军用飞机的保有量与世界先进国家相比仍存在巨大差距。以中美各型军机保有量对比为例,中国作战飞机仅占美国的57.36%,运输机仅占美国的20.53%,差距最大的加油机仅占美国的0.51%。

    根据十九大报告提出的我国国防和军队建设的阶段性目标:确保到2020年基本实现机械化,信息化建设取得重大进展,力争到2035年基本实现国防和军队现代化,到本世纪中叶把人民军队全面建成世界一流军队。为此,我们对标美军的军机规模,估算未来我国各型军机的市场空间。其中作战飞机通常包括战斗机、攻击机和轰炸机,分别估算三者的市场空间。

    1、战斗机市场空间估算

    根据调查数据统计,截至2018年,我国拥有战斗机1326架,其中二代机歼-7为418架、歼-8为143架,共计561架;美国拥有战斗机2362架,其中数量最多的是F-16C,共有790架,四代机F-22和F-35分别为178架和81架,占比分别为7.6%和3.4%。按照代际划分来看,我国战斗机中二代机占比42.3%,三代机占比53.5%,四代机比例极小;美国战斗机中没有二代机,三代机占比89.0%,四代机占比11.0%。

中国战斗机型号构成

数据来源:公开资料整理

    将我国战斗机分为舰载机和非舰载机两部分,其中舰载机数量为45架,增量空间来自于航母战斗群建设带来的舰载机需求,其它战斗机主要来自于数量增加和更新换代。我们做如下假设:1)未来中国岸基战斗机数量达到美国当前水平;2)考虑我国战斗机研制历程落后于美军,战斗机升级换代需求强烈,未来我国二代机逐步淘汰,三代机、四代机的比例达到目前美军水平,且三代重型、轻型战斗机与美军相当;3)考虑目前我国已披露的航母建设进度与美国现有航母战斗群规模,未来我国舰载机规模达到美军舰载机规模1/2。各类战斗机价格参考美军现有战斗机价格,按照美元兑人民币汇率6.8计算,由此可得未来我国战斗机市场空间约6000亿元。

    1、 攻击机市场空间估算

    根据调查数据显示,美国现役攻击机317架,其中287架AC-10,30架AC-130系列,最大起飞重量分别为23吨和70吨;中国现役攻击机为148架Q-5,最大起飞重量约11.8吨。无论是列装架数还是吨位,中国攻击机均与美国存在巨大差距。假设未来中国攻击机达到美国规模,则需求缺口为169架。配置比例上,参考美国AC-10和AC-130的比例,20吨级和70吨级攻击机的比例为9:1。根据AC-10和AC-130J攻击机的造价分别大约为1170万美元和1.15亿美元,假设未来中国对应机型的价格约为美国的2/3,按照美元兑人民币汇率6.8计算,由此估算未来中国攻击机的市场空间约为170亿元。

中国攻击机市场空间估算

国家
对标型号
数量/架
单价/亿元
总价/亿元
20吨
AC-10
153
0.53
81
70吨
AC-130
17
5.24
89
合计
-
170
-
170

数据来源:公开资料整理

    3、轰炸机市场空间估算

    根据调查数据显示,我国现役轰炸机150架,与美俄相当,但有效载荷合计1350吨,不到美俄的23%、50%。而且,美俄目前轰炸机的数量是经过了冷战之后的一系列削减,远低于冷战时期的水平。

    轰炸机可携带的有效载荷代表轰炸机对敌攻击的能力,为此假设未来中美轰炸机携带有效载荷的能力持平,则未来中国轰炸机新增有效载荷4590吨。按照美元兑人民币汇率6.8测算,由于图-16(轰-6系统原型机)满载重量约为B-52的60%,假设轰-6的价格约为B-52的60%,即4.16亿元人民币,由于影响轰炸机价格的因素较多,不同轰炸机之间的价值量相差巨大,当前我国轰炸机结构较为单一,轰-6的单机价格不具备代表性,为此假设未来我国轰炸机单位作战能力的成本(即轰炸机总价/轰炸机总有效载荷)与美国相同,即单位成本为3560亿元/5940吨=0.60亿元/吨,则未来我国轰炸机新增市场空间约为2750亿元。

    4、教练机市场空间估算

    根据调查数据显示,我国教练机无论从数量上还是从配备比例(教练机/作战飞机)上都明显低于世界主要军事国家。截至2018年中国拥有作战飞机1624架,教练机368架,教练机配备比例(教练机/作战飞机)仅为23%,不仅低于美国101%的配备比例,也低于亚洲近邻日本(146%)韩国(65%)和印度(52%)。

世界主要国家教练机配备情况对比

数据来源:公开资料整理

    目前各国配备的教练机中存在各类同型机,以专门针对直升机、运输机等机型进行训练,在此只讨论用于对应战斗机的固定翼教练机,同型教练机暂不讨论,根据调查数据显示,剔除同型机后,我国教练机246架,战斗机1326架,教练机/战斗机比例为18.55%,美国教练机2204架,战斗机2362架,教练机/战斗机比例为93.31%,可见中美两国剔除同型机后教练机/战斗机的比例与未剔除同型机时所有教练机/作战飞机的比例大致相同。

    目前中美教练机配置比例相差较大,为此我们参考与中国国情更为相似的印度,假定教练机/作战飞机比例大致为50%,前文估算未来中国战斗机保有量1904架,则未来中国教练机保有量约952架。通常如果航校的教练机体制采用三级两机制,则高级教练机和初/中级教练机占教练机总数的比例一般为40%和60%,即分别为571架和381架。根据《WorldAirForces2019》,目前中国现役中级教练机181架、高级教练机65架,缺口分别为390架和316架,且高级教练机中教练-9和教练-15各占一半。

    1、 运输机市场空间估算

    根据调查数据显示,我国主力战略运输机是进口的伊尔-76(1974年服役),而战术运输机则以运-7(1972年定型)和运-8(1980年服役)为主。主力运输机型号老旧,机群维护工作量较大,维护费用高,可靠性较差。运-7、运-8战术运输机占我国战略运输机总数的73.6%,而战略运输机(伊尔-76、运-20)仅占15.0%。美国现役运输机中,包括222架C-17,335架C-130系列运输机,二者分别占美国运输机数量的23.6%与35.6%。

    对比美军,中国运输机运载能力缺口31600吨,假设未来这部分缺口由运-9和运-20补齐,且二者新增部分参考美军C-130和C-17大约3:2的配备比例。C-17为运-20对标型号,据维基百科数据,C-17在2007年造价约为2.28亿美元(换算至当前币值为2.7亿美元)。考虑到运20技术指标低于C-17及中美人力成本等差距,我们假设运-20的造价为C-17的2/3左右,则运-20的造价可按10亿元人民币粗略测算。美国C-130运输机改型较多,价格差别较大。我们参照最新型号C-130J的价格,同时假设运-9的造价为C-130J的2/3左右,则运-9造价可按3.5亿元人民币粗略测算,由此估算未来中国运输机新增市场空间大约4700亿元。

中国运输机市场空间估算

机型
数量/架
单架载荷/吨
总载荷/吨
单架/亿元
总价/亿元
运-9
458
25
11450
3.5
1603
运-20
305
66
20130
10
3050
合计
763
-
31580
-
4653

数据来源:公开资料整理

    2、 特种飞机&加油机市场空间估算

    根据调查数据显示,美国现役特种机759架,加油机586架,而我国仅拥有特种机97架,加油机3架,数量差距悬殊。美军大量使用波音民机平台(波音707、737、747、DC-10等)以及C-130等运输机作为特种机和加油机的平台。由于我国目前对标波音707、747等的四发商用大飞机尚为空白,对标波音787宽体客机C929仍在研制早期,对标波音737的窄体客机C919已成功完成多次飞行测试,但在国产商用航空发动机成熟可靠之前,国产民机平台缺乏明确的军用前景。因此我们认为,在未来相当长一段时间,100吨级以上的特种机和加油机需求有望由运-20平台满足;70吨级的特种机和加油机需求有望由运-9平台满足;20吨级的特种机和加油机需求有望由运-7平台满足。运-7和新舟-60均为在安-24基础上改装而来的飞机,据网易财经报道,新舟-60的售价不到1500万美元,按照美元兑人民币汇率6.8计算,约合人民币1亿元。由此估算未来中国特种机&加油机的新增市场空间约4900亿元。

    3、 直升机市场空间估算

    根据调查数据显示,美国现役直升机共有5429架,中国现役直升机仅902架,不到美军的17%。美国陆军航空兵未来的全谱航空旅中,每个旅将装备武装直升机24架、运输直升机50架、战勤直升机36架,总计110架。同时,为了在保证作战应用有效性的前提下便于管理和指挥,有利于构建战场信息网络,减轻后勤保障、补给和维护压力,保证在役直升机的战备完好率,配备的军用直升机型号种类已大幅度减少。美国陆军航空兵已经把其主战机种从以前的12种减少到只有AH-64、CH-47、UH-60和OH-58这4种。参考美军装备情况,同级别的直-20无疑是我国未来最重要的军用直升机机型,该机将很可能成为我国多用途直升机的发展平台,成为未来直升机的主力机型。

    目前中国陆军航空兵拥有6个陆航旅,7个陆航团,1个陆航学院训练飞行团。每个陆航旅和陆航团的直升机数量各不相同,个别陆航团的规模甚至超过陆航旅。预计到2020年中国陆军航空兵将拥有15个陆航旅(或团)。按照美国陆航旅110架直升机的装备量,那么15个陆航旅(或团)至少需要1650架直升机,假设空军和海军各需要200架直升机,相对目前中国直升机902架保有量,需求缺口1148架,考虑需求缺口以直-20为主,以直-20的价格作为未来列装直升机的均价。美国“黑鹰”直升机售价大约2300万美元,假设直-20售价大约为“黑鹰”直升机的2/3,按照美元兑人民币汇率6.8计算,直-20单价约1亿元,则未来中国直升机的新增空间约1100亿元。

    当前军用飞机的数量缺口以及结构性升级换代需求,假设航电系统在军机的价值占比平均为35%,则未来20年中国军机航电系统年均市场空间为347亿元。  

    相关报告:智研咨询发布的《2019-2025年中国航空电子行业市场竞争现状及9号彩票趋势研究报告》

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