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【航空科普】航空发动机的新材料

时间:2018-11-11 21:34来源:飞机维修砖家 作者:中国航空


目前世界各国针对下一代先进发动机对材料的要求,正集中研究氮化硅和碳化硅增强陶瓷材料,并取得了较大进展,有的已开始应用在现代航空发动机中。例如美国验证机的F120型发动机,它的高压涡轮密封装置,燃烧室的部分高温零件,均采用了陶瓷材料。法国的M88-2型发动机的燃烧室和喷管等也都采用了陶瓷基复合材料。

碳/碳复合材料

C/C基复合材料是近年来最受重视的一种更耐高温的新材料。到目前为止,只有C/C复合材料是被认为唯一可做为推重比20以上,发动机进口温度可达1930-2227℃涡轮转子叶片的后继材料,是美国21世纪重点发展的耐高温材料,世界先进工业国家竭力追求的最高目标。 C/C基复合材料,即碳纤维增强碳基本复合材料,它把碳的难熔性与碳纤维的高强度及高刚性结合于一体,使其呈现出非脆性破坏。由于它具有重量轻、高强度,优越的热稳定性和极好的热传导性,是当今最理想的耐高温材料,特别是在 1000-1300℃的高温环境下,它的强度不仅没有下降,反而有所提高。在1650℃以下时依然还保持着室温环境下的强度和风度。因此C/C基复合材料在宇航制造业中具有很大的发展前途。


C/C基复合材料在航空发动机上应用的主要问题是抗氧化性能较差,近几年美国通过采取一系列的工艺措施,使这一问题不断得到解决,逐步应用在新型发动机上。例如美国的F119发动机上的加力燃烧室的尾喷管,F100发动机的喷嘴及燃烧室喷管,F120验证机燃烧室的部分零件已采用C/C基复合材料制造。法国的M88-2发动机,幻影2000型发动机的加力燃烧室喷油杆、隔热屏、喷管等也都采用了C/C基复合材料。

树脂基复合材料

树脂基复合材料在航空涡扇发动机上的应用研究始于20世纪50年代,经过60余年的发展,GE、PW、RR以及MTU、SNECMA等公司投入了大量精力进行树脂基复合材料研发,取得了很大进展,已经将其工程化应用到现役航空涡扇发动机,并且还有进一步扩大应用量的趋势。


树脂基复合材料的服役温度一般不超过350℃。因此,树脂基复合材料主要应用于航空发动机的冷端。树脂基复合材料在国外先进航空发动机上的主要应用部位如图所示。

风扇叶片

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