先进复合材料在航空发动机上的应用

  航空发动机的发展之快,尤其是越来越严苛的温度和重量要求,渐进提高的传统材料已然不能满足,转而呼唤材料科学开辟新的体系,那就是复合材料。根据复合材料各自的特点,可用于发动机不同的零部件上。
  树脂基复合材料轻质、高强、高模量能够很好的满足发动机冷端部件对材料性能要求,加上材料和工艺成熟,已在发动机的外涵机匣、短舱、反推力装置等部件上应用。目前,树脂基复合材料风扇叶片是国际航空界正在关注的焦点。其成果的典型代表之一是美国GE公司研发并应用的复合掠型大流量宽弦树脂基复合材料风扇叶片。
  与传统金属材料相比,金属基复合材料的比强度、耐高温和结构稳定性都更优,适合用作发动机的中温段部件。此外,使用金属基复合材料替代现有镍基等合金,可以显著降低发动机的重量。
  因此,有人预计金属基复合材料未来将取代高温合金现有的位置。
  陶瓷基复合材料密度小,极耐高温、热膨胀系数小,抗腐蚀性好,理论上可在1600℃以上使用,是高性能涡轮发动机高温区极好材料。陶瓷基复合材料不需要气体冷却,省去和简化了冷却系统零件,使发动机进一步减重。不过,陶瓷基复合材料受脆性影响,而未能得到广泛应用。
  碳碳复合材料显著的优点是耐高温(大约2200℃)和低密度,可使发动机大幅度减重,以提高推重比,是本世纪有前途的航空发动机材料之一。碳碳复合材料如果能够解决表面以及界面在中温时的氧化问题,并能在制备时提高致密化速度,并降低成本,则有望在航空发动机中得到实际应用。
  除了树脂基复合材料,其他复合材料更多的还处在实验室阶段,成本、性能等问题需要解决。
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