先進復合材料在航空發動機上的應用
航空發動機的發展之快,尤其是越來越嚴苛的溫度和重量要求,漸進提高的傳統材料已然不能滿足,轉而呼喚材料科學開辟新的體系,那就是復合材料。根據復合材料各自的特點,可用于發動機不同的零部件上。
樹脂基復合材料輕質、高強、高模量能夠很好的滿足發動機冷端部件對材料性能要求,加上材料和工藝成熟,已在發動機的外涵機匣、短艙、反推力裝置等部件上應用。目前,樹脂基復合材料風扇葉片是國際航空界正在關注的焦點。其成果的典型代表之一是美國GE公司研發并應用的復合掠型大流量寬弦樹脂基復合材料風扇葉片。
與傳統金屬材料相比,金屬基復合材料的比強度、耐高溫和結構穩定性都更優,適合用作發動機的中溫段部件。此外,使用金屬基復合材料替代現有鎳基等合金,可以顯著降低發動機的重量。
因此,有人預計金屬基復合材料未來將取代高溫合金現有的位置。
陶瓷基復合材料密度小,極耐高溫、熱膨脹系數小,抗腐蝕性好,理論上可在1600℃以上使用,是高性能渦輪發動機高溫區極好材料。陶瓷基復合材料不需要氣體冷卻,省去和簡化了冷卻系統零件,使發動機進一步減重。不過,陶瓷基復合材料受脆性影響,而未能得到廣泛應用。
碳碳復合材料顯著的優點是耐高溫(大約2200℃)和低密度,可使發動機大幅度減重,以提高推重比,是本世紀有前途的航空發動機材料之一。碳碳復合材料如果能夠解決表面以及界面在中溫時的氧化問題,并能在制備時提高致密化速度,并降低成本,則有望在航空發動機中得到實際應用。
除了樹脂基復合材料,其他復合材料更多的還處在實驗室階段,成本、性能等問題需要解決。
更多信息請關注復合材料信息網http://cnfrp.net
樹脂基復合材料輕質、高強、高模量能夠很好的滿足發動機冷端部件對材料性能要求,加上材料和工藝成熟,已在發動機的外涵機匣、短艙、反推力裝置等部件上應用。目前,樹脂基復合材料風扇葉片是國際航空界正在關注的焦點。其成果的典型代表之一是美國GE公司研發并應用的復合掠型大流量寬弦樹脂基復合材料風扇葉片。
與傳統金屬材料相比,金屬基復合材料的比強度、耐高溫和結構穩定性都更優,適合用作發動機的中溫段部件。此外,使用金屬基復合材料替代現有鎳基等合金,可以顯著降低發動機的重量。
因此,有人預計金屬基復合材料未來將取代高溫合金現有的位置。
陶瓷基復合材料密度小,極耐高溫、熱膨脹系數小,抗腐蝕性好,理論上可在1600℃以上使用,是高性能渦輪發動機高溫區極好材料。陶瓷基復合材料不需要氣體冷卻,省去和簡化了冷卻系統零件,使發動機進一步減重。不過,陶瓷基復合材料受脆性影響,而未能得到廣泛應用。
碳碳復合材料顯著的優點是耐高溫(大約2200℃)和低密度,可使發動機大幅度減重,以提高推重比,是本世紀有前途的航空發動機材料之一。碳碳復合材料如果能夠解決表面以及界面在中溫時的氧化問題,并能在制備時提高致密化速度,并降低成本,則有望在航空發動機中得到實際應用。
除了樹脂基復合材料,其他復合材料更多的還處在實驗室階段,成本、性能等問題需要解決。
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