國產(chǎn)太行發(fā)動(dòng)機(jī)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)步很大程度依靠材料進(jìn)步
近日有消息說中國相關(guān)單位已經(jīng)研制成功新一代鈦鋁合金。這種合金能夠耐受900度左右高溫，可以用于國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，有效提高國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
鈦鋁合金具備較好的伸縮性，材料強(qiáng)度高，高溫環(huán)境下抗蠕變好。主要應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片和低壓渦輪等方面，新型鈦鋁合金研制成功，為國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)提高推重比打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
國產(chǎn)材料進(jìn)步為國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)升級(jí)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)
眾所周知，航空發(fā)動(dòng)機(jī)從原理上屬于熱機(jī)，它利用熱能加熱空氣，后者受熱膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。因此航空發(fā)動(dòng)機(jī)能量來源于進(jìn)/排氣溫度差，后者就是我們常說的（高壓）渦輪前溫度，在技術(shù)條件相當(dāng)情況下，渦輪前溫度越高，發(fā)動(dòng)機(jī)推力越大。不過這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問題，那就是渦輪前溫度增加，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部環(huán)境也會(huì)增加，這樣就對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部件提出了更高要求。
另外一方面，航空發(fā)動(dòng)機(jī)又是飛機(jī)最主要系統(tǒng)，它的重量直接決定著飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量。根據(jù)相關(guān)資料，航空發(fā)動(dòng)機(jī)增加1公斤，飛機(jī)結(jié)構(gòu)可能會(huì)增加2公斤左右。因此航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)就是推力越來越大，重量越來越輕，具體表現(xiàn)就是發(fā)動(dòng)機(jī)推重比越來越高?，F(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比已經(jīng)超過10，并且還在向上提高。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)葉片
目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)和低壓渦輪廣泛采用高溫合金是鎳基高溫合金。它在600-1000度范圍之內(nèi)具備較高的強(qiáng)度和抗腐蝕能力，不過缺點(diǎn)就是重量相對(duì)較大，從而增加了發(fā)動(dòng)機(jī)整體重量，而發(fā)動(dòng)機(jī)整體重量增加又會(huì)讓飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量進(jìn)一步增加，所以各國和地區(qū)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)人員希望采用新一代高溫合金替代鎳基合金，這就是新一代耐高溫鈦鋁合金。
此前鈦鋁合金已經(jīng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上面得到運(yùn)用，但是早期鈦鋁合金在工作溫度超過600度之后，各方面性能就會(huì)迅速下降，無法滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)需要。因此上世紀(jì)90年代之后發(fā)達(dá)國家投入大量資源用于提高鈦鋁合金工作溫度，經(jīng)過努力取得了技術(shù)突破，研制成功工作溫度超過900度鈦鋁合金，并且進(jìn)入實(shí)用。例如新一代客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)LEAP就采用了鈦鋁合金葉片，新葉片重量比原來采用鎳基高溫合金葉片降低50%，可以說效果顯著。
國產(chǎn)鈦鋁合金一體成型葉片
中國相關(guān)單位也非常重視鈦鋁合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域運(yùn)用，上世紀(jì)90年代國產(chǎn)鈦鋁合金工作溫度已經(jīng)提高到550度，進(jìn)入新世紀(jì)國產(chǎn)鈦鋁合金再接再厲突破600度大關(guān)，前面說過國內(nèi)外材料界普遍認(rèn)為這個(gè)指標(biāo)是鈦鋁合金“熱障溫度”，在這個(gè)溫度之下鈦鋁合金各方面性能較好，但是超過這個(gè)溫度各種方面性能變差。為了提高國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能，國內(nèi)相關(guān)單位著手研制耐溫度性能更好的鈦鋁合金，經(jīng)過努力，相關(guān)單位突破一系列技術(shù)難關(guān)，研制成功能夠耐受900度高溫的鈦鋁合金，某些性能甚至要比發(fā)達(dá)國家同類型材料還要好，例如在室溫塑性上相對(duì)于美國單晶合金材料的2%還要高上4.9%，這種新材料誕生也為國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)升級(jí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)正在不斷向前邁進(jìn)
航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為現(xiàn)代工業(yè)革命尖端，集中了諸多技術(shù)領(lǐng)域最高技術(shù)成果。因此航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)步需要長期、大量探索和攻關(guān)，因此國內(nèi)材料、工藝等領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步，正在不斷推動(dòng)國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)向前邁進(jìn)。
來源：新浪軍事
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