Авиационное производство является наиболее концентрированной областью высоких технологий и относится к передовым технологиям производства. Например, двигатель F119, разработанный американской компанией Pratt & Whitney, двигатель F120 компании General Electric, двигатель M88-2 французской компании SNECMA и двигатель EJ200, совместно разработанный Великобританией и Германией. , Италия и Испания. Стоит отметить, что эти авиадвигатели, представляющие самый передовой в мире уровень, объединяет использование новых материалов, новых процессов и новых технологий. Семь новых используемых материалов представлены соответственно следующим образом:
1
Углерод/углеродный композит
Что такое углерод/углеродные композиты? Это композитный материал с углеродной матрицей, армированный углеродным волокном и его тканью, с низкой плотностью (<2.0g/cm3), high strength, high specific modulus, high thermal conductivity, low expansion coefficient, good friction performance, and good thermal shock resistance , high dimensional stability, etc., especially the few candidate materials used above 1650 °C, the highest theoretical temperature is as high as 2600 °C, so it is considered to be one of the most promising high-temperature materials in the world.
Хотя углерод/углеродные композиты обладают многими превосходными высокотемпературными свойствами, они подвергаются реакциям окисления в аэробной среде при температуре выше 400 градусов, что приводит к резкому снижению свойств материала. Следовательно, применение углерод/углеродных композитов в высокотемпературных аэробных средах должно иметь меры защиты от окисления. Защита от окисления углерод/углеродных композитов осуществляется в основном следующими двумя способами, то есть модификация матрицы и пассивация поверхностно-активных точек могут использоваться для защиты углерод/углеродных композитов при более низких температурах; по мере повышения температуры необходимо использовать метод покрытия, чтобы изолировать углеродно-углеродный композитный материал от прямого контакта с кислородом, чтобы достичь цели защиты от окисления. В настоящее время метод покрытия является наиболее используемым методом. С непрерывным развитием науки и техники все больше и больше полагаются на сверхвысокотемпературные характеристики углерод / углеродных композитных материалов, и единственным возможным решением защиты от окисления в условиях сверхвысоких температур может быть только защита покрытия. .
Стоит отметить, что композиционные материалы на основе C/C — это новый материал с более высокой термостойкостью, которому в последние годы уделяется наибольшее внимание в мире. Потому что только С/С композиционные материалы считаются единственными материалами-преемниками для рабочих лопаток турбин с тяговооруженностью более 20 и температурой на входе в двигатель 1930-2227 градусов. Высшая стратегическая цель, которую преследуют передовые индустриальные страны.
Так называемый композитный материал на основе C/C представляет собой армированный углеродным волокном композитный материал на основе углеродного волокна, который сочетает в себе огнеупорные свойства углерода с высокой прочностью и высокой жесткостью углеродного волокна, что делает его нехрупким. Поскольку композитные материалы на основе C/C имеют малый вес, высокую прочность, превосходную термическую стабильность и отличную теплопроводность, на сегодняшний день они являются наиболее идеальными материалами, устойчивыми к высоким температурам, особенно в высокотемпературных средах 1000-1300 градусов C. Сила не только не уменьшилась, но смогла увеличиться. Особенно когда она ниже 1650 градусов, она по-прежнему сохраняет прочность и изящество при комнатной температуре. Таким образом, композиты на основе C/C имеют большой потенциал для развития в аэрокосмическом производстве.
Следует отметить, что одной из основных проблем композиционных материалов на основе С/С при применении в авиационных двигателях является низкая стойкость к окислению. Поэтому в последние годы Соединенные Штаты приняли ряд технологических мер для решения этой проблемы и постепенно перешли к новому двигателю. Например, хвостовое сопло форсажной камеры американского двигателя F119, сопло и сопло камеры сгорания двигателя F100, а также некоторые детали камеры сгорания проверочной машины F120 изготовлены из композиционных материалов на основе С/С. Другим примером является французский двигатель M88-2, а в стержне впрыска топлива с форсажной камерой, тепловой экран и сопло двигателя Mirage 2000 также используются композитные материалы на основе C/C.
2
Новый материал из сверхвысокопрочной стали
Что такое сверхвысокопрочная сталь? В середине -1940-х годов в США была разработана хромомолибденовая сталь (AISI4130) и хромомолибденовая сталь (AISI 4340). После закалки и низкотемпературного отпуска предел прочности при растяжении составил 170 и 190 кгс/мм2 соответственно. В начале 1950-х годов в сталь AISI 4340 были добавлены Si и V, чтобы получить 300M с пределом прочности на разрыв 190~210 кгс/мм2. В 1960 г. Международная никелевая компания производила мартенситностареющую сталь с пределом прочности около 180 кгс/мм2, вязкостью разрушения до 390 кгс/мм. В 1970-х годах Соединенные Штаты уменьшили содержание углерода и увеличили содержание кремния на основе 300M, повысили ударную вязкость и разработали сталь HP310; на основе мартенситностареющей стали она превратилась в сталь AF1410 с пределом прочности на растяжение 170 кгс/мм2 и вязкостью разрушения 400 кгс/мм2 мм.
картина
Стоит отметить, что сверхвысокопрочная сталь должна обладать высокой прочностью на растяжение и сохранять достаточную ударную вязкость. Он также требует большой удельной прочности (отношение прочности к плотности) и высокого коэффициента текучести (σs/σb) для снижения веса компонента, а также должен иметь хорошую свариваемость, формуемость и другие технологические свойства. Сверхвысокопрочная сталь предъявляет очень высокие требования к металлургическому качеству и часто выплавляется электродуговыми печами и электрошлаковым переплавом. Стали, требующие высокой чистоты, в основном выплавляются в вакуумных индукционных печах или вакуумных плавучих электродуговых печах. Следует предохранять средне- и низколегированные сверхвысокопрочные стали от обезуглероживания при термической обработке; мартенситностареющие стали и дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали можно обрабатывать твердым раствором в обычных нагревательных печах. Для сварки следует использовать сварку в среде защитного газа или аргонно-вольфрамовую дуговую сварку. Некоторые низколегированные сверхвысокопрочные стали с высоким содержанием углерода (около 0,4%) должны подвергаться отжигу для снятия напряжений сразу после сварки.
Стоит отметить, что сверхвысокопрочная сталь используется в качестве материала для шасси самолетов. Например, шасси самолета второго поколения изготовлено из стали 30CrMnSiNi2A с пределом прочности 1700 МПа. Такой тип шасси имеет небольшой ресурс около 2000 летных часов.
Другим примером является то, что конструкция истребителя третьего поколения требует, чтобы срок службы шасси превышал 5,000 летных часов. При этом за счет увеличения бортового оборудования снижается весовой коэффициент конструкции самолета, предъявляются повышенные требования к выбору материалов шасси и технологии изготовления. И американские, и наши истребители третьего поколения используют технологию изготовления шасси из стали 300М (предел прочности 1950МПа).
Фактически совершенствование технологии нанесения материалов способствует дальнейшему продлению срока службы шасси и расширению технологичности. Например, шасси европейского самолета Airbus A380 использует технологию сверхбольшой интегральной ковки, новую технологию термообработки для защиты атмосферы и технологию высокоскоростного газопламенного напыления, так что срок службы шасси может соответствовать конструктивным требованиям. Поэтому внедрение новых материалов и технологий изготовления обеспечило замену самолетов.
картина
Как известно, долговечная конструкция самолетов в коррозионностойкой среде выдвигает повышенные требования к материалам. Например, сталь AerMet100 имеет тот же уровень прочности, что и сталь 300M, но ее общая коррозионная стойкость и стойкость к коррозии под напряжением значительно лучше, чем у стали 300M. Соответствующая технология изготовления шасси была применена к современным самолетам, таким как F/A-18E/F, F-22 и F-35. Более прочная сталь Aermet310 имеет более низкую вязкость разрушения и постоянно совершенствуется. Скорость роста трещины в устойчивой к повреждениям сверхвысокопрочной стали AF1410 чрезвычайно низкая, что позволяет использовать ее в качестве шарнира привода крыла самолета B-1, который на 10,6% легче, чем Ti -6Al-4V с повышением производительности обработки на 60 % и снижением затрат на 30,3 %. Например, доля высокопрочной нержавеющей стали, используемой в российском заводе Smig-1.42, достигает 30%. PH13-8Mo — единственная высокопрочная мартенситная дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь, широко используемая в качестве коррозионностойких компонентов. Сверхвысокопрочные зубчатые (подшипниковые) стали также были разработаны на международном уровне, такие как CSS-42L, Gearmet C69 и т. д., и использовались в двигателях, вертолетах и аэрокосмической промышленности.
3
Материал из высокотемпературного сплава
Что такое суперсплавные материалы? Жаропрочные сплавы фактически делятся на три типа материалов: высокотемпературные материалы 760 градусов, высокотемпературные материалы 1200 градусов и высокотемпературные материалы 1500 градусов с пределом прочности на растяжение 800 МПа. Другими словами, это относится к высокотемпературным металлическим материалам, которые длительное время работают при 760-1500 градусах и определенных условиях напряжения. Его важные характеристики: он обладает отличной жаропрочностью, хорошей стойкостью к окислению и термической коррозии, хорошими усталостными характеристиками, вязкостью разрушения и другими всеобъемлющими свойствами, и стал незаменимым ключевым материалом для частей горячего конца газотурбинных двигателей для военных и гражданских. использовать по всему миру.
760-градусные высокотемпературные материалы. С конца 1930-х годов Великобритания, Германия, США и другие страны начали изучать суперсплавы. Во время Второй мировой войны, чтобы удовлетворить потребности в новых авиационных двигателях, исследования и использование суперсплавов вступили в период быстрого развития. В начале 1940-х годов Великобритания впервые добавила небольшое количество алюминия и титана в сплав 80Ni-20Cr, чтобы сформировать '-фазу (гамма-штрих) для упрочнения, и разработала первый сплав на основе никеля с высокой -температурная прочность. В этот период, чтобы удовлетворить потребности разработки турбокомпрессоров для поршневых авиадвигателей, в США для изготовления лопаток стали использовать сплавы на основе кобальта «Виталлиум».
картина
Стоит отметить, что в Соединенных Штатах также были разработаны сплавы Inconel на основе никеля для изготовления камер сгорания реактивных двигателей. Позже, чтобы еще больше повысить жаропрочность сплава, металлурги добавили в сплав на основе никеля такие элементы, как вольфрам, молибден и кобальт для увеличения содержания алюминия и титана, и разработали серию сплавов, таких как как «Нимоник» в Соединенном Королевстве и «Нимоник» в Соединенных Штатах. «Мар-М» и «ВО» и др.; добавление никеля, вольфрама и других элементов к сплавам на основе кобальта для разработки различных жаропрочных сплавов, таких как X-45, HA-188, FSX-414 и т. д. нехватка ресурсов кобальта, разработка жаропрочных сплавов на основе кобальта ограничена.
В 1940-х годах также были разработаны суперсплавы на основе железа. В 1950-х годах появились такие марки, как A-286 и Incoloy901, но из-за плохой стабильности при высоких температурах разработка шла медленно. Бывший Советский Союз начал производить жаропрочные сплавы на основе никеля марки «ЭИ» в 1950 году, а позже выпустил серию деформированных жаропрочных сплавов «ЭП» и серию литых жаропрочных сплавов ЖС. В 1970-х годах Соединенные Штаты также внедрили новый производственный процесс для изготовления лопаток направленной кристаллизации и дисков турбин из порошковой металлургии, а также разработали компоненты из высокотемпературных сплавов, такие как монокристаллические лопатки, чтобы удовлетворить потребности постоянного повышения температуры на входе в аэродинамические детали. - турбины двигателей.
Суперсплавы разработаны для удовлетворения очень высоких требований реактивных двигателей к материалам и стали незаменимым ключевым материалом для компонентов горячего конца военных и гражданских газотурбинных двигателей. В перспективных авиационных двигателях доля жаропрочных сплавов достигла более 50%.
Разработка жаропрочных сплавов тесно связана с техническим прогрессом авиационных двигателей, особенно диск турбины, материал лопатки турбины и процесс изготовления горячих частей двигателя являются важными символами развития двигателя. Из-за высоких требований к высокой термостойкости и несущей способности материала в первые дни в Великобритании был разработан упрочненный сплав Ni3 (Al, Ti) Nimonic80, который использовался в качестве материала для лопаток турбины. турбореактивный двигатель. Кроме того, сплав серии Nimonic постоянно совершенствовался. В Соединенных Штатах были разработаны дисперсионно-упрочненные сплавы на основе никеля, содержащие алюминий и титан, такие как серии сплавов Inconel, Mar-M и Udmit, разработанные известными компаниями Pratt & Whitney Company, GE Company и Special Metals Company соответственно.
картина
В процессе разработки суперсплавов производственный процесс играет большую роль в продвижении разработки сплавов. Благодаря появлению технологии вакуумной плавки удаление вредных примесей и газов из сплавов, особенно точный контроль состава сплава, постоянно улучшали характеристики суперсплавов. В частности, успешные исследования новых технологий, таких как направленное затвердевание, выращивание монокристаллов, порошковая металлургия, механическое сплавление, керамическое ядро, керамическая фильтрация и изотермическая ковка, способствовали быстрому развитию суперсплавов. Среди них технология направленного отверждения является наиболее заметной. Направленный и монокристаллический сплав, полученный методом направленной кристаллизации, имеет рабочую температуру, близкую к 90 процентам начальной точки плавления. Поэтому в передовых лопатках авиационных двигателей во всем мире для изготовления турбинных лопаток используются направленные монокристаллические сплавы. С глобальной точки зрения литые суперсплавы на основе никеля сформировали равноосные кристаллы, направленно затвердевшие столбчатые кристаллы и системы монокристаллических сплавов. Порошковые суперсплавы также были разработаны для первого поколения порошковых турбинных дисков от 650 до 750 градусов, 850-градусных порошковых дисков и порошковых дисков двойного действия для этих современных высокопроизводительных двигателей.
4
композиты с керамической матрицей
Что такое композиты с керамической матрицей? Это тип композитного материала, в котором в качестве матрицы используется керамика и различные волокна. Керамическая матрица может представлять собой высокотемпературную конструкционную керамику, такую как нитрид кремния и карбид кремния. Эта усовершенствованная керамика обладает превосходными свойствами, такими как устойчивость к высоким температурам, высокая прочность и жесткость, относительно легкий вес и коррозионная стойкость. Фатальная слабость в том, что они хрупкие. Когда они находятся под нагрузкой, они треснут или даже сломаются, что приведет к разрушению материала. Использование высокопрочного, высокоэластичного композитного волокна и матрицы является эффективным методом повышения прочности и надежности керамики. Волокна могут предотвратить расширение трещин, таким образом, получая композиты с керамической матрицей, армированные волокнами, с превосходной ударной вязкостью.
картина
Композиты с керамической матрицей использовались в качестве сопел жидкостных ракетных двигателей, обтекателей ракет, носовых обтекателей космических челноков, тормозных дисков самолетов и тормозных дисков высокотехнологичных автомобилей и т. д., став важной отраслью высокотехнологичных новых материалов.
Поскольку керамические материалы обладают отличной износостойкостью, высокой твердостью и хорошей коррозионной стойкостью, они широко используются. Однако самым большим недостатком керамики является то, что она хрупкая и чувствительна к трещинам и порам. С 1980-х годов композиты с керамической матрицей, полученные путем добавления частиц, нитевидных кристаллов и волокон в керамические материалы, значительно повысили ударную вязкость керамики.
Композиты с керамической матрицей обладают высокой прочностью, высоким модулем, низкой плотностью, высокой термостойкостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью, а также хорошей ударной вязкостью и используются в высокоскоростных режущих инструментах и компонентах двигателей внутреннего сгорания. Однако разработка этого типа материала началась относительно поздно, и его потенциал еще предстоит развить. Основное внимание в исследованиях уделяется применению его к высокотемпературным материалам, а также к износостойким и коррозионностойким материалам, таким как усовершенствованные турбины для мощных двигателей внутреннего сгорания, тепловые компоненты для аэрокосмических транспортных средств и автомобильные двигатели вместо металлов, контейнеры для нефтехимии. , мусоросжигательное оборудование и т.д.
Когда речь заходит о керамике, люди, естественно, думают о ее хрупкости. Более десяти лет назад, если он использовался в качестве несущей детали в инженерной сфере, никто не мог его принять. До сих пор, когда речь заходит о керамических композитных материалах, некоторые люди могут быть не совсем ясны, думая, что керамика и металлы изначально не имеют отношения к делу. Однако с тех пор, как люди умело объединили керамику и металлы, представление людей об этом материале претерпело фундаментальные изменения, которые представляют собой композиты с керамической матрицей.
Композитный материал с керамической матрицей является очень многообещающим новым конструкционным материалом в области авиационной промышленности, особенно в производстве авиационных двигателей, он все больше демонстрирует свою уникальность. В дополнение к преимуществам легкого веса и высокой твердости, композиты с керамической матрицей также обладают отличной термостойкостью и коррозионной стойкостью при высоких температурах. В настоящее время композиты с керамической матрицей превзошли металлические термостойкие материалы по термостойкости, имеют хорошие механические свойства и химическую стойкость. Это идеальные и превосходные материалы для высокотемпературных зон высокопроизводительных газотурбинных двигателей.
картина
Страны по всему миру сосредоточены на исследованиях керамики, армированной нитридом кремния и карбидом кремния, чтобы удовлетворить требования к материалам для двигателей нового поколения.
материалов и добилась больших успехов, особенно в современных авиационных двигателях. Например, двигатель F120 американской проверочной машины, его уплотнительное устройство турбины высокого давления и некоторые высокотемпературные детали камеры сгорания изготовлены из керамических материалов. Другой пример: камера сгорания и сопло французского двигателя M88-2 также используют композиты с керамической матрицей.
5
Новые материалы интерметаллических соединений
Что такое интерметаллические соединения? Соединения металлов и металлов или металлов и металлоидов (таких как H, B, N, S, P, C, Si и т. д.). Атомы двух металлов соединяются в определенной пропорции, образуя сплав, состав которого отличается от исходных двух кристаллических решеток. Интерметаллические соединения представляют собой новые типы материалов, получившие широкое внимание.
картина
Фактически, разработка высокопроизводительных авиадвигателей с высоким отношением тяги к массе способствовала разработке и применению интерметаллических соединений. Интерметаллические соединения обычно представляют собой соединения, состоящие из бинарных, тройных или многоэлементных металлических элементов. Интерметаллические соединения имеют большой потенциал в высокотемпературных конструкционных применениях. Обладает высокой рабочей температурой, удельной прочностью, теплопроводностью и особенно при высокой температуре, а также хорошей стойкостью к окислению, коррозионной стойкостью и высоким пределом ползучести. . Кроме того, поскольку интерметаллическое соединение является новым материалом между суперсплавом и керамическим материалом, оно заполняет пробел между двумя материалами, поэтому становится одним из идеальных материалов для высокотемпературных компонентов авиационных двигателей.
В мировой структуре авиадвигателей исследования и разработки в основном сосредоточены на интерметаллических соединениях, таких как титан-алюминий и никель-алюминий. Эти соединения титана и алюминия имеют в основном ту же плотность, что и титан, но имеют более высокую рабочую температуру. Например, рабочие температуры TiAl составляют 816 градусов и 982 градуса соответственно. Интерметаллическое соединение имеет прочную связь между атомами и сложную кристаллическую структуру, что затрудняет его деформацию, а также является твердым и хрупким при комнатной температуре. После многих лет экспериментальных исследований был успешно разработан новый тип сплава с высокотемпературной прочностью, пластичностью и ударной вязкостью при комнатной температуре, он был установлен и использован, и эффект очень хороший. Например, в высокопроизводительном двигателе F119 в США используются интерметаллиды в корпусе и дисках турбины, а в лопатках и дисках компрессора двигателя поверочной машины F120 используются новые титано-алюминиевые интерметаллиды.
6
композиты с полимерной матрицей
Что такое полимерные матричные композиты? Это армированный волокном материал на основе органического полимера, обычно с использованием таких армирующих волокон, как стекловолокно, углеродное волокно, базальтовое волокно или арамидное волокно. Композиционные материалы на основе смол широко используются в авиационной, автомобильной и морской промышленности.
картина
Смоляная матрица композитных материалов в основном представляет собой термореактивную смолу. Еще в 1940-х годах пластик, армированный стекловолокном, использовался в качестве обтекателей истребителей и бомбардировщиков. В 1960-х годах Соединенные Штаты использовали эпоксидную смолу, армированную борным волокном, в качестве рулей направления, горизонтальных стабилизаторов, задних кромок крыла, дверей руля направления и т. д. на военных самолетах, таких как F-4 и F-111. Что касается ракетостроения, то в конце 1950-х годов в корпусе твердотопливного двигателя второй ступени американской подводной ракеты средней дальности «Поларис А-2» использовались детали обмотки из армированной стекловолокном эпоксидной смолы, которые лучше чем стальные корпуса. на 27 процентов легче; позже для изготовления «Polaris A-3» вместо обычного стекловолокна было использовано стекловолокно с высокими эксплуатационными характеристиками, что сделало корпус на 50 процентов легче, чем у стального корпуса, так что модельный ряд «Polaris A{{ 12}}" ракета изменена с 2700 тыс. м и увеличена до 4500 км. В 1970-х годах арамидное волокно использовалось вместо стекловолокна для усиления эпоксидной смолы, что значительно повысило прочность и уменьшило вес. Композиты на основе эпоксидной смолы, армированной углеродным волокном, широко используются в самолетах, ракетах, спутниках и других конструкциях.
Исследования по применению композиционных материалов на основе смол в авиационных ТРДД начались в 1950-х годах. После более чем 60 лет разработок GE, PW, RR, MTU, SNECMA и другие компании вложили много энергии в исследования и разработку композитных материалов на основе смолы и добились большого прогресса, и его разработка применялся к активным авиационным ТРДД, и есть тенденция к дальнейшему расширению его применения.
Рабочая температура композитов с полимерной матрицей обычно не превышает 350 градусов. Таким образом, композиты с полимерной матрицей в основном используются в холодном конце авиационных двигателей.
7
композиты с металлической матрицей
Что такое композиты с металлической матрицей? Это композиционный материал, который искусственно сочетается с металлом и его сплавом в качестве матрицы и одним или несколькими металлическими или неметаллическими армирующими элементами. Большинство его армирующих материалов представляют собой неорганические неметаллы, такие как керамика, углерод, графит и бор и т. Д., Также может использоваться металлическая проволока. Вместе с композитами с полимерной матрицей, композитами с керамической матрицей и композитами углерод/углерод он образует современную композитную систему.
картина
Характеристики композиционных материалов с металлической матрицей: с точки зрения механики, они обладают высокой поперечной прочностью и прочностью на сдвиг, хорошими комплексными механическими свойствами, такими как ударная вязкость и усталость, а также имеют теплопроводность, электропроводность, износостойкость, малый коэффициент теплового расширения, хорошее демпфирование. , отсутствие поглощения влаги и отсутствие коррозионной стойкости. Преимущества, такие как старение и отсутствие загрязнения. Например, удельная прочность алюминиевых композитных материалов, армированных углеродным волокном, составляет 3~4×107 мм, а удельный модуль упругости составляет 6~8×109 мм. Например, удельный модуль магния, армированного графитовым волокном, может достигать 1,5×1010 мм, а его коэффициент теплового расширения практически равен нулю.
Следует отметить, что по сравнению с композиционными материалами на основе смол композиционные материалы на основе металлов обладают хорошей ударной вязкостью, не впитывают влагу и могут выдерживать относительно высокие температуры. Армирующие волокна композитов с металлической матрицей включают металлические волокна, такие как нержавеющая сталь, вольфрам, свинец, никель-алюминиевые интерметаллические соединения и т.д.; керамические волокна, такие как оксид алюминия, оксид кремния, углерод, бор, карбид кремния и т. д.
Матричные материалы металломатричных композитов включают алюминий, алюминиевый сплав, магний, сплавы Чин и Чин, жаропрочные сплавы, алмазные сплавы и т. д. Среди них в настоящее время основным выбором являются композиционные материалы на основе алюминиевых сплавов, алюминиевых сплавов и сплавов железа. . Например, матричные композиты из сплава Chin, армированные волокном SiC, можно использовать для изготовления лопаток компрессора. Композиты с матрицей из магния или магниевого сплава, армированные углеродным волокном или оксидом алюминия, могут использоваться для изготовления лопаток турбовентилятора. Другим примером является то, что армированные волокнами никель-хром-алюминий-иридий матричные композиты из сплава на основе никеля могут быть использованы для изготовления уплотнительных элементов для турбин и компрессоров.
Кроме того, корпуса вентиляторов, роторы, диски компрессоров и другие детали изготавливаются за границей из композитов с металлической матрицей. Но одна из самых больших проблем с этим типом композитного материала заключается в том, что между армирующим волокном и основным металлом легко вступает в реакцию с образованием хрупкой фазы, которая ухудшает характеристики материала. Особенно когда он используется в течение длительного времени при более высокой температуре, реакция интерфейса более заметна. Текущее решение состоит в том, чтобы добавить соответствующие покрытия на поверхность волокна и легировать матричный металл в соответствии с различными волокнами и различными субстратами, чтобы замедлить реакцию на границе раздела и сохранить надежность работы композитного материала.
картина
Материалы, используемые в лопастях вентилятора двигателя
Лопатка вентилятора двигателя является наиболее представительной и очень важной частью турбовентиляторного двигателя, и производительность турбовентиляторного двигателя тесно связана с его разработкой. По сравнению с лопастями вентилятора из титанового сплава, лопасти вентилятора из композитного материала с полимерной матрицей имеют очень очевидное преимущество в снижении веса. В дополнение к очевидным преимуществам снижения веса лопасти вентилятора из композитного материала на основе смолы оказывают меньшее воздействие на корпус вентилятора после удара, поэтому полезно улучшить герметизацию корпуса вентилятора.
Основными представителями композитных лопаток вентилятора для коммерческого применения в зарубежных странах являются: двигатели серии GE90 для B777, двигатели GEnx для B787 и двигатели LEAP-X для COMAC C919. Уже в 1995 году был официально введен в промышленную эксплуатацию двигатель GE90-94B, оснащенный лопастями вентилятора из композитного материала на основе смолы, что ознаменовало собой официальную реализацию технического применения композитных материалов на основе смолы в современных высокопроизводительных авиационных двигателях. . На основе всестороннего рассмотрения аэродинамики, многократных и малоцикловых усталостных циклов и других факторов компания GE разработала новую композитную лопатку вентилятора для последующего двигателя GE90-115B.
В 21 веке высокий спрос авиационных двигателей на композитные материалы с высокой устойчивостью к повреждениям стимулирует дальнейшее развитие технологии композитных материалов, и трудно удовлетворить требования к материалам с высокой устойчивостью к повреждениям за счет постоянного улучшения ударной вязкости углеродного волокна. / препреги эпоксидной смолы. В результате стали появляться композитные лопасти вентиляторов с трехмерной тканой структурой.
Материалы, используемые в корпусе вентилятора двигателя
Корпус вентилятора двигателя является самой крупной неподвижной частью авиадвигателя, и уменьшение его веса напрямую повлияет на тяговооруженность и КПД авиадвигателя. Поэтому иностранные производители передовых авиационных двигателей всегда стремились к снижению веса и оптимизации конструкции корпуса вентилятора.
картина
Материалы, используемые для кожухов вентиляторов двигателя
Поскольку он не является основным несущим компонентом, кожух вентилятора является одной из первых деталей авиадвигателя, изготовленных из композитных материалов. Кожух вентилятора из композитных материалов может обеспечить меньший вес, упрощенную антиобледенительную конструкцию, лучшую коррозионную стойкость и лучшую усталостную прочность. Например, двигатель RB211 известной компании RR, PW1000G и PW4000 компании PW используют композитные материалы на основе смолы для изготовления крышек вентиляторов.
По сравнению с базовыми рамами авиационных двигателей композитные материалы на основе смолы имеют очень широкую область применения в гондолах авиационных двигателей. Мировые производители широко используют композитные материалы на основе смолы в воздухозаборниках гондол, обтекателях, реверсорах тяги и шумоподавляющих облицовках. Материал. Что касается других деталей, композитные материалы на основе смолы также в различной степени применяются в пластинах рабочих колес вентиляторов авиационных двигателей, уплотняющих крышках подшипников и накладных пластинах.
