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国产900度钛铝合金研成:性能超发达国家 助航发升

【2019-12-09】

国产太行发动机,航空发动机进步很大程度依靠材料进步

近日有消息说中国相关单位已经研制成功新一代钛铝合金。这种合金能够耐受900度左右高温,可以用于国产航空发动机,有效提高国产航空发动机性能。


钛铝合金具备较好的伸缩性,材料强度高,高温环境下抗蠕变好。主要应用在航空发动机压气机叶片和低压涡轮等方面,新型钛铝合金研制成功,为国产航空发动机提高推重比打下了坚实的基础。



国产材料进步为国产航空发动机升级提供了物质基础


众所周知,航空发动机从原理上属于热机,它利用热能加热空气,后者受热膨胀将热能转化为动能。因此航空发动机能量来源于进/排气温度差,后者就是我们常说的(高压)涡轮前温度,在技术条件相当情况下,涡轮前温度越高,发动机推力越大。不过这样就会产生一个问题,那就是涡轮前温度增加,发动机内部环境也会增加,这样就对发动机部件提出了更高要求。


另外一方面,航空发动机又是飞机最主要系统,它的重量直接决定着飞机结构重量。根据相关资料,航空发动机增加1公斤,飞机结构可能会增加2公斤左右。因此航空发动机发展趋势就是推力越来越大,重量越来越轻,具体表现就是发动机推重比越来越高。现代航空发动机推重比已经超过10,并且还在向上提高。



航空发动机高压压气机叶片


目前航空发动机压气机和低压涡轮广泛采用高温合金是镍基高温合金。它在600-1000度范围之内具备较高的强度和抗腐蚀能力,不过缺点就是重量相对较大,从而增加了发动机整体重量,而发动机整体重量增加又会让飞机结构重量进一步增加,所以各国和地区航空发动机技术人员希望采用新一代高温合金替代镍基合金,这就是新一代耐高温钛铝合金。


此前钛铝合金已经在航空发动机上面得到运用,但是早期钛铝合金在工作温度超过600度之后,各方面性能就会迅速下降,无法满足航空发动机运转需要。因此上世纪90年代之后发达国家投入大量资源用于提高钛铝合金工作温度,经过努力取得了技术突破,研制成功工作温度超过900度钛铝合金,并且进入实用。例如新一代客机发动机LEAP就采用了钛铝合金叶片,新叶片重量比原来采用镍基高温合金叶片降低50%,可以说效果显著。



国产钛铝合金一体成型叶片


中国相关单位也非常重视钛铝合金在航空发动机领域运用,上世纪90年代国产钛铝合金工作温度已经提高到550度,进入新世纪国产钛铝合金再接再厉突破600度大关,前面说过国内外材料界普遍认为这个指标是钛铝合金“热障温度”,在这个温度之下钛铝合金各方面性能较好,但是超过这个温度各种方面性能变差。为了提高国产航空发动机性能,国内相关单位着手研制耐温度性能更好的钛铝合金,经过努力,相关单位突破一系列技术难关,研制成功能够耐受900度高温的钛铝合金,某些性能甚至要比发达国家同类型材料还要好,例如在室温塑性上相对于美国单晶合金材料的2%还要高上4.9%,这种新材料诞生也为国产航空发动机技术升级打下了坚实的基础。



国产航空发动机正在不断向前迈进


航空发动机作为现代工业革命尖端,集中了诸多技术领域最高技术成果。因此航空发动机技术进步需要长期、大量探索和攻关,因此国内材料、工艺等领域技术进步,正在不断推动国产航空发动机向前迈进。







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