先进航空发动机关键制造技术研究
航空发动机叶片关键技术发展现状分析

航空发动机叶片关键技术发展现状分析航空发动机叶片是航空发动机的重要组成部分,直接影响着发动机的性能和效率。
随着航空工业的不断发展,对于航空发动机叶片的要求也越来越高,因此其关键技术的发展成为了航空发动机领域的热点之一。
本文将对航空发动机叶片关键技术的发展现状进行分析,并展望未来的发展方向。
一、材料技术航空发动机叶片的材料是决定其性能的关键。
在过去,镍基高温合金一直是航空发动机叶片的主要材料,因为其具有良好的高温强度和抗氧化性能。
随着航空发动机工作温度的不断提高,传统的镍基高温合金已经不能满足发动机叶片的性能要求。
人们开始研发新型的高温合金材料,如含铱的单晶高温合金、含有强化相的高温合金等。
这些新材料具有更高的工作温度和良好的高温强度,能够更好地适应发动机叶片的工作环境。
除了材料的改进,还有一些新型材料的应用也在不断推进,比如碳纤维复合材料。
碳纤维复合材料具有优异的高温强度、轻质化和抗腐蚀等性能,逐渐成为航空发动机叶片的新材料选择。
碳纤维复合材料的成型工艺、连接方式、性能预测等方面的技术问题还有待解决,需要进一步的研究和发展。
二、制造技术航空发动机叶片的制造技术一直是航空工业发展的重要方向之一。
传统的叶片制造采用的是铸造和数控加工工艺,虽然能够满足一定的叶片质量和形状要求,但在材料利用率、制造周期、成本和精度等方面还存在着一定的不足。
近年来,随着增材制造技术的逐渐成熟,人们开始尝试使用增材制造技术来制造航空发动机叶片。
增材制造技术可以实现对叶片内部结构的优化设计,提高材料的利用率;同时可以实现叶片的快速制造,减少制造周期和成本。
目前,增材制造技术在航空发动机叶片制造领域的应用还处于起步阶段,但其潜力巨大,未来有望成为叶片制造的重要技术。
在叶片表面处理方面,热障涂层技术一直是航空发动机叶片的重要技术之一。
热障涂层不仅可以提高叶片的抗氧化性能,增加寿命,还可以降低叶片的工作温度,提高发动机的热效率。
目前,随着热障涂层技术的不断发展,新型的多层复合热障涂层、纳米涂层等新技术不断出现,为航空发动机叶片的表面处理提供了更多的选择。
航空发动机叶片关键技术发展现状分析

航空发动机叶片关键技术发展现状分析航空发动机叶片是航空发动机的核心部件之一,它对于发动机的性能和效率起着至关重要的作用。
随着航空工业的发展,航空发动机叶片的关键技术不断演进和创新,以满足航空业对于更高性能和更低排放的需求。
1. 材料技术的进步:航空发动机叶片的材料选择十分关键,需要具备高温、高压和高强度的特性。
传统的材料如镍基合金和钛合金已经相当成熟,但随着发动机运行环境的要求不断提高,需要开发新的高性能材料。
高温合金、陶瓷基复合材料和先进的纳米材料等,都成为当前研究的热点。
这些新材料的应用可以提升发动机叶片的工作温度、耐腐蚀性和机械强度,从而提高发动机的整体性能。
2. 制造和加工技术的创新:制造和加工技术的创新可以提高发动机叶片的精度和质量,并减少制造成本。
数控车削、激光制造和电化学加工等先进制造技术的应用,可以提高叶片的表面质量、减少机械加工残留应力,并提高加工效率。
利用3D打印技术可以实现叶片的快速成型,以及实现复杂结构和内部流道的设计和制造。
3. 气动设计和优化技术:气动设计和优化技术可以改善叶片的气动性能,提高发动机的燃烧效率和推力。
通过数值模拟和流场分析等手段,可以对叶片的气动特性进行优化和改进。
通过优化叶片的气动外形设计、增加气动表面的流动控制装置和进出口流道的优化设计等方式,可以减少湍流损失,降低气动噪声,并提高发动机的燃烧效率。
4. 热管理技术的创新:叶片的工作温度是制约叶片寿命和性能的重要因素之一。
热管理技术的创新可以有效地降低叶片的工作温度,提高叶片的寿命和可靠性。
通过热隔离层、冷却通道和热管等技术手段,可以实现对叶片的热控制和热传递,保证叶片的温度在可控范围内。
航空发动机叶片关键技术的发展趋势是朝着高温、高强度、高效率和低排放的方向发展。
材料技术的进步、制造和加工技术的创新、气动设计和优化技术的提升以及热管理技术的创新,都是当前研究和发展的重要方向。
随着航空工业的不断发展,航空发动机叶片关键技术将不断创新和突破,以满足航空业对于更高性能和更低排放的需求。
航空发动机技术创新研究

航空发动机技术创新研究作为航空科技领域的重要组成部分,航空发动机技术创新一直受到广泛关注。
随着全球经济和技术的发展,航空领域的技术创新步伐也在不断加快。
近年来,随着新一代航空发动机技术的不断推陈出新,更加高效、环保、安全的航空发动机成为了行业技术发展的重点。
本文将从几个不同的角度出发,深入探讨航空发动机技术创新研究的热点问题。
一、新一代航空发动机技术的发展趋势新一代航空发动机的基础是先进的材料和制造技术。
当今,发动机先进材料的研发和应用成为了发动机技术创新领域的一大热点。
高温合金、复合材料、先进的涂覆技术等先进材料和制造工艺的应用,使得新一代发动机拥有了更强的使用寿命和可靠性。
在新材料的基础上,大型商用喷气式飞机发动机的研发重点是提高推力、减少油耗和减少噪音污染。
二元叶片、轻量化、智能化、高压缩比等技术,是现代航空发动机技术创新必须关注的方向。
二、航空发动机技术创新在环保方面的发展航空发动机排放污染是当前航空业面临的一大问题。
航空发动机排放污染主要包括二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、颗粒物和噪音等。
经过多年的研究和探索,新一代航空发动机的研发重点之一便是要解决航空发动机排放污染的问题。
例如,先进的质子交换膜燃料电池发动机、半焚烧气涡发动机、涡轮扩散燃烧发动机、双套式涡扇喷气式发动机等,都是解决航空发动机排放污染问题的创新技术方向。
在新一代碳中和的大力推广和氢燃料电池技术的逐渐成熟的形势下,航空发动机这一传统高污染领域仍有很大的发展空间。
三、智能化航空发动机技术的创新探索智能化技术的高速发展促成了智能化航空发动机的研制与应用。
智能化技术的应用使得航空发动机具有更高的可靠性和稳定性,并可以帮助机组人员及时掌握发动机的工作状态。
例如,智能化诊断系统可以通过采集各个传感器的数据,分析航空发动机的状态,提高航空发动机排除故障和维护保养的效率,提高机组人员的工作效率和工作质量。
四、航空发动机技术创新的国际竞争状况随着经济全球化进一步推进,各国的航空业竞争愈趋激烈,航空发动机技术创新的国际竞争也日益加剧。
航空发动机技术的研究与发展

航空发动机技术的研究与发展第一章:概述随着航空业的快速发展,航空发动机的技术也得到了突破性的进展。
作为航空运输的核心装备,发动机的性能和可靠性成为了飞机安全运行的基础和保障。
本文将对航空发动机技术的研究与发展进行分析和探讨。
第二章:航空发动机技术的分类航空发动机可分为涡轮风扇发动机、涡扇发动机、螺旋桨发动机、活塞发动机等类型。
其中,涡轮风扇发动机是当前主流的发动机类型,因其结构简单,效率高而被广泛应用。
涡轮风扇发动机又可分为高涵道比涡扇发动机和中涵道比涡扇发动机。
第三章:航空发动机技术的发展历程早在20世纪初,航空发动机已被广泛应用于飞行器上。
20世纪50年代,美国宇航局开展了发展涡扇发动机的工作。
随着航空业的快速发展,航空发动机也得到了壮大。
21世纪,随着航空业的繁荣发展,涡轮风扇发动机处于主导地位,燃油效率、噪音和碳排放是当前发动机技术发展的重点。
第四章:航空发动机技术的关键技术航空发动机技术的关键技术包括制造材料、设计理论、制造工艺和研发成果转化等方面。
制造材料方面,高温合金材料和陶瓷材料的应用成为了目前制造发动机的重要材料。
设计理论方面,CFD计算和风洞试验是当前关注的技术热点。
制造工艺方面,数字化制造和智能制造成为了当前发动机制造技术的重要方向。
研发成果转化方面,发动机技术的专业知识产权、标准化和国际化也成为了当前的研究热点。
第五章:航空发动机技术的前沿发展航空发动机技术的前沿发展包括智能化、高效化、低噪化、低排放等方面。
智能化方面,发动机上的传感器和控制系统的应用可以使发动机更加精准地掌握运行状态,提高发动机的安全性和可靠性。
高效化方面,涡轮增压器和降阻装置的应用可以提高发动机的燃油效率和动力性。
低噪化方面,降噪材料和消声技术的应用可以降低飞机产生的噪音,提高乘客的舒适度。
低排放方面,燃料技术和净化设备的应用可以降低发动机的废气排放量,减少对环境的污染。
第六章:总结本文对航空发动机技术的研究与发展进行了分析和探讨。
航空发动机叶片关键技术发展现状分析

航空发动机叶片关键技术发展现状分析航空发动机叶片是飞机发动机中的重要部件,直接影响着发动机的性能和效率。
随着航空业的不断发展和飞机的不断更新换代,航空发动机叶片的关键技术也在不断发展和完善。
本文将对航空发动机叶片关键技术的发展现状进行分析。
一、材料技术的发展航空发动机叶片的材料一直是制约其性能和寿命的关键因素。
随着材料技术的不断发展,新型材料的应用为航空发动机叶片的性能提升提供了更大空间。
目前,高强度、高温耐久性和抗疲劳性能极强的镍基、钛基、铝基高温合金已经成为航空发动机叶片的主流材料。
复合材料在航空发动机叶片中的应用也逐渐增加,其轻质、高强度和耐腐蚀性能使得航空发动机叶片在提高性能的同时减轻了重量。
二、设计优化技术的应用现代航空发动机叶片的设计优化技术已经实现了从传统的基于经验的造型设计向基于计算机辅助设计、计算流体力学模拟和多目标优化的智能化设计方法的转变。
通过结构和流体力学的综合优化设计,可以使得叶片的气动性能、强度和动力性能得到进一步提高,大大提高了航空发动机叶片的效率和使用寿命。
三、制造技术的进步航空发动机叶片的制造技术一直是航空业的重点研究领域之一。
随着3D 打印、精密铸造、精密锻造等新型制造技术的应用,航空发动机叶片的制造工艺得到了全面提升。
这些新型制造技术使得叶片的内部结构更加复杂,表面更加光滑,同时也提高了叶片的精密度和一致性。
由于新型制造技术可以在更短的时间内完成生产,使得航空发动机叶片的制造周期大大缩短,有利于提高产能和降低成本。
四、动态性能的研究航空发动机叶片在使用过程中会受到复杂的动载荷,如高速旋转、受热冷、气动载荷等,因此对叶片的动态性能研究非常重要。
目前,国内外对航空发动机叶片的动态性能研究已经取得了重要进展,包括模态分析、疲劳寿命预测、冲击响应等方面。
这些研究成果为提高航空发动机叶片的可靠性和寿命提供了重要的技术支持。
五、智能化监测技术的应用航空发动机叶片的状态监测一直是航空业的研究热点之一。
先进航空发动机设计与制造技术综述.

先进航空发动机设计与制造技术综述进入21世纪,世界航空发动机技术取得了巨大进步,并呈现加速发展的趋势。
美国推重比10一级涡扇发动机F119作为第四代战斗机F22的动力装备部队,是当今航空动力技术最具标志性的成就。
在此基础上,美国持续实施了多个技术研究计划,正在推动世界航空发动机技术继续向前发展。
本文从未来高性能航空发动机采用的高级负荷压缩系统、高温升燃烧室、高效冷却涡轮叶片、推力矢量等方面,对其先进设计和制造技术的发展方向和趋势进行初步的分析研究。
高级负荷压缩系统高压压气机技术发展的目标是单级压比高、级数少、推重比高、飞行性能好。
对高级负荷的压缩系统,低展弦比设计、气动前掠设计、整体叶盘、整体叶环、压气机稳定性主动控制等技术是其中具有代表性的新技术。
1低展弦比叶片设计及制造低展弦比叶片即宽弦叶片,它与窄弦叶片相比,增宽了弦长,使压气机的长度缩短,抗外物损伤能力、抗疲劳特性和失速裕度有所提高。
还可使压气机零件数减少,降低生产和制造费用成本(图表1。
90年代以来,英国罗·罗(R·R公司、美国普惠公司和GE 公司、法国SNECMA公司不断研制和改进高压压气机钛合金宽弦叶片的气动和结构性能,广泛应用于大涵道比涡扇发动机和高推重比小涵道涡扇发动机上。
GE 公司TECH56技术计划的验证机和F119发动机、EJ200发动机都采用了这种宽弦叶片。
叶片的低展弦比设计,结合整体叶盘技术使得高压压气机在减少级数和提高叶片强度的同时,具有更好的气动稳定性。
低展弦比叶片需要解决的关键技术问题是因重量增加而导致的轮盘与叶根结合处和轮盘本身的离心力增大问题。
IHPTET计划在大型涡扇和涡喷发动机验证机上验证了该技术,该技术还将在F135和F136发动机上采用。
目前,低展弦比叶片已成为先进航空发动机压缩系统的关键技术,与3D气动掠形、空心结构、整体叶盘结构和更轻的钛金属基复合材料技术相结合,是未来的发展重点。
航空发动机智能加工技术研究与应用

航空发动机智能加工技术研究与应用摘要:航空发动机作为航空工业的核心设备,对其制造过程的精确度和质量要求非常高。
智能加工技术作为一种新兴的制造技术,具有优势明显的加工效率和加工质量。
本文将探讨航空发动机智能加工技术的研究与应用,介绍其在航空发动机制造中的重要性和潜在影响。
1. 引言航空发动机的制造过程需要满足极高的质量要求,以确保飞机能够稳定、高效地运行。
传统的制造方法面临着加工效率低、加工质量难以保证的问题。
而智能加工技术以其高度自动化和智能化的特点,为航空发动机制造带来了全新的突破。
2. 航空发动机智能加工技术的分类航空发动机智能加工技术可以分为多个子领域,包括机器视觉技术、自动控制技术、传感器技术等。
这些技术的引入大大提高了航空发动机的加工效率,同时也增加了加工的准确性和稳定性。
2.1 机器视觉技术机器视觉技术是指利用计算机视觉处理算法和设备,对航空发动机进行实时的视觉感知和分析。
通过机器视觉技术,可以实现对航空发动机各个零部件的形状、尺寸和质量进行精确的检测和识别,从而保证了加工过程的准确性和稳定性。
2.2 自动控制技术自动控制技术主要通过控制系统对航空发动机加工过程进行实时监控和调整。
自动控制技术可以实现对加工过程中的加工速度、温度、刀具磨损等关键参数的自动调整,以确保加工的精度和质量。
2.3 传感器技术传感器技术是指利用传感器设备对航空发动机进行实时数据采集和监测。
通过传感器技术,可以实现对加工过程中各种参数的实时监测和控制,包括温度、压力、力、振动等。
这些数据可以用来分析和评估加工过程的质量,从而及时进行调整和优化。
3. 航空发动机智能加工技术的应用航空发动机智能加工技术已经在航空工业中得到了广泛的应用。
下面将介绍一些具体的应用案例。
3.1 加工过程监控与控制利用智能加工技术,航空发动机制造过程可以实现实时监控和自动调整。
通过对加工过程中的各个关键参数的监测和分析,可以及时发现并解决加工过程中的问题,从而提高加工的质量和稳定性。
航空发动机关键部件结构及制造工艺的发展

航空发动机关键部件结构及制造工艺的发展随着现代航空技术的不断发展,航空发动机作为航空飞行的动力源,其质量和可靠性十分重要。
航空发动机关键部件是决定发动机性能和寿命的关键因素,因此,这些部件的结构和制造工艺的发展是航空工业发展的重要方向。
一、涡轮叶片涡轮叶片是航空发动机中最关键的部件之一,也是制造过程中最复杂和难度最大的部件之一。
涡轮叶片是直接与高温高压燃气流接触的部件,因此需要具备很高的耐热性、耐疲劳性和耐腐蚀性。
同时,涡轮叶片的表面需要具备良好的光滑度和精度,以提高发动机的效率。
涡轮叶片的结构和制造工艺的发展主要包括以下几个方面:1. 材料的改进。
传统涡轮叶片主要采用单晶高温合金,但由于其成本较高,稳定性较差,近年来逐渐被新型双晶高温合金所代替。
双晶高温合金具有更好的抗裂纹扩展性和更高的持久寿命。
2. 制造工艺的改善。
传统涡轮叶片的制造需要多道工序,包括粉末冶金、热加工、热处理、机加工等,制造周期长、成本高。
近年来,基于增材制造技术的3D打印技术已经开始应用于涡轮叶片的制造,大大缩短了制造周期和降低了成本。
3. 涂层技术的应用。
涡轮叶片表面需要涂层来保护其表面光洁度和韧性。
现代涂层技术已经实现了表面均匀性和耐腐蚀性的同时,还能够提高叶片的热传导性和减少表面氧化,提高了叶片的使用寿命和性能。
二、轴承和齿轮航空发动机中的轴承和齿轮是发动机能否正常工作的关键部件。
轴承和齿轮的制造工艺的发展同样具有重要的意义。
1. 材料的改进。
轴承和齿轮的材料需要具备优异的机械性能和耐疲劳性能。
现代材料技术不断推陈出新,不断开发出具备更高性能的新型材料,如钛合金、高强度钢等。
2. 表面处理技术的发展。
轴承和齿轮的滚动表面需要具备优异的光洁度和精度,以实现更低的摩擦和更高的效率。
现代表面处理技术,如电火花加工、化学蚀刻等,可以大大提高轴承和齿轮的表面光洁度和精度。
三、燃烧室航空发动机中的燃烧室是将燃料和空气混合后爆炸燃烧产生动力的部件,是保持发动机高效能和低排放的关键部件。
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ARTICLES引言航空发动机的设计、材料与制造技术对于航空工业的发展起着关键性的作用,先进的航空动力是体现一个国家科技水平、军事实力和综合国力的重要标志之一。
随着航空科技的迅速发展,面对不断提高的国防建设要求,航空发动机必须满足超高速、高空、长航时、超远航程的新一代飞机的需求。
近年来,航空工业发达国家都在研制高性能航空发动机上投入了大量的资金和人力,实施一系列技术开发和验证计划,如“先进战术战斗机发动机计划(ATFE )”、“综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET )计划”及后续的VAATE 计划、英法合作军用发动机技术计划(AMET )等。
在这些计划的支持下,美国的F119、欧洲的EJ200、法国的M88和俄罗斯的AL-41F 等推重比10一级发动机陆续问世。
为了提高发动机的可靠性和推力,先进高性能发动机采用了大量新材料,且结构越来越复杂,加工精度要求越来越高,对制造工艺提出了更高的要求。
而且,在新一代航空发动机性能的提高中,制造技术与材料的贡献率为50%~70%,在发动机减重方面,制造技术和材料的贡献率占70%~80%,这也充分表明先进的材料和工艺是航空发动机实现减重、增效、改善性能的关键。
1 航空发动机的材料、结构及工艺特点在提高发动机可靠性和维护性的同时,为了提高发动机的推力和推重比,航空发动机普遍采用轻量化、整体化结构,如整体叶盘、叶环结构。
钛合金、镍基高温合金,以及比强度高、比模量大、抗疲劳性能好的树脂基复合材先进航空发动机关键制造技术研究黄维,黄春峰,王永明,陈建民(中国燃气涡轮研究院,四川 江油 621703)Key manufacturing technology research of advanced aero-engineHUANG Wei ,HUANG Chun-feng ,WANG Yong-ming ,CHEN Jian-min(China Gas Turbine Establishment ,Jiangyou 621703,China )Abstract :This paper describes the features of aero-engine material ,structure and technology ,and then ,development status and trend of key manufacturing technology for advanced aero-engine was analyzed. Finally ,the development of advanced aero-engine manufacturing technology in China is introduced and some proposals are put forward. Key Words : aero-engine ,manufacturing ,summarization作者简介:黄维(1982—),男,四川仁寿人,中国燃气涡轮研究院助理工程师,主要从事工艺技术研究。
E-mail :huangwei611@料,耐高温、抗疲劳及蠕变性能好的金属基复合材料和陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用越来越广泛。
与上述结构及材料的变化相适应,航空发动机的制造工艺特点突出表现在以下几点:(1)材料难加工,切除率大航空发动机核心转子部件通常采用钛合金、高温合金等难加工材料,材料的热硬度和热强度很高,切削过程中表现出很高的动态切变强度,会加剧刀具切削刃的磨损,降低工件表面的加工质量和表面完整性。
为了增加零件的强度和运行安全性,一些核心转子部件,如压气机整体叶盘通常采用整体锻造毛坯,加工过程中超过90%以上材料被切除掉。
因此,如何提高航空发动机核心转子部件的加工精度、加工效率以及加工结果的表面完整性至关重要。
(2)形状与结构复杂为实现减重增效,航空发动机零部件大都采用复杂曲面和高结构效率的整体、轻量化结构,这对制造工艺以及制造设备提出了更高的要求。
在大飞机用发动机中普遍采用宽弦空心风扇叶片、整体叶盘/叶环、复合冷却层板等,均由于结构的复杂性导致现有的制造工艺方法无法满足实际生产的需要。
因此,必须针对不同的零件结构,在不断改善现有工艺的同时积极探索新工艺、新方法和新技术,提高复杂构件的制造水平,降低加工成本。
(3)加工精度高航空发动机的制造精度直接影响其性能、运行安全性,因此发动机对加工精度的要求非常苛刻。
而发动机材料、结构和工艺的复杂性与其高精度制造之间形成了一对矛盾,造成我国发动机零部件的生产过程中产品一致性差、合格率低等问题,成为制约高性能航空发动机研制的一个瓶颈。
2 先进航空发动机关键制造技术发展现状与趋势2.1 轻量化、整体化新型冷却结构件制造技术2.1.1 整体叶盘制造技术整体叶盘是新一代航空发动机实现结构创新与技术跨越的关键部件,通过将传统结构的叶片和轮盘设计成整体结构,省去传统连接方式采用的榫头、榫槽和锁紧装置,结构重量减轻、零件数减少,避免了榫头的气流损失,使发动机整体结构大为简化,推重比和可靠性明显提高。
在第四代战斗机的动力装置推重比10发动机F119和EJ200上,风扇、压气机和涡轮采用整体叶盘结构,使发动机重量减轻20%~30%,效率提高5%~10%,零件数量减少50%以上。
目前,整体叶盘的制造方法主要有:电子束焊接法;扩散连接法;线性摩擦焊接法;五坐标数控铣削加工或电解加工法;锻接法;热等静压法等。
在未来推重比15~20的高性能发动机上,如欧洲未来推重比15~20的发动机和美国的IHPTET 计划中的推重比20的发动机,将采用效果更好的SiC陶瓷基复合材料或抗氧化的C/C复合材料制造整体涡轮叶盘。
2.1.2 整体叶环(无盘转子)制造技术如果将整体叶盘中的轮盘部分去掉,就成为整体叶环,零件的重量将进一步降低。
在推重比15~20高性能发动机上的压气机拟采用整体叶环,由于采用密度较小的复合材料制造,叶片减轻,可以直接固定在承力环上,从而取消了轮盘,使结构质量减轻70%。
目前正在研制的整体叶环是用连续单根碳化硅长纤维增强的钛基复合材料制造的。
推重比15~20高性能发动机,如美国XTX16/1A变循环发动机的核心机第3、4级压气机为整体叶环转子结构。
该整体叶环转子及其间的隔环采用TiMC金属基复合材料制造。
英、法、德研制了TiMMC叶环,用于改进EJ200的3级风扇、高压压气机和涡轮。
2.1.3 大小叶片转子制造技术大小叶片转子技术是整体叶盘的特例,即在整体叶盘全弦长叶片通道后部中间增加一组分流小叶片,此分流小叶片具有大大提高轴流压气机叶片级增压比和减少气流引起的振动等特点,是使轴流压气机级增压比达到3或3以上的有发展潜力的技术。
2.1.4 发动机机匣制造技术在新一代航空发动机上有很多机匣,如进气道机匣、外涵机匣、风扇机匣、压气机机匣、燃烧室机匣、涡轮机匣等,由于各机匣在发动机上的部位不同,其工作温度差别很大,各机匣的选材也不同,分别为树脂基复合材料、铁合金、高温合金。
树脂基复合材料已广泛用于高性能发动机的低温部件,如F119发动机的进气道机匣、外涵道筒体、中介机匣。
至今成功应用的树脂基复合材料有PMR-15(热固性聚酰亚胺)及其发展型、Avimid(热固性聚酰亚胺)AFR700等,最高耐热温度为290℃~371℃,2020年前的目标是研制出在425℃温度下仍具有热稳定性的新型树脂基复合材料。
树脂基复合材料构件的制造技术是集自动铺带技ARTICLES术(ATL)、自动纤维铺放技术(AFP)、激光定位、自动剪裁技术、模压成形、树脂传递模塑成形(RTM)、树脂膜浸渍成形(RFI)、热压罐固化成形等技术于一体的综合技术。
2.1.5 宽弦风扇叶片制造技术英国罗·罗公司成功开发出遄达系列的超塑成形-扩散连接发动机宽弦风扇转子叶片,引起了国际航空界的高度重视,此类空心叶片的轻质量、高结构效率使航空发动机的综合性能得到显著提高。
如今,宽弦、无凸台、空心叶片是高性能发动机风扇和第一级压气机叶片的发展方向。
推重比10一级发动机F119,EJ200均采用了宽弦风扇叶片,GE公司的GE90,推重比15~20高性能发动机都采用复合材料风扇叶片。
现在宽弦风扇叶片主要采用超塑成形-扩散连接(Superplastic Forming/Diffusion Bonding,SPF/DB)技术。
与传统工艺制造的零件相比,SPF/DB组合工艺技术具有重量轻、成本低、效益高、整体性好、成形质量高等优点。
目前国外正在研究的推重比15~20高性能发动机的金属基复合材料风扇叶片,是一种空心的、用连续碳化硅纤维增强的钛基复合材料(TiMMC)制造,采用超塑成形/扩散连接工艺制出空心风扇叶片。
2.1.6 复合冷却层板结构制造技术多孔复合冷却层板结构是推重比10以上发动机采用的先进冷却结构,多用于燃烧室和涡轮叶片,它是一种带有复杂冷却回路的多孔层板,用扩散连接方法连接成形的冷却结构,其关键制造技术是计算机辅助设计和绘制复杂冷却回路,用“照相-电解法”制成冷却回路,扩散连接成多层多孔层板。
由此可知,整体化结构、新型冷却结构等新技术,使发动机诸多零件减轻了质量、降低了成本、提高了效率,从而保证了发动机高推比、高性能的相关要求。
2.2 新材料构件制造技术推重比15~20一级的航空发动机要求材料具有耐高温、高强度、高韧性等特性。
高性能发动机已经采用很多种类的新材料和新材料构件,尤其是金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料是当前高温复合材料领域开发和应用研究的热点。
与其同时进行的高温复合材料构件制造技术正在深入地发展。
2.2.1 金属基复合材料构件制造技术SiC 长纤维增强Ti基复合材料(TiMMC)具有比强度高、比刚度高、使用温度高及疲劳和蠕变性能好的优点。
例如德国研制的SCS-6 SiC/IMI834复合材料的抗拉强度高达2200MPa,刚度达220GPa,而且具有极为优异的热稳定性,在700℃温度暴露2000h后,力学性能不降低。
TiMMC叶环代替压气机盘,可使压气机的结构质量减轻70%。
美国制备的TiMMC叶环已在P&W的XTC-65 IHPTET验证机上成功地进行了验证,能够满足性能要求。
英、法、德也研制了TiMMC叶环,并成功地进行了台架试验。
未来发动机的低压压气机叶片和静子叶片、整体叶环、机匣及涡轮轴将采用金属基复合材料制造。
TiMMC关键制造技术有、纤维涂层法、等离子喷涂法、浆料带铸造法、箔-纤维法。
2.2.2 陶瓷基复合材料构件制造技术推重比15~20高性能航空发动机的涡轮前温度将达到2200K以上,连续纤维增韧陶瓷基复合材料(CMC)耐温高,密度低,具有类似金属的断裂行为,对裂纹不敏感,不发生灾难性的损毁,可代替高温合金作为热端部件结构材料。