航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械,被誉为“工业皇冠上的明珠”,为航空器提供飞行所需动力。航空发动机诞生一百多年来,主要可分为两个发展阶段:活塞式螺旋桨发动机、喷气式发动机。
二战后,喷气式发动机经过 涡轮喷气式发动机到涡轮风扇式发动机的发展历程逐步走向成熟,并向低涵道比 的军用加力发动机和高涵道比的民用发动机的两个方向发展,现今已经成为几乎 所有固定翼飞机的动力装置。同时,涡轮式发动机也演化成涡轮轴发动机,成为 现代直升机的主要动力选择。
涡轮风扇式发动机主要由风扇、压气机、燃烧室、涡轮等几个部分组成,各 部分均呈圆周对称状态。动力由风扇及涡轮后喷气共同提供,民航及大型亚音速 飞机使用的大涵道比发动机主要由风扇提供动力,喷出的燃气仅是辅助,军用高速小涵道比发动机的动力则主要由涡轮后燃气提供,风扇作为辅助动力。 涡轮风扇式发动机的盘件主要包括风扇、压气机、涡轮及部分型号中的燃烧室。
其中,风扇一般由钛合金或复合材料制作,对材料的韧性及耐腐蚀、抗疲劳 性能要求较高,但对耐高温性能要求较低。多级压气机将空气压缩送入燃烧室, 前部低级压气机一般由钛合金制作,后部高级压气机由高温合金制作。燃烧室产 生燃气后推动涡轮,涡轮再通过转子带动前部风扇及压气机,完成进气、压缩、 燃烧这一连续过程。
涡轮作为发动机产生动力的核心部件,由特种高温合金通过 定向结晶、锻造、镗铣等复杂工艺流程制造,需要在高温、高压、高速转动中持 续工作,必须具备极强的抗震动、抗疲劳、耐高温、耐腐蚀的性能,这对材料选用及制作工艺的要求极高,因而涡轮属于构成发动机制造能力瓶颈的关键部件。 目前,制作发动机涡轮的主要材料是高温合金。
一般来说,高温合金是能够 在 600℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料。高温合金是为了满足现代 航空发动机对材料的苛刻要求而研制的,至今已成为航空发动机热端部件不可替代的一类关键材料。在先进的航空发动机中,高温合金用量所占比例已高达 50% 以上。
来源: 思瀚产业研究院 三角防务