一、航空發動機的關鍵材料有哪些

（一）航空發動機上應用的先進金屬材料

1、鋁合金

鋁(lv)合(he)金具有比(bi)模量與比(bi)強度高、耐腐蝕性能好(hao)、加工性能好(hao)、成(cheng)本低(di)廉等突出優點，因此(ci)被認(ren)為(wei)是(shi)航空航天工業中用(yong)量最(zui)起著至關重(zhong)要(yao)的作用(yong)。主要(yao)應(ying)用(yong)位置：發(fa)動機艙(cang)、艙(cang)體結構、承(cheng)載(zai)壁(bi)板(ban)、梁、儀器安裝框架、燃料儲箱等。

2、鈦合金

與鋁、鎂、鋼等(deng)金屬材料相(xiang)比，鈦合金具有比強度(du)很高(gao)、抗(kang)腐蝕性(xing)能(neng)良好、抗(kang)疲勞性(xing)能(neng)良好、熱(re)(re)導(dao)率和線膨脹系數(shu)小(xiao)等(deng)優點，可以(yi)在350~450℃以(yi)下長(chang)期使用(yong)，低溫(wen)可使用(yong)到-196℃。主要(yao)應用(yong)位置：航空發動機(ji)的壓氣(qi)機(ji)葉片、機(ji)匣、發動機(ji)艙和隔(ge)熱(re)(re)板等(deng)。

3、超高強度鋼

超高強(qiang)度鋼具有很高的抗拉強(qiang)度和(he)足夠的韌(ren)性，并且(qie)有良好(hao)的焊接性和(he)成(cheng)形性。主要應用位置：航(hang)天發(fa)動機(ji)殼(ke)體、發(fa)動機(ji)噴管、軸承(cheng)和(he)傳動齒輪。

如今(jin)，航空(kong)(kong)(kong)發動機性能不斷的(de)(de)(de)提高，重(zhong)(zhong)量相(xiang)比過去有了很大(da)的(de)(de)(de)減少(shao)，在依(yi)靠整體葉盤、整體葉環(huan)、空(kong)(kong)(kong)心葉片和對轉渦輪等新(xin)穎(ying)結構的(de)(de)(de)同時，將會更(geng)看(kan)重(zhong)(zhong)高比強(qiang)度(du)、低密(mi)度(du)、高剛度(du)和耐高溫(wen)能力強(qiang)的(de)(de)(de)先進材料。傳統(tong)的(de)(de)(de)航空(kong)(kong)(kong)發動機材料（鎳(nie)合金和鈦合金）雖然(ran)(ran)仍(reng)然(ran)(ran)可以進一(yi)步發展，但它的(de)(de)(de)發展空(kong)(kong)(kong)間已(yi)經不大(da)了，很難滿足(zu)未來航空(kong)(kong)(kong)發動機更(geng)加(jia)苛(ke)刻的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)和重(zhong)(zhong)量要(yao)求(qiu)。

現在，樹脂基(ji)復合材料(liao)(liao)、金(jin)屬基(ji)復合材料(liao)(liao)、陶(tao)瓷基(ji)復合材料(liao)(liao)和C/C復合材料(liao)(liao)因為(wei)具有優良的低溫性(xing)能，已成為(wei)航空(kong)發動機(ji)(ji)風扇(shan)和壓氣機(ji)(ji)等部件的候選材料(liao)(liao)。

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（二）航空發動機上應用的先進復合材料

1、金屬基復合材料

金(jin)屬基復合材(cai)料(liao)(liao)主(zhu)(zhu)要是指(zhi)以(yi)Al、Mg等輕金(jin)屬為(wei)基體的(de)(de)復合材(cai)料(liao)(liao)。在航空(kong)和(he)宇航方(fang)面主(zhu)(zhu)要用(yong)它(ta)來代替輕但有(you)毒的(de)(de)鈹。這類材(cai)料(liao)(liao)具(ju)有(you)優良(liang)的(de)(de)橫向性能(neng)、低(di)消耗和(he)優良(liang)的(de)(de)可加工性，已(yi)成為(wei)在許多應用(yong)領域最具(ju)商(shang)業吸引(yin)力的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)，并且在國(guo)外已(yi)實現商(shang)品化。

其中以鋁(lv)(lv)鏗(keng)合(he)金(jin)(jin)、欽及鐵(tie)合(he)金(jin)(jin)為基(ji)(ji)的復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)是目前主要選擇對象。如以碳化硅纖維增強欽合(he)金(jin)(jin)基(ji)(ji)體復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)可用來制造壓氣機(ji)(ji)葉(xie)片。碳纖維或氧化鋁(lv)(lv)纖維增強鎂或鎂合(he)金(jin)(jin)基(ji)(ji)體復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)可用來制造渦輪風扇葉(xie)片。又如鎳鉻(ge)鋁(lv)(lv)銥纖維增強鎳基(ji)(ji)合(he)金(jin)(jin)基(ji)(ji)體復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)可用來制造渦輪及壓氣機(ji)(ji)用的密封元件(jian)。

在不久的(de)將(jiang)來，金屬復合(he)材料將(jiang)會取代鎳、鈦合(he)金，成(cheng)為未來航空發動機的(de)主要材料。

2、陶瓷基復合材料

陶瓷基復合材料（CMC）由于其(qi)本身(shen)耐溫高(gao)、密度低的優勢(shi)，在航(hang)空發(fa)(fa)動機(ji)上的應用呈現出從(cong)(cong)(cong)低溫向(xiang)高(gao)溫、從(cong)(cong)(cong)冷(leng)端向(xiang)熱端部件、從(cong)(cong)(cong)靜子向(xiang)轉子的發(fa)(fa)展趨(qu)勢(shi)。

CMC材(cai)料具有(you)耐(nai)溫(wen)高(gao)(gao)、密度(du)低、類似金屬的(de)斷裂行為、對裂紋不敏感、不發生災難(nan)性(xing)損(sun)毀等(deng)優異性(xing)能，有(you)望(wang)取代高(gao)(gao)溫(wen)合金滿足熱端部件(jian)在(zai)更高(gao)(gao)溫(wen)度(du)環境下的(de)使用，不僅有(you)利于大幅減(jian)(jian)重(zhong)，而且還可以節約甚(shen)至無須冷氣，從而提高(gao)(gao)總壓比，實(shi)現(xian)在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)合金耐(nai)溫(wen)基礎上進一步提升(sheng)工(gong)作溫(wen)度(du)400～500℃，結(jie)構減(jian)(jian)重(zhong)50%～70%，成為航空(kong)發動(dong)機(ji)升(sheng)級換代的(de)關(guan)鍵熱結(jie)構用材(cai)。

3、樹脂基復合材料

先進樹脂基復合材料是以高性能纖維為增強體、高性能樹脂為基體的復合材料。與傳統的鋼、鋁合金結構材料相比，它的密度約為鋼的1/5，鋁合金的1/2，且比強度與比模量遠高于后二者。主(zhu)要應用位置：航空發動機冷端部(bu)件(jian)（風扇(shan)機匣、壓氣(qi)機葉片、進(jin)氣(qi)機匣等）和發動機短艙、反推(tui)力裝置等部(bu)件(jian)上(shang)得(de)到廣(guang)泛應用。

與(yu)常(chang)規(gui)的(de)鈦合(he)金風扇(shan)外涵機(ji)(ji)匣相(xiang)比，在保(bao)證(zheng)能(neng)夠執行(xing)所有功能(neng)和承受整臺發(fa)動機(ji)(ji)的(de)靜態與(yu)飛行(xing)載(zai)荷的(de)前(qian)提下(xia)，樹(shu)脂基復合(he)材料制(zhi)造的(de)外涵機(ji)(ji)匣能(neng)減輕發(fa)動機(ji)(ji)的(de)重(zhong)量，減少發(fa)動機(ji)(ji)的(de)研制(zhi)成本。

與鈦合(he)(he)金(jin)的(de)靜子(zi)葉片相比(bi)，樹脂基(ji)復合(he)(he)材料(liao)靜子(zi)葉片能(neng)減(jian)輕重量50%，降低成本50%以(yi)(yi)上。同時，通過優(you)化纖維(wei)取向，復合(he)(he)材料(liao)靜子(zi)葉片的(de)固有頻(pin)率可以(yi)(yi)被修正(zheng)，以(yi)(yi)加大(da)其許(xu)用機械和氣(qi)動設計空(kong)間。

4、C/C復合材料

碳/碳復(fu)合材(cai)料(liao)是一(yi)種新型高溫材(cai)料(liao)，具有重(zhong)量輕、模量高、比強(qiang)度(du)大、熱(re)膨脹系數低(di)、耐(nai)(nai)高溫、耐(nai)(nai)熱(re)沖擊(ji)、耐(nai)(nai)腐蝕、吸振性好等一(yi)系列優異性能。該材(cai)料(liao)的(de)密度(du)不(bu)到2.0g/cm3，僅(jin)為鎳基高溫合金的(de)1/4，陶瓷材(cai)料(liao)的(de)1/2，尤(you)其(qi)(qi)(qi)是這種材(cai)料(liao)隨(sui)著(zhu)溫度(du)升高(可達2200℃)其(qi)(qi)(qi)強(qiang)度(du)不(bu)僅(jin)不(bu)降低(di)，甚至比室溫還(huan)高，這是其(qi)(qi)(qi)它材(cai)料(liao)所無法比擬的(de)獨特的(de)性能。

早在80年(nian)代(dai)初，美國(guo)就開始(shi)研(yan)制碳/碳渦輪(lun)(lun)盤和(he)渦輪(lun)(lun)葉片，以(yi)后又先后進(jin)行了F100飛機發(fa)動機的(de)燃燒室和(he)噴管試(shi)驗，JTD試(shi)驗機低壓(ya)整體渦輪(lun)(lun)盤及(ji)葉片試(shi)驗，還進(jin)行可1760地面超速試(shi)驗。德國(guo)、俄羅斯和(he)日本已(yi)相繼成功研(yan)制渦輪(lun)(lun)外(wai)環和(he)整體渦輪(lun)(lun)。

目前(qian)盡管(guan)都認(ren)為碳/碳材料是新型高(gao)性能航空發(fa)動機(ji)熱端部件的(de)可選材料，但國內外都還(huan)(huan)沒有(you)把(ba)碳/碳材料真正用于發(fa)動機(ji)的(de)轉動部件，究其(qi)原(yuan)因，關鍵是以下問題還(huan)(huan)未得到很好解決：

（1）抗(kang)氧(yang)化(hua)問題，由于航空發動機工(gong)作時間長(chang)、溫(wen)度高，而碳(tan)材料(liao)在400℃以上就會開始氧(yang)化(hua)，這是一個尖(jian)銳矛盾。

（2）碳(tan)(tan)/碳(tan)(tan)材(cai)(cai)料與傳統金屬材(cai)(cai)料在性能、結構(gou)等方(fang)(fang)面均不相同，傳統的(de)設計(ji)將不適用于碳(tan)(tan)/碳(tan)(tan)材(cai)(cai)料，必須根據該材(cai)(cai)料的(de)特點進(jin)行特殊、全(quan)新的(de)結構(gou)設計(ji)，這方(fang)(fang)面的(de)研究需要(yao)進(jin)一步深入。

（3）性能的(de)穩定(ding)性、再現性是實用的(de)前提，對于復合(he)材料而言(yan)這是一個難點，要求有相應穩定(ding)的(de)工藝、增(zeng)強體質量、基體質量、均勻性等一系列問題，尚需深入研究。

隨著對復合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)研究(jiu)工作(zuo)的不(bu)斷深入和科學家們的不(bu)斷探索(suo)，加之輔以(yi)持續改進(jin)的生產和加工工藝(yi)，使復合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)應用的普遍(bian)性(xing)、實用性(xing)、高(gao)效性(xing)得到了巨(ju)大(da)的提高(gao)，應用前(qian)景非(fei)常(chang)廣(guang)闊。但(dan)是不(bu)可忽視，現在復合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)在生產和應用領域還存在許多(duo)問題(ti)(ti)，而這些問題(ti)(ti)也在一(yi)定程(cheng)度(du)上限制(zhi)了復合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)的發展(zhan)。因此，對復合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)的研究(jiu)仍(reng)將繼續下(xia)去。

二、航空發動機的五大部件是什么

航空發動機主要分為五大部件，分別是進氣(qi)道(dao)、壓氣(qi)機、燃燒室、渦(wo)輪和(he)尾噴管(guan)。

1、航空發動機(ji)進氣道(dao)主要(yao)的(de)(de)作(zuo)用(yong)是在各(ge)種工作(zuo)狀態下，能夠將足夠量的(de)(de)空氣，以(yi)最小的(de)(de)流動損失，引入壓氣機(ji)。亞音速進氣道(dao)是擴張型的(de)(de)管道(dao)。它由殼體和整流錐組(zu)成。

2、壓(ya)(ya)氣(qi)機(ji)是航空發動機(ji)的(de)重要組成(cheng)部分之(zhi)一。它的(de)主(zhu)要作用是通過高(gao)速旋轉的(de)葉片對空氣(qi)做功，對流過它的(de)空氣(qi)進(jin)行壓(ya)(ya)縮，提高(gao)空氣(qi)的(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)，為(wei)之(zhi)后在(zai)氣(qi)體在(zai)燃燒室中的(de)燃燒創造(zao)條(tiao)件，以改善發動機(ji)的(de)經濟性，增(zeng)加發動機(ji)的(de)推力(li)(li)。

3、燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)室(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)是發(fa)動機(ji)的(de)(de)重要(yao)部件之一。燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)室(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)位于(yu)壓(ya)氣(qi)(qi)機(ji)和(he)渦輪之間，其主要(yao)作用(yong)是高壓(ya)空氣(qi)(qi)和(he)燃(ran)(ran)油(you)充(chong)分(fen)混(hun)合燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)，將(jiang)化學(xue)能轉化為(wei)熱能，形(xing)(xing)成(cheng)高溫高壓(ya)的(de)(de)燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)。發(fa)動機(ji)的(de)(de)可(ke)靠(kao)性(xing)(xing)、經濟性(xing)(xing)和(he)壽(shou)命(ming)很大程度由它(ta)決定。燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)室(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)有三種基本構型(xing)，分(fen)別(bie)是分(fen)管燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)室(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)、聯管燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)室(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)環形(xing)(xing)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)室(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。無(wu)論那種燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)室(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，為(wei)了滿足基本功能都采用(yong)了減速擴(kuo)壓(ya)、分(fen)股進氣(qi)(qi)等(deng)技術。燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)室(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)由進氣(qi)(qi)裝置（擴(kuo)壓(ya)器）、火焰筒、噴(pen)嘴、點火裝置和(he)殼體組成(cheng)。

4、渦輪是航空發動機的(de)(de)重要部件之一。安裝在(zai)燃(ran)(ran)燒室的(de)(de)后(hou)面，它(ta)的(de)(de)作用是(shi)將高(gao)溫燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)中的(de)(de)熱能和壓力位能轉(zhuan)變為功，高(gao)溫高(gao)壓的(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)在(zai)渦輪中膨脹，推(tui)動渦輪旋轉(zhuan)，帶(dai)動風扇和壓氣(qi)(qi)機工(gong)作。航空燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)渦輪的(de)(de)特點是(shi)功率大、燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)溫度(du)高(gao)、轉(zhuan)速高(gao)、效率高(gao)和重量輕(qing)。

5、尾噴管安(an)裝在渦輪(lun)的(de)(de)(de)后部，也是發動機的(de)(de)(de)重要部件之(zhi)一。主(zhu)要作用是將從(cong)渦輪(lun)流出的(de)(de)(de)燃(ran)氣膨脹加(jia)速，將燃(ran)氣部分(fen)的(de)(de)(de)焓轉(zhuan)變(bian)為動能，提高燃(ran)氣速度，使燃(ran)氣以很大(da)的(de)(de)(de)速度排出，產生較大(da)的(de)(de)(de)推力(li)。