一、航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵材料有哪些

（一） 航空發(fā)動機(jī)上應(yīng)用的先進(jìn)金屬材料

1、鋁合金

鋁合金具有比模量與比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、加工性能好、成本低廉等突出優(yōu)點，因此被認(rèn)為是航空航天工業(yè)中用量最起著至關(guān)重要的作用。主要應(yīng)用位置：發(fā)動機(jī)艙、艙體結(jié)構(gòu)、承載壁板、梁、儀器安裝框架、燃料儲箱等。

2、鈦合金

與鋁、鎂、鋼等金屬材料相比，鈦合金具有比強(qiáng)度很高、抗腐蝕性能良好、抗疲勞性能良好、熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點，可以在350~450℃以下長期使用，低溫可使用到-196℃。主要應(yīng)用位置：航空發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)葉片、機(jī)匣、發(fā)動機(jī)艙和隔熱板等。

3、超高強(qiáng)度鋼

超高強(qiáng)度鋼具有很高的抗拉強(qiáng)度和足夠的韌性，并且有良好的焊接性和成形性。主要應(yīng)用位置：航天發(fā)動機(jī)殼體、發(fā)動機(jī)噴管、軸承和傳動齒輪。

如今，航空發(fā)動機(jī)性能不斷的提高，重量相比過去有了很大的減少，在依靠整體葉盤、整體葉環(huán)、空心葉片和對轉(zhuǎn)渦輪等新穎結(jié)構(gòu)的同時，將會更看重高比強(qiáng)度、低密度、高剛度和耐高溫能力強(qiáng)的先進(jìn)材料。傳統(tǒng)的航空發(fā)動機(jī)材料（鎳合金和鈦合金）雖然仍然可以進(jìn)一步發(fā)展，但它的發(fā)展空間已經(jīng)不大了，很難滿足未來航空發(fā)動機(jī)更加苛刻的溫度和重量要求。

現(xiàn)在，樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和C/C復(fù)合材料因為具有優(yōu)良的低溫性能，已成為航空發(fā)動機(jī)風(fēng)扇和壓氣機(jī)等部件的候選材料。

（二）航空發(fā)動機(jī)上應(yīng)用的先進(jìn)復(fù)合材料

1、金屬基復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料主要是指以Al、Mg等輕金屬為基體的復(fù)合材料。在航空和宇航方面主要用它來代替輕但有毒的鈹。這類材料具有優(yōu)良的橫向性能、低消耗和優(yōu)良的可加工性，已成為在許多應(yīng)用領(lǐng)域最具商業(yè)吸引力的材料，并且在國外已實現(xiàn)商品化。

其中以鋁鏗合金、欽及鐵合金為基的復(fù)合材料是目前主要選擇對象。如以碳化硅纖維增強(qiáng)欽合金基體復(fù)合材料可用來制造壓氣機(jī)葉片。碳纖維或氧化鋁纖維增強(qiáng)鎂或鎂合金基體復(fù)合材料可用來制造渦輪風(fēng)扇葉片。又如鎳鉻鋁銥纖維增強(qiáng)鎳基合金基體復(fù)合材料可用來制造渦輪及壓氣機(jī)用的密封元件。

在不久的將來，金屬復(fù)合材料將會取代鎳、鈦合金，成為未來航空發(fā)動機(jī)的主要材料。

2、陶瓷基復(fù)合材料

陶瓷基復(fù)合材料（CMC）由于其本身耐溫高、密度低的優(yōu)勢，在航空發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用呈現(xiàn)出從低溫向高溫、從冷端向熱端部件、從靜子向轉(zhuǎn)子的發(fā)展趨勢。

CMC材料具有耐溫高、密度低、類似金屬的斷裂行為、對裂紋不敏感、不發(fā)生災(zāi)難性損毀等優(yōu)異性能，有望取代高溫合金滿足熱端部件在更高溫度環(huán)境下的使用，不僅有利于大幅減重，而且還可以節(jié)約甚至無須冷氣，從而提高總壓比，實現(xiàn)在高溫合金耐溫基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升工作溫度400～500℃，結(jié)構(gòu)減重50%～70%，成為航空發(fā)動機(jī)升級換代的關(guān)鍵熱結(jié)構(gòu)用材。

3、樹脂基復(fù)合材料

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料是以高性能纖維為增強(qiáng)體、高性能樹脂為基體的復(fù)合材料。與傳統(tǒng)的鋼、鋁合金結(jié)構(gòu)材料相比，它的密度約為鋼的1/5，鋁合金的1/2，且比強(qiáng)度與比模量遠(yuǎn)高于后二者。主要應(yīng)用位置：航空發(fā)動機(jī)冷端部件（風(fēng)扇機(jī)匣、壓氣機(jī)葉片、進(jìn)氣機(jī)匣等）和發(fā)動機(jī)短艙、反推力裝置等部件上得到廣泛應(yīng)用。

與常規(guī)的鈦合金風(fēng)扇外涵機(jī)匣相比，在保證能夠執(zhí)行所有功能和承受整臺發(fā)動機(jī)的靜態(tài)與飛行載荷的前提下，樹脂基復(fù)合材料制造的外涵機(jī)匣能減輕發(fā)動機(jī)的重量，減少發(fā)動機(jī)的研制成本。

與鈦合金的靜子葉片相比，樹脂基復(fù)合材料靜子葉片能減輕重量50%，降低成本50%以上。同時，通過優(yōu)化纖維取向，復(fù)合材料靜子葉片的固有頻率可以被修正，以加大其許用機(jī)械和氣動設(shè)計空間。

4、C/C復(fù)合材料

碳/碳復(fù)合材料是一種新型高溫材料，具有重量輕、模量高、比強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸振性好等一系列優(yōu)異性能。該材料的密度不到2.0g/cm3，僅為鎳基高溫合金的1/4，陶瓷材料的1/2，尤其是這種材料隨著溫度升高(可達(dá)2200℃)其強(qiáng)度不僅不降低，甚至比室溫還高，這是其它材料所無法比擬的獨(dú)特的性能。

早在80年代初，美國就開始研制碳/碳渦輪盤和渦輪葉片，以后又先后進(jìn)行了F100飛機(jī)發(fā)動機(jī)的燃燒室和噴管試驗，JTD試驗機(jī)低壓整體渦輪盤及葉片試驗，還進(jìn)行可1760地面超速試驗。德國、俄羅斯和日本已相繼成功研制渦輪外環(huán)和整體渦輪。

目前盡管都認(rèn)為碳/碳材料是新型高性能航空發(fā)動機(jī)熱端部件的可選材料，但國內(nèi)外都還沒有把碳/碳材料真正用于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動部件，究其原因，關(guān)鍵是以下問題還未得到很好解決：

（1）抗氧化問題，由于航空發(fā)動機(jī)工作時間長、溫度高，而碳材料在400℃以上就會開始氧化，這是一個尖銳矛盾。

（2）碳/碳材料與傳統(tǒng)金屬材料在性能、結(jié)構(gòu)等方面均不相同，傳統(tǒng)的設(shè)計將不適用于碳/碳材料，必須根據(jù)該材料的特點進(jìn)行特殊、全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這方面的研究需要進(jìn)一步深入。

（3）性能的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性是實用的前提，對于復(fù)合材料而言這是一個難點，要求有相應(yīng)穩(wěn)定的工藝、增強(qiáng)體質(zhì)量、基體質(zhì)量、均勻性等一系列問題，尚需深入研究。

隨著對復(fù)合材料研究工作的不斷深入和科學(xué)家們的不斷探索，加之輔以持續(xù)改進(jìn)的生產(chǎn)和加工工藝，使復(fù)合材料應(yīng)用的普遍性、實用性、高效性得到了巨大的提高，應(yīng)用前景非常廣闊。但是不可忽視，現(xiàn)在復(fù)合材料在生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域還存在許多問題，而這些問題也在一定程度上限制了復(fù)合材料的發(fā)展。因此，對復(fù)合材料的研究仍將繼續(xù)下去。

二、航空發(fā)動機(jī)的五大部件是什么

航空發(fā)動機(jī)主要分為五大部件，分別是進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管。

1、航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道主要的作用是在各種工作狀態(tài)下，能夠?qū)⒆銐蛄康目諝?，以最小的流動損失，引入壓氣機(jī)。亞音速進(jìn)氣道是擴(kuò)張型的管道。它由殼體和整流錐組成。

2、壓氣機(jī)是航空發(fā)動機(jī)的重要組成部分之一。它的主要作用是通過高速旋轉(zhuǎn)的葉片對空氣做功，對流過它的空氣進(jìn)行壓縮，提高空氣的壓力，為之后在氣體在燃燒室中的燃燒創(chuàng)造條件，以改善發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，增加發(fā)動機(jī)的推力。

3、燃燒室是發(fā)動機(jī)的重要部件之一。燃燒室位于壓氣機(jī)和渦輪之間，其主要作用是高壓空氣和燃油充分混合燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，形成高溫高壓的燃?xì)?。發(fā)動機(jī)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和壽命很大程度由它決定。燃燒室有三種基本構(gòu)型，分別是分管燃燒室、聯(lián)管燃燒室和環(huán)形燃燒室。無論那種燃燒室，為了滿足基本功能都采用了減速擴(kuò)壓、分股進(jìn)氣等技術(shù)。燃燒室由進(jìn)氣裝置（擴(kuò)壓器）、火焰筒、噴嘴、點火裝置和殼體組成。

4、渦輪是航空發(fā)動機(jī)的重要部件之一。安裝在燃燒室的后面，它的作用是將高溫燃?xì)庵械臒崮芎蛪毫ξ荒苻D(zhuǎn)變?yōu)楣Γ邷馗邏旱臍怏w在渦輪中膨脹，推動渦輪旋轉(zhuǎn)，帶動風(fēng)扇和壓氣機(jī)工作。航空燃?xì)鉁u輪的特點是功率大、燃?xì)鉁囟雀?、轉(zhuǎn)速高、效率高和重量輕。

5、尾噴管安裝在渦輪的后部，也是發(fā)動機(jī)的重要部件之一。主要作用是將從渦輪流出的燃?xì)馀蛎浖铀?，將燃?xì)獠糠值撵兽D(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽岣呷細(xì)馑俣?，使燃?xì)庖院艽蟮乃俣扰懦?，產(chǎn)生較大的推力。