Letecká výroba je nejkoncentrovanější oblastí high-tech a patří mezi pokročilé výrobní technologie. Například motor F119 vyvinutý společností Pratt & Whitney ze Spojených států, motor F120 společnosti General Electric Company, motor M88-2 společnosti SNECMA Company z Francie a motor EJ200 společně vyvinutý Spojeným královstvím a Německem , Itálii a Španělsku. Za zmínku stojí, že tyto letecké motory představující nejvyspělejší světovou úroveň mají společný rys používání nových materiálů, nových postupů a nových technologií. Sedm nových použitých materiálů je představeno následovně:
1
Karbon/karbonový kompozit
Co jsou uhlíkové/uhlíkové kompozity? Jedná se o kompozitní materiál s uhlíkovou matricí vyztužený uhlíkovými vlákny a jejich tkaninou s nízkou hustotou (<2.0g/cm3), high strength, high specific modulus, high thermal conductivity, low expansion coefficient, good friction performance, and good thermal shock resistance , high dimensional stability, etc., especially the few candidate materials used above 1650 °C, the highest theoretical temperature is as high as 2600 °C, so it is considered to be one of the most promising high-temperature materials in the world.
Přestože kompozity uhlík/uhlík mají mnoho vynikajících vysokoteplotních vlastností, podléhají oxidačním reakcím v aerobním prostředí s teplotou vyšší než 400 stupňů, což má za následek prudký pokles vlastností materiálu. Proto aplikace uhlíkových/uhlíkových kompozitů ve vysokoteplotním aerobním prostředí musí mít opatření na ochranu proti oxidaci. Oxidační ochrana uhlíkových/uhlíkových kompozitů probíhá především následujícími dvěma způsoby, to znamená, že modifikace matrice a pasivace povrchově aktivních bodů mohou být použity k ochraně uhlík/uhlíkových kompozitů při nižších teplotách; jak se teplota zvyšuje, je třeba použít metodu potahování k izolaci kompozitního materiálu uhlík/uhlík od přímého kontaktu s kyslíkem, aby se dosáhlo účelu ochrany proti oxidaci. V současnosti je nejpoužívanější metodou povlakování. S neustálým pokrokem vědy a technologie se stále více spoléhá na výkon uhlíkových/uhlíkových kompozitních materiálů při velmi vysokých teplotách a jediným možným řešením ochrany proti oxidaci v podmínkách ultravysokých teplot může být pouze ochrana povlakem. .
Za zmínku stojí, že kompozitní materiály na bázi C/C jsou novým materiálem s vyšší teplotní odolností, kterému je v posledních letech ve světě věnována největší pozornost. Protože pouze kompozitní materiály C/C jsou považovány za jediné nástupnické materiály pro lopatky rotoru turbíny s poměrem tahu k hmotnosti větším než 20 a vstupní teplotou motoru 1930-2227 stupňů. Nejvyšší strategický cíl, který sledují vyspělé průmyslové země.
Takzvaný kompozitní materiál na bázi C/C je základní uhlíkový kompozitní materiál vyztužený uhlíkovými vlákny, který kombinuje žáruvzdorné vlastnosti uhlíku s vysokou pevností a vysokou tuhostí uhlíkových vláken, díky čemuž není křehký. Protože kompozitní materiály na bázi C/C mají nízkou hmotnost, vysokou pevnost, vynikající tepelnou stabilitu a vynikající tepelnou vodivost, jsou dnes nejideálnějšími materiály odolnými vůči vysokým teplotám, zejména v prostředích s vysokou teplotou 1000-1300 stupně C Síla se nejen nesnížila, ale mohla se zvýšit. Zvláště když je pod 1650 stupňů, stále si zachovává pevnost a půvab při pokojové teplotě. Proto mají kompozity na bázi C/C velký rozvojový potenciál v letecké výrobě.
Stojí za zmínku, že jedním z hlavních problémů kompozitních materiálů na bázi C/C při použití leteckých motorů je špatná odolnost proti oxidaci. Proto v posledních letech Spojené státy přijaly řadu technologických opatření k vyřešení tohoto problému a postupně je aplikovaly na nový motor. Například koncová tryska přídavného spalování u amerického motoru F119, tryska a tryska spalovací komory motoru F100 a některé části spalovací komory ověřovacího stroje F120 byly vyrobeny z kompozitních materiálů na bázi C/C. Dalším příkladem je francouzský motor M88-2 a tyč vstřikování paliva s přídavným spalováním, tepelný štít a tryska motoru Mirage 2000 také používají kompozitní materiály na bázi C/C.
2
Nový materiál z ultra-vysokopevnostní oceli
Co je ultra vysokopevnostní ocel? V polovině{0}} let vyvinuly Spojené státy Cr-Mo ocel (AISI4130) a Cr-Ni-Mo ocel (AISI 4340). Po kalení a nízkoteplotním popouštění byly pevnosti v tahu 170 a 190 kgf/mm2. Na počátku 50. let byly do oceli AISI 4340 přidány Si a V, aby se vyrobila ocel 300M s pevností v tahu 190~210kgf/mm2. V roce 1960 International Nickel Company vyrobila vysokopevnostní ocel s pevností v tahu asi 180 kgf/mm2, lomovou houževnatostí až 390 kgf/mm. V 70. letech 20. století Spojené státy snížily C a zvýšily Si na základě 300M, zlepšily houževnatost a vyvinuly se do oceli HP310; na bázi vysokopevnostní oceli se vyvinul do oceli AF1410 s pevností v tahu 170 kgf/mm2 a lomovou houževnatostí 400 kgf/mm2 mm.
obrázek
Stojí za zmínku, že ultravysokopevnostní ocel musí mít vysokou pevnost v tahu a zachovat si dostatečnou houževnatost. Vyžaduje také velkou měrnou pevnost (poměr pevnosti k hustotě) a vysoký poměr kluzu (σs/σb), aby se snížila hmotnost součásti, a musí mít dobrou svařitelnost a tvarovatelnost a další procesní vlastnosti. Ultra-vysokopevnostní ocel má velmi vysoké požadavky na metalurgickou kvalitu a je často tavena elektrickou obloukovou pecí a elektrostruskovým přetavováním. Typy oceli vyžadující vysokou čistotu se většinou taví ve vakuových indukčních pecích nebo ve vakuových tavných elektrických obloukových pecích. Středně a nízkolegované ultravysokopevné oceli by měly být chráněny před oduhličením během tepelného zpracování; vysokopevnostní oceli a precipitačně kalené nerezové oceli mohou být zpracovány v tuhém roztoku v běžných ohřívacích pecích. Pro svařování je nutné použít svařování v ochranném plynu nebo argon-wolframové obloukové svařování. Některé nízkolegované ultravysokopevnostní oceli s vysokým obsahem uhlíku (asi 0,4 procenta) by měly být ihned po svařování žíhány na odstranění pnutí.
Za zmínku stojí, že jako materiál pro podvozky letadel se používá ultravysokopevnostní ocel. Například podvozek použitý v letadle druhé generace je vyroben z oceli 30CrMnSiNi2A s pevností v tahu 1700 MPa. Tento druh podvozku má krátkou životnost asi 2000 letových hodin.
Dalším příkladem je, že konstrukce stíhačky třetí generace vyžaduje, aby životnost podvozku přesáhla 5,000 letových hodin. Zároveň se vlivem nárůstu palubního vybavení snižuje hmotnostní koeficient konstrukce letadla a jsou kladeny vyšší požadavky na výběr materiálů podvozku a technologie výroby. Jak USA, tak naše stíhačky třetí generace používají technologii výroby podvozků z oceli 300M (pevnost v tahu 1950 MPa).
Zlepšení technologie nanášení materiálu ve skutečnosti podporuje další prodloužení životnosti podvozku a rozšíření přizpůsobivosti. Například přistávací podvozek evropského letadla Airbus A380 využívá supervelkou technologii integrálního kování, novou technologii tepelného zpracování ochrany atmosféry a technologii vysokorychlostního stříkání plamenem, takže životnost podvozku může splňovat konstrukční požadavky. Proto zavedení nových materiálů a výrobních technik zajistilo náhradu letadel.
obrázek
Jak všichni víme, konstrukce letadel s dlouhou životností v prostředí odolném proti korozi klade vyšší požadavky na materiály. Například ocel AerMet100 má stejnou úroveň pevnosti jako ocel 300M, ale její obecná odolnost proti korozi a odolnost proti korozi pod napětím jsou výrazně lepší než u oceli 300M. Odpovídající technologie výroby podvozků byla použita u pokročilých letadel, jako jsou F/A-18E/F, F-22 a F-35. Vyšší pevnost Ocel Aermet310 má nižší lomovou houževnatost a je neustále vyvíjena a zdokonalována. Rychlost růstu trhliny u ultravysokopevnostní oceli AF1410 odolné vůči poškození je extrémně pomalá, což lze použít jako spoj pohonu křídla letadla B-1, které je o 10,6 procenta lehčí než Ti. -6Al-4V s 60% nárůstem výkonu zpracování a 30,3% snížením nákladů. Například množství vysoce pevné nerezové oceli použité v ruském Smig-1.42 je až 30 procent . PH13-8Mo je jediná vysoce pevná martenzitická precipitačně kalená nerezová ocel široce používaná jako součásti odolné proti korozi. Mezinárodně byly vyvinuty také ultravysokopevnostní ozubené (ložiskové) oceli, jako jsou CSS-42L, Gearmet C69 atd., a používají se v motorech, vrtulnících a letectví.
3
Vysokoteplotní slitinový materiál
Co jsou superslitiny? Vysokoteplotní slitiny jsou ve skutečnosti rozděleny do tří typů materiálů: 760° vysokoteplotní materiály, 1200° vysokoteplotní materiály a 1500° vysokoteplotní materiály s pevností v tahu 800 MPa. Jinými slovy, odkazuje na vysokoteplotní kovové materiály, které pracují po dlouhou dobu při 760-1500 stupni a za určitých podmínek namáhání. Jeho důležité vlastnosti: má vynikající pevnost při vysokých teplotách, dobrou odolnost proti oxidaci a tepelnou korozi, dobrý únavový výkon, lomovou houževnatost a další komplexní vlastnosti a stal se nenahraditelným klíčovým materiálem pro horké konce částí plynových turbínových motorů pro vojenské a civilní účely. používat po celém světě.
760° vysokoteplotní materiály Od konce 30. let 20. století začala Británie, Německo, Spojené státy a další země studovat superslitiny. Během 2. světové války, aby bylo možné uspokojit potřeby nových leteckých motorů, vstoupil výzkum a použití superslitin do období rychlého rozvoje. Na počátku 40. let 20. století Spojené království nejprve přidalo malé množství hliníku a titanu do slitiny 80Ni-20Cr, aby vytvořilo fázi (gama prime) pro zpevnění, a vyvinulo první slitinu na bázi niklu s vysokým - teplotní pevnost. V tomto období, aby vyhověly potřebám vývoje turbodmychadel pro pístové letecké motory, začaly Spojené státy používat k výrobě lopatek slitiny na bázi kobaltu Vitallium.
obrázek
Za zmínku stojí, že Spojené státy také vyvinuly slitiny na bázi niklu Inconel pro výrobu spalovacích komor pro proudové motory. Později, aby se dále zlepšila pevnost slitiny při vysokých teplotách, metalurgové přidali do slitiny na bázi niklu prvky jako wolfram, molybden a kobalt, aby zvýšili obsah hliníku a titanu, a vyvinuli řadu slitin, např. jako „Nimonic“ ve Spojeném království a „Nimonic“ ve Spojených státech. "Mar-M" a "IN" atd.; přidání niklu, wolframu a dalších prvků do slitin na bázi kobaltu za účelem vývoje různých vysokoteplotních slitin, jako jsou X-45, HA-188, FSX-414 atd. nedostatek zdrojů kobaltu je vývoj superslitin na bázi kobaltu omezený.
Ve 40. letech 20. století byly vyvinuty také superslitiny na bázi železa. V 50. letech se objevily jakosti jako A-286 a Incoloy901, ale kvůli špatné stabilitě při vysokých teplotách byl vývoj pomalý. Bývalý Sovětský svaz začal vyrábět superslitiny na bázi niklu značky "ЭИ" v roce 1950 a později vyráběl "ЭП" sérii deformovaných superslitin a sérii ЖС litých superslitin. V 70. letech 20. století Spojené státy také přijaly nový výrobní proces pro výrobu směrových krystalizačních lopatek a turbínových disků práškové metalurgie a vyvinuly komponenty z vysokoteplotní slitiny, jako jsou monokrystalické lopatky, aby vyhovovaly potřebám neustálého zvyšování vstupní teploty vzduchu. -motorové turbíny.
Superslitiny jsou vyvinuty tak, aby splňovaly velmi náročné požadavky proudových motorů na materiály a staly se nenahraditelným klíčovým materiálem pro součásti horkého konce vojenských a civilních motorů s plynovou turbínou. U pokročilých leteckých motorů dosáhl podíl vysokoteplotních slitin více než 50 procent.
Vývoj vysokoteplotních slitin úzce souvisí s technologickým pokrokem leteckých motorů, zejména kotouč turbíny, materiál turbínových lopatek a výrobní proces horkých částí motoru jsou důležitými symboly vývoje motoru. Vzhledem k vysokým požadavkům na odolnost materiálu vůči vysokým teplotám a napěťovou únosnost byla v počátcích ve Velké Británii vyvinuta slitina Ni3 (Al, Ti) zpevněná Nimonic80, která se používala jako materiál pro lopatku turbíny. proudový motor. Kromě toho byla slitina řady Nimonic neustále vyvíjena. Spojené státy americké vyvinuly disperzně zpevněné slitiny na bázi niklu obsahující hliník a titan, jako jsou slitiny řady Inconel, Mar-M a Udmit vyvinuté slavnými Pratt & Whitney Company, GE Company a Special Metals Company.
obrázek
V procesu vývoje superslitin hraje výrobní proces velkou roli při podpoře vývoje slitin. Vzhledem ke vzniku technologie vakuového tavení, odstraňování škodlivých nečistot a plynů ve slitinách, zejména přesná kontrola složení slitiny, neustále zlepšuje výkon superslitin. Zejména úspěšný výzkum nových technologií, jako je směrové tuhnutí, růst monokrystalů, prášková metalurgie, mechanické legování, keramické jádro, keramická filtrace a izotermické kování, podpořil rychlý rozvoj superslitin. Mezi nimi je nejvýraznější technologie směrového tuhnutí. Usměrněná a monokrystalická slitina vyrobená procesem směrového tuhnutí má provozní teplotu blízkou 90 procentům počátečního bodu tání. Proto pokročilé lopatky leteckých motorů po celém světě používají k výrobě turbínových lopatek směrové, monokrystalické slitiny. Z globálního hlediska vytvořily lité superslitiny na bázi niklu rovnoosé krystaly, směrově ztuhlé sloupcové krystaly a monokrystalické slitinové systémy. Práškové superslitiny byly také vyvinuty od první generace 650° až 750°, 850° práškových turbínových disků a dvouvýkonných práškových disků pro tyto pokročilé vysoce výkonné motory.
4
kompozity s keramickou matricí
Co jsou keramické matricové kompozity? Jedná se o typ kompozitního materiálu, který využívá keramiku jako matrici a různá vlákna. Keramickou matricí může být vysokoteplotní strukturní keramika, jako je nitrid křemíku a karbid křemíku. Tato pokročilá keramika má vynikající vlastnosti, jako je odolnost proti vysokým teplotám, vysoká pevnost a tuhost, relativně nízká hmotnost a odolnost proti korozi. Fatální slabinou je, že jsou křehké. Když jsou pod tlakem, prasknou nebo se dokonce rozbijí a způsobí selhání materiálu. Použití vysoce pevných, vysoce elastických vláken a matricového kompozitu je účinnou metodou ke zlepšení houževnatosti a spolehlivosti keramiky. Vlákna mohou zabránit rozšiřování trhlin, a tak získat kompozity s keramickou matricí vyztužené vlákny s vynikající houževnatostí.
obrázek
Kompozity s keramickou matricí byly používány jako trysky kapalných raketových motorů, kryty raket, čelní kužely raketoplánů, brzdové kotouče letadel a brzdové kotouče špičkových automobilů atd., čímž se staly důležitým odvětvím nových high-tech materiálů.
Protože keramické materiály mají vynikající odolnost proti opotřebení, vysokou tvrdost a dobrou odolnost proti korozi, byly široce používány. Největší nevýhodou keramiky je však to, že je křehká a citlivá na praskliny a póry. Od 80. let 20. století kompozity s keramickou matricí získané přidáním částic, whiskerů a vláken do keramických materiálů výrazně zlepšily houževnatost keramiky.
Kompozity s keramickou matricí mají vysokou pevnost, vysoký modul, nízkou hustotu, vysokou teplotní odolnost, odolnost proti opotřebení a korozi a dobrou houževnatost a používají se ve vysokorychlostních řezných nástrojích a součástech spalovacích motorů. Vývoj tohoto typu materiálu je však poměrně pozdní a jeho potenciál je třeba ještě dále rozvíjet. Výzkum se zaměřuje na jeho aplikaci na vysokoteplotní materiály a materiály odolné proti opotřebení a korozi, jako jsou vylepšené turbíny pro vysoce výkonné spalovací motory, tepelné komponenty pro letecká vozidla a motory vozidel místo kovů, petrochemické kontejnery , zařízení na spalování odpadu atd.
Když se řekne keramika, lidé si přirozeně vybaví její křehkost. Pokud se před více než deseti lety používal jako nosný díl ve strojírenské oblasti, nemohl to nikdo přijmout. Až dosud, pokud jde o keramické kompozitní materiály, někteří lidé nemusí mít jasno, protože si myslí, že keramika a kovy jsou původně dva nepodstatné materiály. Od té doby, co lidé šikovně kombinovali keramiku a kovy, prošlo lidské pojetí tohoto materiálu zásadní změnou, kterou jsou kompozity s keramickou matricí.
Kompozitní materiál s keramickou matricí je velmi slibným novým konstrukčním materiálem v oblasti leteckého průmyslu, zejména v aplikacích výroby leteckých motorů, stále více ukazuje svou jedinečnost. Kromě výhod nízké hmotnosti a vysoké tvrdosti mají kompozity s keramickou matricí také vynikající odolnost proti vysokým teplotám a odolnost proti korozi při vysokých teplotách. V současnosti kompozity s keramickou matricí překonaly kovové žáruvzdorné materiály z hlediska odolnosti vůči vysokým teplotám a mají dobré mechanické vlastnosti a chemickou stabilitu. Jsou to ideální a vynikající materiály pro vysokoteplotní oblasti vysoce výkonných turbínových motorů.
obrázek
Země po celém světě se zaměřují na výzkum keramiky vyztužené nitridem křemíku a karbidem křemíku, aby splnily materiálové požadavky nové generace pokročilých motorů.
materiálů a dosáhla velkého pokroku, zejména u moderních leteckých motorů. Například motor F120 amerického ověřovacího stroje, jeho vysokotlaké těsnicí zařízení turbíny a některé vysokoteplotní části spalovací komory jsou všechny vyrobeny z keramických materiálů. Jiný příklad, spalovací komora a tryska francouzského motoru M88-2 také používají kompozity s keramickou matricí.
5
Nové materiály intermetalických sloučenin
Co jsou intermetalické sloučeniny? Sloučeniny kovů a kovů nebo kovů a metaloidů (jako H, B, N, S, P, C, Si atd.). Atomy dvou kovů jsou v určitém poměru spojeny za vzniku slitinového složení, které se liší od původních dvou krystalových mřížek. Intermetalické sloučeniny jsou nové typy materiálů, kterým se dostalo široké pozornosti.
obrázek
Ve skutečnosti vývoj vysoce výkonných leteckých motorů s vysokým poměrem tahu a hmotnosti podpořil vývoj a aplikaci intermetalických sloučenin. Intermetalické sloučeniny jsou obecně sloučeniny složené z binárních, ternárních nebo víceprvkových kovových prvků. Intermetalické sloučeniny mají velký potenciál ve vysokoteplotních strukturních aplikacích. Má vysokou provozní teplotu, měrnou pevnost, tepelnou vodivost a zejména při vysoké teplotě má také dobrou odolnost proti oxidaci, odolnost proti korozi a vysokou pevnost při tečení. . Navíc, protože intermetalická sloučenina je novým materiálem mezi superslitinou a keramickým materiálem, vyplňuje mezeru mezi těmito dvěma materiály, takže se stává jedním z ideálních materiálů pro vysokoteplotní komponenty leteckých motorů.
V globální struktuře leteckých motorů se výzkum a vývoj zaměřuje především na intermetalické sloučeniny, jako je titan-hliník a nikl-hliník. Tyto sloučeniny titanu a hliníku mají v podstatě stejnou hustotu jako titan, ale mají vyšší provozní teplotu. Například provozní teploty TiAl jsou 816 stupňů a 982 stupňů. Intermetalická sloučenina má silnou vazbu mezi atomy a složitou krystalovou strukturu, což ztěžuje její deformaci, a je tvrdá a křehká při pokojové teplotě. Po letech experimentálního výzkumu byl úspěšně vyvinut nový typ slitiny s pevností při vysokých teplotách, plasticitou a houževnatostí při pokojové teplotě, který byl instalován a používán a účinek je velmi dobrý. Například vysoce výkonný motor F119 ve Spojených státech používá intermetalické sloučeniny ve skříni a kotoučích turbíny a lopatky a kotouče kompresoru motoru ověřovacího stroje F120 používají nové intermetalické sloučeniny titan-hliník.
6
kompozity s pryskyřičnou matricí
Co jsou kompozity s pryskyřičnou matricí? Jedná se o vlákny vyztužený materiál na bázi organického polymeru, obvykle využívající vláknité výztuže, jako jsou skleněné vlákno, uhlíkové vlákno, čedičové vlákno nebo aramidové vlákno. Kompozitní materiály na bázi pryskyřice jsou široce používány v leteckém, automobilovém a námořním průmyslu.
obrázek
Pryskyřičná matrice kompozitních materiálů je převážně termosetová pryskyřice. Již ve 40. letech se plasty vyztužené skelnými vlákny používaly jako kryty na stíhačkách a bombardérech. V 60. letech 20. století Spojené státy používaly epoxidovou pryskyřici vyztuženou borovými vlákny jako kormidla, horizontální stabilizátory, zadní hrany křídel, dveře kormidel atd. u vojenských letadel, jako jsou F-4 a F-111. Pokud jde o výrobu střel, na konci 50. let se v plášti raketového motoru na tuhá paliva druhého stupně americké ponorkové střely středního doletu „Polaris A-2“ používaly díly vinutí z epoxidové pryskyřice vyztužené skleněnými vlákny, které jsou lepší. než ocelová pouzdra. o 27 procent lehčí; později bylo k výrobě „Polaris A-3“ místo běžného skleněného vlákna použito vysoce výkonné skleněné vlákno, díky kterému byla hmotnost pláště o 50 procent lehčí než hmotnost ocelového pláště, takže řada „Polaris A{{ 12}} raketa byla změněna z 2700 tisíc metrů zvýšena na 4500 km. V 70. letech 20. století se místo skleněných vláken používalo aramidové vlákno k vyztužení epoxidové pryskyřice a výrazně se zlepšila pevnost a zároveň se snížila hmotnost. Kompozity z epoxidové pryskyřice vyztužené uhlíkovými vlákny jsou široce používány v letadlech, střelách, satelitech a dalších konstrukcích.
Výzkum aplikace kompozitních materiálů na bázi pryskyřic v leteckých turbodmychadlových motorech začal v 50. letech 20. století. Po více než 60 letech vývoje investovaly GE, PW, RR, MTU, SNECMA a další společnosti mnoho energie do výzkumu a vývoje kompozitních materiálů na bázi pryskyřice a dosáhly velkého pokroku a jeho inženýrství byl aplikován na aktivní letecké motory s turbodmychadlem a existuje tendence jeho použití dále rozšiřovat.
Provozní teplota kompozitů s pryskyřičnou matricí obecně nepřesahuje 350 stupňů. Kompozity s pryskyřičnou matricí se proto používají hlavně ve studeném konci leteckých motorů.
7
kompozity s kovovou matricí
Co jsou kompozity s kovovou matricí? Jedná se o kompozitní materiál, který je uměle kombinován s kovem a jeho slitinou jako matricí a jednou nebo několika kovovými nebo nekovovými výztuhami. Většina jejích výztužných materiálů jsou anorganické nekovy, jako je keramika, uhlík, grafit a bór atd., a lze použít i kovové dráty. Spolu s kompozity s polymerní matricí, kompozity s keramickou matricí a kompozity uhlík/uhlík tvoří moderní kompozitní systém.
obrázek
Vlastnosti kompozitních materiálů s kovovou matricí: z hlediska mechaniky mají vysokou příčnou a smykovou pevnost, dobré komplexní mechanické vlastnosti, jako je houževnatost a únava, a také mají tepelnou vodivost, elektrickou vodivost, odolnost proti opotřebení, malý koeficient tepelné roztažnosti, dobré tlumení , žádná absorpce vlhkosti a žádná odolnost proti korozi. Výhody, jako je stárnutí a žádné znečištění. Například specifická pevnost hliníkových kompozitních materiálů vyztužených uhlíkovými vlákny je 3~4×107 mm a specifický modul je 6~8×109 mm. Například specifický modul hořčíku vyztuženého grafitovými vlákny může dosáhnout 1,5 × 1010 mm a jeho koeficient tepelné roztažnosti je téměř nulový.
Za zmínku stojí, že ve srovnání s kompozitními materiály na bázi pryskyřic mají kompozitní materiály na bázi kovu dobrou houževnatost, neabsorbují vlhkost a odolávají relativně vysokým teplotám. Výztužná vlákna kompozitů s kovovou matricí zahrnují kovová vlákna, jako je nerezová ocel, wolfram, olovo, intermetalické sloučeniny nikl-hliník atd.; keramická vlákna, jako je oxid hlinitý, oxid křemičitý, uhlík, bór, karbid křemíku atd.
Mezi matricové materiály kompozitů s kovovou matricí patří hliník, hliníkové slitiny, hořčík, bradové a bradové slitiny, žáruvzdorné slitiny, diamantové slitiny atd. Mezi nimi jsou v současnosti hlavní volbou kompozitní materiály na bázi hliníkových slitin, hliníkových slitin a slitin železa. . Například matricové kompozity ze slitiny Chin vyztužené SiC vlákny lze použít k výrobě lopatek kompresoru. Matricové kompozity z hořčíku nebo slitiny hořčíku vyztužené uhlíkovými vlákny nebo oxidem hlinitým lze použít k výrobě lopatek ventilátoru. Dalším příkladem je, že matricové kompozity slitiny na bázi niklu vyztužené nikl-chrom-hliník-iridiovým vláknem lze použít k výrobě těsnících prvků pro turbíny a kompresory.
Kromě toho jsou kryty ventilátorů, rotory, disky kompresorů a další díly v zahraničí vyrobeny z kompozitů s kovovou matricí. Ale jedním z největších problémů tohoto druhu kompozitního materiálu je to, že je snadné reagovat mezi výztužným vláknem a matricovým kovem za vzniku křehké fáze, která zhoršuje vlastnosti materiálu. Zejména při dlouhodobém používání při vyšší teplotě je reakce rozhraní výraznější. Současným řešením je přidat vhodné povlaky na povrch vlákna a legovat matricový kov podle různých vláken a různých substrátů, aby se zpomalila reakce rozhraní a zachovala se spolehlivost výkonu kompozitního materiálu.
obrázek
Materiály použité na lopatky ventilátoru motoru
Lopatka ventilátoru motoru je nejreprezentativnější a velmi důležitou součástí turbodmychadlového motoru a výkon turbodmychadla úzce souvisí s jeho vývojem. Ve srovnání s lopatkami ventilátoru z titanové slitiny mají lopatky ventilátoru z kompozitního materiálu z pryskyřice zcela zjevnou výhodu ve snížení hmotnosti. Kromě zřejmých výhod snížení hmotnosti mají kompozitní lopatky ventilátoru na bázi pryskyřice menší dopad na skříň ventilátoru po nárazu, takže je výhodné zlepšit uzavření skříně ventilátoru.
Hlavními představiteli kompozitních lopatek ventilátorů pro komerční využití v zahraničí jsou: motory řady GE90 pro B777, motory GEnx pro B787 a motory LEAP-X pro COMAC C919. Již v roce 1995 byl oficiálně uveden do komerčního provozu motor GE90-94B vybavený lopatkami ventilátoru z kompozitního materiálu na bázi pryskyřice, což znamenalo oficiální realizaci inženýrské aplikace kompozitních materiálů na bázi pryskyřic v moderních vysoce výkonných leteckých motorech. . Na základě komplexního zvážení aerodynamiky, vysoko a nízkocyklových cyklů únavy a dalších faktorů vyvinula společnost GE novou kompozitní lopatku ventilátoru pro následující motor GE90-115B.
Ve 21. století silná poptávka leteckých motorů po kompozitních materiálech s vysokou odolností proti poškození pohání další vývoj technologie kompozitních materiálů a je obtížné splnit požadavky na materiály s vysokou odolností proti poškození neustálým zlepšováním houževnatosti uhlíkových vláken. /prepregy z epoxidové pryskyřice. V důsledku toho se začaly objevovat kompozitní lopatky ventilátoru s 3D tkanou strukturou.
Materiály použité ve skříni ventilátoru motoru
Skříň ventilátoru motoru je největší stacionární částí leteckého motoru a jeho snížení hmotnosti přímo ovlivní poměr tahu k hmotnosti a účinnost leteckého motoru. Zahraniční vyspělí výrobci OEM leteckých motorů se proto vždy zavázali ke snížení hmotnosti a konstrukční optimalizaci skříně ventilátoru.
obrázek
Materiály použité pro kryty ventilátorů motoru
Protože se nejedná o hlavní nosnou součást, je kryt ventilátoru jedním z prvních dílů vyrobených z kompozitních materiálů na leteckém motoru. Kryt ventilátoru vyrobený z kompozitních materiálů může poskytnout nižší hmotnost, zjednodušenou strukturu proti námraze, lepší odolnost proti korozi a lepší odolnost proti únavě. Například motor RB211 slavné společnosti RR, PW1000G a PW4000 společnosti PW používají k přípravě víček ventilátorů kompozitní materiály na bázi pryskyřice.
Ve srovnání s hlavními rámy leteckých motorů mají kompozitní materiály na bázi pryskyřice velmi široký aplikační prostor v gondolách leteckých motorů. Světoví výrobci používají kompozitní materiály na bázi pryskyřice ve velkém měřítku na vstupy do gondol, aerodynamické kryty, obraceče tahu a obložení snižující hluk. Materiál. Pokud jde o další části, kompozitní materiály na bázi pryskyřice se v různé míře používají také v oběžných deskách ventilátoru leteckých motorů, vících těsnění ložisek a krycích deskách.
