先进树脂基复合材料在航空发动机上的应用及研究进展

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1、专稿FEATURE先进树脂基复合材料在*航空发动机上的应用及研究进展1111223高禹，李洋洋，王柏臣，于祺，王绍权，董尚利，包建文（1.沈阳航空航天大学航空航天工程学部，沈阳110136；2.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨150001；3.中国航发北京航空材料研究院，北京100095）[摘要]随着先进树脂基复合材料在航空发动机上用量的增加和应用范围的扩大，航空发动机部件对材料本身的性能要求也越来越高。从不同种类树脂基体方面综述了近些年航空发动机各部件上先进树脂基复合材料的应用和耐高温性能的研究进展情况，提出了未来的可能发展趋势

2、。关键词：树脂基复合材料；航空发动机部件；耐高温性能；减重DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2016.21.016近年来，提高航空发动机性能成有优异的综合性能，因此习惯上已将[5]为航空领域研究的核心问题。高性其称为先进树脂基复合材料。目能航空发动机具有高推重比、低油前树脂基体按耐高温性能排列主要耗、长寿命等特点，其在一定程度上包括环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和是国家综合实力的重要标志之一。聚酰亚胺树脂。推重比是航空发动机推力与重量之20世纪50年代，国外在先进树比，提高发动机推力、减轻发动机重脂基复合材料航空涡扇发

3、动机上开[6]量是直接提高发动机推重比的有效展了研究与应用工作，发展到21途径。世纪，多项研究与应用工作均取得了提高发动机推力可以通过增加很大的进展。其中，航空发动机生产涡轮进气口温度实现，传统材料不能商美国通用电气（GE）、英国罗尔斯满足发动机工作环境对耐高温性能-罗伊斯（R-R）、美国普拉特·惠特的要求，对新型碳纤维增强树脂基复尼（P&W）等公司致力于研究先进树高禹合材料近些年在提高耐高温性能方脂基复合材料在航空发动机各部件教授，工学博士，主要研究方向为面做了很多努力，取得了很大进步。的应用，以改善发动机推重比和耗油空间环境因素作用下

4、先进树脂基复合材料的损伤效应及机理、聚合物基复合碳纤维增强树脂基复合材料是以树量。通过了解航空发动机的历史和材料动态力学行为及损伤机理、聚合物脂为基体，利用高性能纤维作为增强未来发展趋势，能给下一步先进树脂基复合材料低成本制备与应用技术，发体的一类材料，具有高比模量、高比基复合材料的研究工作指出明确的表学术论文40余篇。强度、耐腐蚀、抗疲劳、可设计性强等发展方向。特点，可满足先进航空发动机对材[1-4]碳纤维增强环氧树脂基料的要求，已经在航空发动机一*基金项目：国家自然科学基金（51373102、复合材料些部件中有较为成熟的应用（图1）。

5、51073094和51303106）和沈阳市人才专项基金（2012081203019）。同时，碳纤维增强树脂基复合材料具碳纤维增强环氧树脂基复合材16航空制造技术·2016年第21期专稿FEATURE复合材料风扇叶片复合材料降噪蜂窝内衬温、热循环、湿热等环境时，会影响材复合材料风扇出口导向叶片料的各项力学性能、质损率及膨胀系[15]数。马力等通过试验第1级风扇叶片遭鸟撞后材料损伤情况发现，撞击叶尖和叶中损伤最大，会导致破复合材料风扇帽罩损、产生裂纹和凸肩搭接等。因此发复合材料风扇机匣动机风扇叶片材料的选择尤为重要。图1树脂基复合材料在航空

6、发动机上的应用航空发动机叶片在工作状态下高速Fig.1AppIicationofresinmatrixcompositesinaircraftengine旋转，受到离心力、气动力等载荷作料工作温度一般不超过130℃，能满纪90年代，GE公司致力于研究碳纤用，叶片本身产生拉伸应力、弯曲应足高性能发动机冷端部件对温度、质维增强树脂基复合材料，选用T700力、扭转应力等。经过试验研究发现，量、强度、模量的要求，在风扇机匣及碳纤维和PR520环氧树脂进行复合，先进树脂基复合材料在满足风扇叶包容环、风扇叶片、风扇帽罩、短舱和并成功将全树脂基复合材料

7、应用在片对各项力学性能要求的同时还能[7-9]反推力装置等部件具有广泛应用。GEnx航空发动机风扇包容机匣和包达到减重的目的，是比较理想的风扇风扇机匣和包容环的主要功能容环上，可使发动机减重160kg，材料叶片材料。是防止航空发动机风扇叶片遭异物制备过程采用二维三轴编织技术制1995年GE90发动机正式投放撞击后脱落造成严重后果，由此风扇造预成型体，RTM技术整体成型。图市场，风扇叶片由IM7中长碳纤维[10]机匣及包容环的包容性成为体现航2为GEnx发动机风扇机匣。刘璐和8551-7环氧树脂复合而成，替代[11]空发动机安全稳定性能的重

8、要指标璐对利用缎纹机织与二维三轴了传统钛合金材料，风扇直径3.12m，之一，各国相继发布条款对发动机包编织不同技术制备的树脂基复合材转子由22片复合材料叶片组成。由容性提出明确要求。风扇机匣和