纤维增强金属基复合材料及其在航空发动机上的应用.pdf

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1、万方数据!i；茎耋兰耋璺量墨盒翌型兰三兰苎兰垄茎当圭篁窖盟：：及其在移华声扣孝。j。?jj(中国燃气疆轮研究院成都-6ID500)，i。一j摘要回顾了纤维复合材料，尤其是金属基复合材料的发展及应用情况，对金属基复合材料应用中涉及的一些问题进行了讨论。鉴于西方发达国家航空新材料研究以及在航空发动机上应用取得的巨大成功，和我国金属基复合材料的研制、应用落后的现状，呼吁在未来航空发动机发展规划中要加大对金属基复合材料及其应用的研究，重视建立适合金属基复合材料结构强度和寿命预测分析系统。关键词纤维复台材料金属基复合材料发动机强度Fibre—rdnforcedMetalMatr奴Com

2、positesarIdAppH阻tionon筒rcrafitEngineOINGHua＆JnNCHe一血(ChinaGasTurbineEstablishment，Cherl耐u610500)Ab曲ractFibI；ecomposites，especialbLhedevelopInent锄d8ppllcaⅡonofnletal瑚trixcomp。sites，havebeenreviewedin出。paper．Discussionc衄teIsonpmbkmsaboutrnetalma晡xcoⅡ1posife印plicati蚰s．westemdeveIopedcdurI—esln

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4、comp05ibesint}1edevel叩mentofailcrafterl西nc．Key删sfmreconlposites，rnetalmat血cor“posites，en舀nes仕eng七111纤维增强复合材料为了实现并不断提高航空发动机性能和结构效率，需要成功地应用先进材料。就结构材料而言，要求材料具有高的比强度、比刚度和使用温度。但是，从已经取得很好发展的常规材料的发展趋势来看，即使把设计技术和目前的常规材料发展到高度完善和或熟，也很难进一步获得重大的收益。可以说，先进航空发动机对材料的要求已经接近常规材料的极收藕日期2fH)一12一】8限。而进一步大幅度提高发动机

5、的能力将愈加依赖采用先进的材料和新颖的设计方案的综台。目前，各国航空发动机生产商正在研制的或应用的先进材料主要包括：高温增强聚台物基复合材料、钛铝和镍铝金属化合物、金属基复台材料以及陶瓷基复合材料[1’“。顾名思义．复合材料是由两种或多种性质不同的常量固体组分构成的材料。由多组分构成的材料很多。仅当材料各组分具有明显不同的物理性质，万方数据万方数据万方数据燃气涡轮试验与研究20()1年第14卷第1期鼓筒式无盘结构，由钛基复合材料制成，与传统结构相比，可以减轻重量70％之多[。。典型的压气机转于如图1所示。於佘贰悖境特恂移体叶毹¨f．环固1典型的压气机转子结构未来的发动机无疑将

6、比目前的发动机轻，部件将在更高的温度下工作。为达到这些目的必须依靠先进的材料。新材料是实现IH唧计划的关键。由于大量采用复合材料、非金属材料，发动机正在由目前的金属材料变成非金属发动机。主要的材料有：耐温更高的超级台金和隔热涂层、金属间化合物(钛一铝和镍一铝)、树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复台材料和碳一碳复台材料以及非结构材料(轴承润滑剂)。专家预测，在2020年以前飞机发动机结构材料中金属基和陶瓷基复合材料所占比重将达到50％_2^“。普惠公司所进行的研究表明，转子占发动机总重量的24％左右。而且转子直接影响其支承结构设计，因此对发动机总重量有进一步的影响。所谓板

7、、盘、轴等。盘是转子的主要部件，除了要承受自身的惯性载荷外，它还要支承叶片和封严等部件。如果能踱少这些部件的重量，就能大大地降低轮盘高的比强度、比刚度。金属基复合材料，典型的有陶机的最佳候选。因为这些材料不仅轻，而且在较高工作温度下仍然能保持其强度。从现有的文献看L4．5_j，金属基复合材料目前在发动机上应用主要处于试验研究阶段，还未广泛进入具体型号应用，尤其是转子部件。原因是金属基复合材料的制备工艺复杂、成本昂贵，界面稳定性难于控制，性能波动大，稳定性相对较低，以及缺乏应用经验。尽管如此，由于与金属州