金属骨架陶瓷基复合材料涡轮导叶研究进展-论文.pdf

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1、第4O卷第1期航空发动机Vo1．40NO．12014年2月AeroengineFeb．2014金属骨架陶瓷基复合材料涡轮导叶研究进展陈辉煌，巩龙东，申秀丽(北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191)摘要：金属骨架陶瓷基复合材料涡轮导叶(金属骨架陶瓷导叶)耐高温、耐腐蚀、密度小，且韧性好，解决了高温合金难以承受越来越高的涡轮前温度的难题。介绍了金属骨架陶瓷导叶的国内外研究背景，分析了该导叶工程应用的关键技术：认为通过改变陶瓷叶型与金属骨架沿周向的接触方式(柔性接触和点／线接触)可缓解二者的周向

2、热变形协调，尽量减少陶瓷叶型与金属支撑板的刚性接触有益于径向热变形协调；金属与陶瓷基复合材料之间的连接必须解决化学相容性与物理匹配性的问题；探讨了该导叶的力学性能计算及试验验证方法。最后指出了金属骨架陶瓷导叶未来的研究方向。关键词：金属骨架陶瓷基复合材料；涡轮导叶；试验；力学性能；航空发动机中图分类号：V229文献标识码：Adoi：1O．13477~．cnki．aeroengine．2014．01．012ResearchProgressonCeramicMatfixCompositesTurbineVa

3、newithMetalCoreCHENHui—huang，GONGLong—dong，SHENXiu—li(SchoolofEnergyandPowerEngineering，BeihangUniversity，Beijing100191，China)Abstract：TheCeramicMatrixComposites(CMC)turbinevanewithmetalcore(metalcoreceramicvane)hashightemperatureresistance，corrosionresi

4、stance，smalldensityandgoodflexibilitywhichsolvestheproblemofhightemperaturealloyenduringthemoreandmorehighturbineinlettemperoture．ThedomesticandinternationalresearchbackgroundoftheCMCturbinevanewithmetalcorewereintroduced．Thekeytechnologyofengineeringapp

5、licationofvanewasanalyzed．Thecircularthermaldeformationcoordinationwerealleviatedbychangingthecontactingmethod(flexibilitycontactingandpoint／linecontacting)oftheceramicshellandthemetalcore．Therigidcontactingoftheceramicshellandthemetalsupportingplatewasb

6、enefittotheradialthermaldeformationcoordination．TheconnectionbetweenthemetalandCMCwouldsolvethechemicalcompatibilityandphysicalmatching．Themechanicalpropertiescalculationandtestexperimentalverificationmethodswerediscussed．Thefutureresearchdirectionofthec

7、eramicvanewithmetalcorewereindicated．Keywords：CMCwithmetalcore；turbinevane；testing；mechanicalproperties；aeroengine是C／C在高温燃气环境下容易被氧化【7I，而CMC具有0引言耐高温、耐腐蚀、密度／]~,lsl的优点，是研制高温涡轮导新一代航空发动机要求具有更高推重比、更高可叶的理想材料。目前，很多机构研发了陶瓷基复合材靠性和更长寿命ll1。而发动机推力的增大在很大程度料涡轮导叶，并进行了试验

8、：NASAGlenn研制的l依赖于涡轮前温度的提高II。推重比为15～20的发SiCf／SiC涡轮叶片可使冷却气流量减少15％～25％，动机的涡轮前进口温度最高达2250～2350K13~41。镍并通过了燃烧室出口气流速度为60m／s、6．06X10基高温合金作为航空发动机涡轮导叶的常用材料，其MPa和1200下的环境试验考核Lgl；MATECI]GSM最高1-作温度为1100，已经达到其使用温度的极公司研制的全CMC涡轮导向器的最高使刚温