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时间:2019-09-25 12:42来源:轻航之家 作者:中国航空
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碳/碳复合材料

C/C基复合材料是近年来最受重视的一种更耐高温的新材料。到目前为止,只有C/C复合材料是被认为唯一可做为推重比20以上,发动机进口温度可达1930-2227℃涡轮转子叶片的后继材料,是美国21世纪重点发展的耐高温材料,世界先进工业国家竭力追求的最高目标。C/C基复合材料,即碳纤维增强碳基本复合材料,它把碳的难熔性与碳纤维的高强度及高刚性结合于一体,使其呈现出非脆性破坏。由于它具有重量轻、高强度,优越的热稳定性和极好的热传导性,是当今最理想的耐高温材料,特别是在 1000-1300℃的高温环境下,它的强度不仅没有下降,反而有所提高。在1650℃以下时依然还保持着室温环境下的强度和风度。因此C/C基复合材料在宇航制造业中具有很大的发展前途。

 

 

C/C基复合材料在航空发动机上应用的主要问题是抗氧化性能较差,近几年美国通过采取一系列的工艺措施,使这一问题不断得到解决,逐步应用在新型发动机上。例如美国的F119发动机上的加力燃烧室的尾喷管,F100发动机的喷嘴及燃烧室喷管,F120验证机燃烧室的部分零件已采用C/C基复合材料制造。法国的M88-2发动机,幻影2000型发动机的加力燃烧室喷油杆、隔热屏、喷管等也都采用了C/C基复合材料。

树脂基复合材料

树脂基复合材料在航空涡扇发动机上的应用研究始于20世纪50年代,经过60余年的发展,GE、PW、RR以及MTU、SNECMA等公司投入了大量精力进行树脂基复合材料研发,取得了很大进展,已经将其工程化应用到现役航空涡扇发动机,并且还有进一步扩大应用量的趋势。

 

 

树脂基复合材料的服役温度一般不超过350℃。因此,树脂基复合材料主要应用于航空发动机的冷端。树脂基复合材料在国外先进航空发动机上的主要应用部位如图所示。

风扇叶片:发动机风扇叶片是涡扇发动机最具代表性的重要零件,涡扇发动机的性能与它的发展密切相关。与钛合金风扇叶片相比,树脂基复合材料风扇叶片具有非常明显的减重优势。除具有明显的减重优势之外,树脂基复合材料风扇叶片受撞击后对风扇机匣的冲击较小,有利于提升风扇机匣包容性。

目前,国外已进行商业化应用的复合材料风扇叶片的主要代表有为B777配套的GE90系列发动机,为B787配套的GEnx发动机,还有为中国商飞C919配套的LEAP-X发动机。1995年,装配树脂基复合材料风扇叶片的GE90-94B发动机正式投入商业运营,标志着树脂基复合材料在现代高性能航空发动机上正式实现工程化应用。在综合考虑空气动力学、高低周疲劳循环等因素的基础上,GE公司又为后续的GE90-115B发动机研制了新的复合材料风扇叶片。

进入21世纪,航空发动机对高损伤容限复合材料的强烈需求牵引着复合材料技术进一步发展,而通过不断提高碳纤维/环氧树脂预浸料韧性的方法已经很难满足高损伤容限的要求。在此背景下,3D编织结构复合材料风扇叶片应运而生。
 
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