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航空新材料

第一篇：航空新材料浅谈国内外航空发动机和航空发动机材料发展08032223符卫平（南昌航空大学）发展航空工业，极为重要的一条，就是优先发展航空发动机工业。航空发动机是飞机的“心脏”，它的技术性能和结构关系飞机的战术技术性能、可靠性和经济性。各种类型的航空发动机都要在高温、高压、高转速、高负荷的苛刻条件下长时间地反复工作(此点与一次性的导弹发动机有所不同)，同时还要求它重量轻、体积小、使用安全可靠、经济性好。同时提出的多种性能要求和极端的工作条件，迫使各种型号的航空发动机必须设计精巧，加工精密，使用高性能的材料和成品附件。发动机综合了多学科和多种专业技术成果，技术难度大，研制周期长，耗资多。它当之无愧地代表了一个国家的工业和科技最高水平。环顾世界，也只有美、前苏联、英、法等少数工业发达国家，才能独立地研制和发展先进的航空发动机。国外大型飞机发动机发展现状和趋势（1）CFM公司志在必得。CFM公司占据150座级飞机发动机市场的最大份额，CFM56是B737的唯一动力和A320一半以上的动力，已交付使用的数量超过15600台，目前月交付量为50台左右。为继续保持其技术领先地位，CFM公司在1998-2004年实施了TECH56计划，主要研究金属材料空心风扇叶片、压比15的6级高压压气机、双环腔预旋流燃烧室（TAPS）、锯齿型喷管、低成本控制系统等，并从2007年开始将这些技术逐步用于生产型的CFM56-5B/7B发动机，大大提高了发动机的性能。此外，公司还于2004年底开始实施LEAP56计划，针对A320/B737换代机，主要研究轻质复合材料风扇叶片、压比更高的6级高压压气机、第2代TAPS、发动机诊断技术、轻重量齿轮箱和下一代控制技术等。LEAP56计划主要节点包括：2007年进行部件试验，2009-2010年进行全尺寸发动机试验，2012-2013年投入使用。（2）普惠公司誓夺失地。20世纪七八十年代，普惠公司的JT8D发动机曾创下了产量近12000台的世界纪录，一度占有75%的市场份额，但由于战略决策失误，如今几乎被CFM56挤出民机发动机市场。针对A320/B737的后继机的动力，公司目前与MTU（德）、Avio（意）和Volvo（瑞典）合作，重点发展齿轮传动涡扇发动机（GTF），推力量级为105～180kN，计划占据A320/B737后继机的所有动力市场。具体分工为MTU公司负责高压压气机（8级压气机、压比17），Avio负责风扇齿轮传动系统，Volvo负责复合材料风扇框架，并与NASA合作发展先进的TalonX低污染燃烧室。普惠公司的GTF发动机发展计划是：2007年第3季度进行地面试验验证，2008年与波音合作进行飞行验证，2008年底将正式启动该发动机的研制，2012年投入使用。（3）罗·罗公司异军突起。与普惠的迫不及待相比，罗·罗公司在A320/B737后继机项目上的反应似乎平缓许多，但它绝不是一支可以低估的力量。在技术发展上，公司分别制定了5年、10年和20年的发展规划，目前每年在技术研究上的投资都超过6亿英镑。在业务发展上，该公司通过收购美国艾利逊公司和宝马·罗罗等公司，强化了公司的核心竞争力。公司的Trent和RB211系列发动机已在176kN以上推力的大型宽体飞机发动机市场上占据领先地位。目前，罗·罗公司还在对A320/B737后继机发动机的几种方案进行讨论，并计划发展热效率较高的三转子发动机。由此可见，罗·罗公司的异军突起终会给150座级的高性能大涵道比涡扇发动机的市场竞争增添色彩。2俄罗斯干线客机发动机的发展情况俄罗斯（前苏联）已发展了多种民机用涡扇发动机，包括大涵道比涡扇发动机，如PS-90A（伊尔96/图204）、NK-93（伊尔96/图204）、D-436（图334）等，装备于图154/204/334、雅克40/42、伊尔62/76/86/96等旅客机。1962年前苏联的索洛维也夫设计局（现俄罗斯彼尔姆）研制出俄罗斯第一种用于旅客机（图124）的D-20P涡扇发动机，比英国罗·罗“康维”发动机（快帆）只晚了2年。但由于受到西方适航条例的限制，以及政治经济等非技术因素的影响，在与西方同类产品的市场竞争中处于下风。对于未来民机动力市场，俄罗斯联邦政府制定了《2002-2010年间和2015年前俄罗斯民用航空技术发展》规划，俄罗斯航空航天局实施了《研制新一代民用干线客机涡扇发动机所需的技术储备建立计划》。计划实现的目标包括：针对130～170座新一代中短程干线客机用推力68～117kN级的大涵道比涡扇发动机，并可发展到68～196kN级；2010年前，研制出性能指标高于PW6000、PW8000和SaM146，并不落后于GE公司TECH56计划的新一代民机动力核心机和验证机；瞄准2030