Авиационното производство е най-концентрираната област на високите технологии и принадлежи към напредналите производствени технологии. Например двигателят F119, разработен от Pratt & Whitney от Съединените щати, двигателят F120 на General Electric Company, двигателят M88-2 на компанията SNECMA от Франция и двигателят EJ200, съвместно разработен от Обединеното кралство, Германия , Италия и Испания. Струва си да се спомене, че тези авиационни двигатели, представляващи най-модерното ниво в света, имат обща характеристика да използват нови материали, нови процеси и нови технологии. Използваните седем нови материала се въвеждат съответно, както следва:
1
Карбон/въглероден композит
Какво представляват въглеродните/въглеродните композити? Това е композитен материал с въглеродна матрица, подсилен от въглеродни влакна и неговата тъкан, с ниска плътност (<2.0g/cm3), high strength, high specific modulus, high thermal conductivity, low expansion coefficient, good friction performance, and good thermal shock resistance , high dimensional stability, etc., especially the few candidate materials used above 1650 °C, the highest theoretical temperature is as high as 2600 °C, so it is considered to be one of the most promising high-temperature materials in the world.
Въпреки че композитите въглерод/въглерод имат много отлични високотемпературни свойства, те претърпяват окислителни реакции в аеробна среда с температура по-висока от 400 градуса, което води до рязко влошаване на свойствата на материала. Следователно прилагането на композити въглерод/въглерод в аеробни среди с висока температура трябва да има мерки за защита от окисляване. Защитата от окисление на композитите въглерод/въглерод е главно чрез следните два начина, тоест модификацията на матрицата и пасивирането на повърхностно активните точки могат да се използват за защита на композитите въглерод/въглерод при по-ниски температури; тъй като температурата се повишава, методът на покритие трябва да се използва за изолиране на композитния материал въглерод/въглерод от директен контакт с кислород, така че да се постигне целта на защитата от окисление. Понастоящем методът на покритие е най-използваният метод. С непрекъснатия напредък на науката и технологиите се разчита все повече на ултрависокотемпературните характеристики на въглеродни/въглеродни композитни материали и единственото осъществимо решение за защита от окисление при ултрависоки температурни условия може да бъде само защитата на покритието. .
Струва си да се спомене, че композитните материали на основата на C/C са нов материал с по-висока температурна устойчивост, който получи най-голямо внимание в света през последните години. Тъй като само C/C композитните материали се считат за единствените заместващи материали за роторни лопатки на турбини със съотношение на тяга към тегло над 20 и температура на входа на двигателя от 1930-2227 градуса. Най-високата стратегическа цел, преследвана от напредналите индустриални страни.
Така нареченият C/C композитен материал е подсилен с въглеродни влакна въглероден основен композитен материал, който съчетава огнеупорните свойства на въглерода с високата якост и висока твърдост на въглеродните влакна, което го прави нечуплив. Тъй като базираните на C/C композитни материали имат леко тегло, висока якост, превъзходна термична стабилност и отлична топлопроводимост, те са най-идеалните материали, устойчиви на висока температура днес, особено в среди с висока температура от 1000-1300 градуса C , Силата не само не намаля, но успя да се увеличи. Особено когато е под 1650 градуса, той все още поддържа силата и изяществото при стайна температура. Следователно композитите на основата на C/C имат голям потенциал за развитие в аерокосмическото производство.
Струва си да се спомене, че един от основните проблеми на композитните материали на базата на C / C при приложението на авиационни двигатели е лошата устойчивост на окисление. Ето защо през последните години Съединените щати приеха серия от технологични мерки за решаване на този проблем и постепенно се приложиха към новия двигател. Например опашната дюза на камерата за допълнително изгаряне на американския двигател F119, дюзата и дюзата на горивната камера на двигателя F100 и някои части от горивната камера на машината за проверка на F120 са направени от композитни материали на базата на C/C. Друг пример е френският двигател M88-2, а прътът за впръскване на гориво за допълнително изгаряне, топлинният щит и дюзата на двигателя Mirage 2000 също използват композитни материали на базата на C/C.
2
Нов материал от стомана със свръхвисока якост
Какво е стомана със свръхвисока якост? В средата на-1940 години Съединените щати разработиха Cr-Mo стомана (AISI4130) и Cr-Ni-Mo стомана (AISI 4340). След закаляване и отвръщане при ниска температура якостта на опън беше съответно 170 и 190 kgf/mm2. В началото на 50-те години Si и V бяха добавени към стомана AISI 4340, за да се получи 300M с якост на опън от 190 ~ 210 kgf/mm2. През 1960 г. International Nickel Company произвежда мартензитна стомана с якост на опън около 180 kgf/mm2, якост на счупване до 390 kgf/mm. През 70-те години на миналия век Съединените щати намалиха C и увеличиха Si на базата на 300M, подобриха якостта и разработиха стомана HP310; на базата на мартензитна стомана, тя се разви в стомана AF1410 с якост на опън от 170 kgf/mm2 и якост на счупване от 400 kgf/mm2 mm.
снимка
Струва си да се отбележи, че стоманата със свръхвисока якост трябва да има висока якост на опън и да поддържа достатъчна якост. Той също така изисква голяма специфична якост (съотношение на якост към плътност) и висок коефициент на добив (σs/σb), за да се намали теглото на компонента, и трябва да има добра заваряемост и формоспособност и други свойства на процеса. Стоманата със свръхвисока якост има много високи изисквания към металургичното качество и често се топи чрез електродъгова пещ и електрошлаково претопяване. Видовете стомани, изискващи висока чистота, се топят предимно във вакуумни индукционни пещи или вакуумни електродъгови пещи. Средно- и нисколегираните ултра-високоякостни стомани трябва да бъдат предотвратени от обезвъглеродяване по време на топлинна обработка; мартензитни стомани и втвърдяващи се неръждаеми стомани могат да бъдат третирани с твърд разтвор в обикновени нагревателни пещи. За заваряване трябва да се използва заваряване със защитен газ или заваряване с аргонова волфрамова дъга. Някои нисколегирани стомани с ултрависока якост с високо съдържание на въглерод (около 0.4 процента) трябва да бъдат облекчени от напрегнатото отгряване веднага след заваряване.
Заслужава да се отбележи, че стоманата с ултрависока якост се използва като материал за колесник на самолети. Например колесникът, използван в самолета от второ поколение, е изработен от стомана 30CrMnSiNi2A с якост на опън 1700MPa. Този вид колесник има кратък експлоатационен живот от около 2000 летателни часа.
Друг пример е, че дизайнът на изтребителя от трето поколение изисква животът на колесника да надвишава 5 000 летателни часа. В същото време, поради увеличаването на бордовото оборудване, коефициентът на тегло на конструкцията на самолета намалява и се поставят по-високи изисквания към избора на материали за колесника и технологията на производство. Както американските, така и нашите изтребители от трето поколение използват технология за производство на колесници от стомана 300M (якост на опън 1950MPa).
Всъщност подобряването на технологията за нанасяне на материали насърчава по-нататъшното удължаване на живота на колесника и разширяването на адаптивността. Например, колесникът на европейския самолет Airbus A380 използва технология за свръхголямо интегрално изковаване, нова технология за термична обработка за защита на атмосферата и технология за високоскоростно пламъчно пръскане, така че животът на колесника да може да отговаря на изискванията на дизайна. Следователно въвеждането на нови материали и производствени техники осигури замяната на самолетите.
снимка
Както всички знаем, дълготрайният дизайн на самолетите в устойчива на корозия среда поставя по-високи изисквания към материалите. Например стоманата AerMet100 има същото ниво на якост като стоманата 300M, но нейната обща устойчивост на корозия и устойчивост на корозия под напрежение са значително по-добри от стоманата 300M. Съответстващата технология за производство на колесник е приложена към усъвършенствани самолети като F/A-18E/F, F-22 и F-35. Стоманата Aermet310 с по-висока якост има по-ниска якост на счупване и непрекъснато се развива и подобрява. Скоростта на нарастване на пукнатините на устойчивата на повреди стомана със свръхвисока якост AF1410 е изключително бавна, която може да се използва като съединение на задвижващия механизъм на крилото на самолета B-1, което е с 10,6% по-леко от Ti -6Al-4V, с 60 процента увеличение на производителността на обработката и 30,3 процента намаление на разходите. Например, количеството високоякостна неръждаема стомана, използвано в руския Smig-1.42, е до 30 процента. PH13-8Mo е единствената високоякостна мартензитна втвърдяваща се неръждаема стомана, широко използвана като компоненти, устойчиви на корозия. Свръхвисокоякостни (лагерни) стомани за зъбни колела също са разработени в международен план, като CSS-42L, Gearmet C69 и др., и са използвани в двигатели, хеликоптери и космическото пространство.
3
Материал от високотемпературна сплав
Какво представляват суперсплавните материали? Високотемпературните сплави всъщност се разделят на три вида материали: високотемпературни материали от 760 градуса, високотемпературни материали от 1200 градуса и високотемпературни материали от 1500 градуса, с якост на опън от 800MPa. С други думи, това се отнася за високотемпературни метални материали, които работят дълго време при 760-1500 степен и определени условия на напрежение. Неговите важни характеристики: има отлична якост при висока температура, добра устойчивост на окисляване и устойчивост на термична корозия, добра производителност на умора, якост на счупване и други цялостни свойства и се превърна в незаменим ключов материал за горещите крайни части на газотурбинни двигатели за военни и цивилни използване по целия свят.
760-градусови високотемпературни материали От края на 30-те години Великобритания, Германия, Съединените щати и други страни започнаха да изучават суперсплави. По време на Втората световна война, за да се отговори на нуждите от нови авиационни двигатели, изследванията и използването на суперсплави навлязоха в период на бързо развитие. В началото на 1940 г. Обединеното кралство за първи път добави малко количество алуминий и титан към сплавта 80Ni-20Cr, за да образува фаза (гама прайм) за укрепване и разработи първата сплав на основата на никел с висока -температурна якост. През този период, за да посрещнат нуждите от разработването на турбокомпресори за бутални авиационни двигатели, Съединените щати започнаха да използват Vitallium сплави на базата на кобалт за направата на лопатки.
снимка
Струва си да се спомене, че Съединените щати също са разработили сплави на базата на никел Inconel за производство на горивни камери за реактивни двигатели. По-късно, за да подобрят допълнително устойчивостта на сплавта при висока температура, металурзите добавиха елементи като волфрам, молибден и кобалт към базираната на никел сплав, за да увеличат съдържанието на алуминий и титан, и разработиха серия от сплави, като като "Nimonic" в Обединеното кралство и "Nimonic" в Съединените щати. "Мар-М" и "ИН" и др.; добавяне на никел, волфрам и други елементи към сплавите на основата на кобалт за разработване на различни високотемпературни сплави, като X-45, HA-188, FSX-414 и др. Поради поради липсата на ресурси от кобалт, развитието на суперсплави на базата на кобалт е ограничено.
През 40-те години на миналия век са разработени и суперсплави на основата на желязо. През 50-те години на миналия век се появяват класове като A-286 и Incoloy901, но поради лошата стабилност при висока температура, развитието е бавно. Бившият Съветски съюз започва да произвежда суперсплави на базата на никел с марка „ЭИ“ през 1950 г., а по-късно произвежда серия „ЭП“ от деформирани суперсплави и серия ЖС от лети суперсплави. През 70-те години на миналия век Съединените щати също възприеха нов производствен процес за производство на лопатки за насочена кристализация и турбинни дискове за прахова металургия и разработиха компоненти от високотемпературни сплави, като монокристални лопатки, за да отговорят на нуждите от непрекъснато повишаване на температурата на входа на аеро - двигателни турбини.
Суперсплавите са разработени, за да отговорят на много взискателните изисквания на реактивните двигатели към материалите и са се превърнали в незаменим ключов материал за военни и граждански горещи крайни компоненти на газови турбини. В усъвършенстваните авиационни двигатели делът на високотемпературните сплави е достигнал повече от 50 процента.
Развитието на високотемпературните сплави е тясно свързано с технологичния прогрес на авиационните двигатели, особено дискът на турбината, материалът на лопатките на турбината и производственият процес на горещите части на двигателя са важни символи на развитието на двигателя. Поради високите изисквания за устойчивост на висока температура и способност за носене на напрежения на материала, Ni3 (Al, Ti) подсилена сплав Nimonic80 беше разработена в първите дни в Обединеното кралство, която беше използвана като материал за турбинната перка на турбореактивен двигател. В допълнение, сплавта от серията Nimonic непрекъснато се развива. Съединените щати са разработили дисперсионно усилени сплави на базата на никел, съдържащи алуминий и титан, като серията сплави Inconel, Mar-M и Udmit, разработени съответно от известната Pratt & Whitney Company, GE Company и Special Metals Company.
снимка
В процеса на разработване на суперсплави, производственият процес играе голяма роля за насърчаване на развитието на сплави. Поради появата на технологията за вакуумно топене, отстраняването на вредни примеси и газове в сплавите, особено прецизният контрол на състава на сплавта, непрекъснато подобрява работата на суперсплавите. По-специално, успешното изследване на нови технологии като насочено втвърдяване, монокристален растеж, прахова металургия, механично легиране, керамично ядро, керамична филтрация и изотермично коване насърчи бързото развитие на суперсплавите. Сред тях най-известна е технологията за насочено втвърдяване. Насочената и монокристална сплав, получена чрез процеса на насочено втвърдяване, има работна температура, близка до 90 процента от първоначалната точка на топене. Ето защо усъвършенстваните лопатки на авиационни двигатели по света използват насочени монокристални сплави за производството на турбинни лопатки. От глобална гледна точка, лети суперсплави на базата на никел са образували равноосни кристали, насочено втвърдени колонни кристали и системи от монокристални сплави. Прахообразните суперсплави също са разработени от първото поколение от 650 градуса до 750 градуса, 850 градуса прахови турбинни дискове и прахови дискове с двойна производителност за тези усъвършенствани високоефективни двигатели.
4
композити с керамична матрица
Какво представляват композитите с керамична матрица? Това е вид композитен материал, който използва керамика като матрица и различни влакна. Керамичната матрица може да бъде високотемпературна структурна керамика като силициев нитрид и силициев карбид. Тази усъвършенствана керамика има отлични свойства като устойчивост на висока температура, висока якост и твърдост, относително леко тегло и устойчивост на корозия. Фаталната слабост е, че са крехки. Когато са под напрежение, те ще се напукат или дори ще се счупят, за да причинят повреда на материала. Използването на високоякостни, високоеластични влакна и матричен композит е ефективен метод за подобряване на здравината и надеждността на керамиката. Влакната могат да предотвратят разширяването на пукнатини, като по този начин се получават подсилени с влакна керамични матрични композити с отлична издръжливост.
снимка
Композитите с керамична матрица са били използвани като дюзи на ракетни двигатели с течност, обтекатели на ракети, носови конуси на космически совалки, спирачни дискове на самолети и автомобилни спирачни дискове от висок клас и т.н., превръщайки се във важен клон на високотехнологичните нови материали.
Тъй като керамичните материали имат отлична устойчивост на износване, висока твърдост и добра устойчивост на корозия, те са широко използвани. Най-големият недостатък на керамиката обаче е, че е крехка и чувствителна към пукнатини и пори. От 80-те години на миналия век композитите с керамична матрица, получени чрез добавяне на частици, мустаци и влакна към керамични материали, значително подобриха якостта на керамиката.
Композитите с керамична матрица имат висока якост, висок модул, ниска плътност, устойчивост на висока температура, устойчивост на износване и устойчивост на корозия и добра издръжливост и се използват във високоскоростни режещи инструменти и компоненти на двигатели с вътрешно горене. Развитието на този вид материал обаче е сравнително късно и потенциалът му тепърва ще се развива. Фокусът на изследването е да се приложи към високотемпературни материали и устойчиви на износване и корозия материали, като подобрени турбини за двигатели с вътрешно горене с висока мощност, термични компоненти за аерокосмически превозни средства и двигатели на превозни средства вместо метали, нефтохимически контейнери , оборудване за изгаряне на отпадъци и др.
Когато става въпрос за керамика, хората естествено се сещат за нейната крехкост. Преди повече от десет години, ако се използваше като носеща част в областта на инженерството, беше невъзможно някой да го приеме. Досега, когато става дума за керамични композитни материали, някои хора може да не са наясно, мислейки, че керамиката и металите първоначално са два неподходящи материала. Въпреки това, тъй като хората умело комбинираха керамика и метали, концепцията на хората за този материал претърпя фундаментална промяна, която е керамични матрични композити.
Композитният материал с керамична матрица е много обещаващ нов структурен материал в областта на авиационната индустрия, особено при прилагането на производството на авиационни двигатели, той все повече показва своята уникалност. В допълнение към предимствата на лекото тегло и високата твърдост композитите с керамична матрица също имат отлична устойчивост на висока температура и устойчивост на корозия при висока температура. Понастоящем композитите с керамична матрица са надминали металните топлоустойчиви материали по отношение на устойчивост на висока температура и имат добри механични свойства и химическа стабилност. Те са идеални и отлични материали за зони с висока температура на високопроизводителни турбинни двигатели.
снимка
Страните по света се съсредоточават върху изследвания върху керамика, подсилена със силициев нитрид и силициев карбид, за да отговорят на материалните изисквания на следващото поколение усъвършенствани двигатели
материали и постигна голям напредък, особено в съвременните авиационни двигатели. Например двигателят F120 на американската машина за проверка, устройството за уплътняване на турбината с високо налягане и някои високотемпературни части на горивната камера са направени от керамични материали. За друг пример, горивната камера и дюзата на френския двигател M88-2 също използват композитни материали с керамична матрица.
5
Нови материали от интерметални съединения
Какво представляват интерметалните съединения? Съединения на метали и метали или метали и металоиди (като H, B, N, S, P, C, Si и др.). Атомите на двата метала се комбинират в определено съотношение, за да образуват състав на сплав, който е различен от първоначалните две кристални решетки. Интерметалните съединения са нови видове материали, които са получили широко внимание.
снимка
Всъщност разработването на авиационни двигатели с висока производителност и високо съотношение на тяга към тегло насърчи разработването и приложението на интерметални съединения. Интерметалните съединения обикновено са съединения, съставени от бинарни, троични или многоелементни метални елементи. Интерметалните съединения имат голям потенциал при високотемпературни структурни приложения. Има висока работна температура, специфична якост, топлопроводимост и особено при висока температура, също така има добра устойчивост на окисляване, устойчивост на корозия и висока якост на пълзене. . В допълнение, тъй като интерметалното съединение е нов материал между суперсплавта и керамичния материал, то запълва празнината между двата материала, така че се превръща в един от идеалните материали за високотемпературни компоненти на авиационни двигатели.
В глобалната структура на авиационни двигатели изследванията и разработките са фокусирани главно върху интерметални съединения като титан-алуминий и никел-алуминий. Тези титаново-алуминиеви съединения имат основно същата плътност като титана, но имат по-висока работна температура. Например, работните температури на TiAl са съответно 816 градуса и 982 градуса. Интерметалното съединение има силна връзка между атомите и сложна кристална структура, което го прави трудно да се деформира, и е твърдо и крехко при стайна температура. След години на експериментални изследвания беше успешно разработен нов тип сплав с висока температурна якост, пластичност и издръжливост при стайна температура, която беше инсталирана и използвана и ефектът е много добър. Например, високопроизводителният двигател F119 в Съединените щати използва интерметални съединения в корпуса и турбинните дискове, а лопатките на компресора и дисковете на двигателя F120 на машината за проверка използват нови титаниево-алуминиеви интерметални съединения.
6
композитни материали със смола
Какво представляват композитните материали със смола? Това е подсилен с влакна материал на базата на органичен полимер, обикновено използващ подсилващи влакна като стъклени влакна, въглеродни влакна, базалтови влакна или арамидни влакна. Композитните материали на основата на смола се използват широко в авиационната, автомобилната и морската промишленост.
снимка
Смоляната матрица на композитните материали е основно термореактивна смола. Още през 40-те години на миналия век пластмасите, подсилени с фибростъкло, се използват като обтекатели на изтребители и бомбардировачи. През 60-те години на миналия век Съединените щати използваха епоксидна смола, подсилена с борни влакна, като кормила, хоризонтални стабилизатори, задни ръбове на крилата, врати на кормилата и т.н. на военни самолети като F-4 и F-111. По отношение на производството на ракети, в края на 50-те години на миналия век, корпусът на втория етап на ракетния двигател с твърдо гориво на американската подводна ракета със среден обсег „Polaris A-2“ използва части за навиване от епоксидна смола, подсилени със стъклени влакна, които са по-добри отколкото стоманени корпуси. 27 процента по-лек; по-късно вместо обикновени стъклени влакна бяха използвани високоефективни стъклени влакна, за да се направи "Polaris A-3", което направи теглото на корпуса с 50 процента по-леко от това на стоманения корпус, така че гамата на "Polaris A{{ 12}}" ракетата е променена от 2700 хиляди метра, увеличена на 4500 км. През 70-те години на миналия век арамидните влакна бяха използвани вместо стъклени влакна за подсилване на епоксидна смола и здравината беше значително подобрена, докато теглото беше намалено. Композитите от епоксидна смола, подсилени с въглеродни влакна, се използват широко в самолети, ракети, сателити и други конструкции.
Изследванията върху приложението на композитни материали на базата на смола в авиационни турбовентилаторни двигатели започват през 50-те години на миналия век. След повече от 60 години развитие, GE, PW, RR, MTU, SNECMA и други компании са инвестирали много енергия в изследването и разработването на композитни материали на базата на смола и са постигнали голям напредък, а неговото инженерство е се прилага за активни авиационни турбовентилаторни двигатели и има тенденция за по-нататъшно разширяване на приложението му.
Експлоатационната температура на смолистите матрични композити обикновено не надвишава 350 градуса. Следователно композитите със смола и матрица се използват главно в студения край на авиационни двигатели.
7
композити с метална матрица
Какво представляват композитите с метална матрица? Това е композитен материал, който е изкуствено комбиниран с метал и неговата сплав като матрица и една или няколко метални или неметални армировки. Повечето от неговите подсилващи материали са неорганични неметали, като керамика, въглерод, графит и бор и др., Могат да се използват и метални проводници. Заедно с полимерни матрични композити, керамични матрични композити и въглеродни/въглеродни композити, той образува модерна композитна система.
снимка
Характеристиките на композитните материали с метална матрица: по отношение на механиката те имат висока напречна и якост на срязване, добри цялостни механични свойства като издръжливост и умора, а също така имат топлопроводимост, електрическа проводимост, устойчивост на износване, малък коефициент на топлинно разширение, добро затихване , без абсорбция на влага и без устойчивост на корозия. Предимства като стареене и липса на замърсяване. Например, специфичната якост на алуминиевите композитни материали, подсилени с въглеродни влакна, е 3~4×107mm, а специфичният модул е 6~8×109mm. Например, специфичният модул на магнезий, подсилен с графитни влакна, може да достигне 1,5 × 1010 mm, а коефициентът му на топлинно разширение е почти нула.
Струва си да се спомене, че в сравнение с композитните материали на основата на смола, композитните материали на основата на метал имат добра издръжливост, не абсорбират влага и могат да издържат на относително високи температури. Усилващите влакна на композитите с метална матрица включват метални влакна, като неръждаема стомана, волфрам, олово, никел-алуминиеви интерметални съединения и др.; керамични влакна, като алуминий, силициев оксид, въглерод, бор, силициев карбид и др.
Матричните материали на композитите с метална матрица включват алуминий, алуминиева сплав, магнезий, брадичка и брадичка сплави, топлоустойчиви сплави, диамантени сплави и др. Сред тях композитните материали на базата на алуминиеви сплави, алуминиеви сплави и железни сплави в момента са основният избор . Например подсилени с влакна SiC матрични композити от сплав Chin могат да се използват за направата на компресорни лопатки. Усилени с въглеродни влакна или алуминиеви влакна матрици от магнезий или магнезиева сплав могат да се използват за производство на лопатки на турбовентилатори. Друг пример е, че никел-хром-алуминий-иридиеви матрични композити от сплави, подсилени с никелови влакна, могат да се използват за производство на уплътнителни елементи за турбини и компресори.
В допълнение, корпусите на вентилаторите, роторите, компресорните дискове и други части са направени от метални матрични композити в чужбина. Но един от най-големите проблеми с този вид композитен материал е, че е лесно да се реагира между усилващото влакно и метала на матрицата, за да се получи крехка фаза, която влошава работата на материала. Особено когато се използва дълго време при по-висока температура, реакцията на интерфейса е по-забележима. Текущото решение е да се добавят подходящи покрития върху повърхността на влакната и да се легира металът на матрицата според различни влакна и различни субстрати, така че да се забави реакцията на интерфейса и да се поддържа надеждността на работата на композитния материал.
снимка
Материали, използвани в лопатките на вентилатора на двигателя
Перката на вентилатора на двигателя е най-представителната и много важна част от турбовентилаторния двигател и работата на турбовентилаторния двигател е тясно свързана с неговото развитие. В сравнение с лопатките на вентилатора от титаниева сплав, лопатките на вентилатора от композитен материал със смола и матрица имат много очевидно предимство при намаляване на теглото. В допълнение към очевидните предимства на намаляването на теглото, базираните на смола композитни перки на вентилатора имат по-малко въздействие върху корпуса на вентилатора след удар, така че е полезно да се подобри задържането на корпуса на вентилатора.
Основните представители на композитни лопатки на вентилатори за търговско приложение в чужбина са: двигатели от серия GE90 за B777, двигатели GEnx за B787 и двигатели LEAP-X за COMAC C919. Още през 1995 г. двигателят GE90-94B, оборудван с лопатки на вентилатора от композитен материал на базата на смола, беше официално пуснат в търговска експлоатация, отбелязвайки официалната реализация на инженерното приложение на композитни материали на базата на смола в съвременните високопроизводителни авиационни двигатели . Въз основа на цялостно разглеждане на аеродинамиката, циклите на умора при висок и нисък цикъл и други фактори, GE разработи нова композитна перка на вентилатора за последващия двигател GE90-115B.
През 21-ви век силното търсене на авиационни двигатели за композитни материали с висока устойчивост на повреди стимулира по-нататъшното развитие на технологията за композитни материали и е трудно да се изпълнят изискванията на материалите с висока устойчивост на повреди чрез непрекъснато подобряване на здравината на въглеродните влакна /предварително импрегнирани епоксидни смоли. В резултат на това започнаха да се появяват лопатки на вентилатора с 3D тъкана структура.
Материали, използвани в корпуса на вентилатора на двигателя
Корпусът на вентилатора на двигателя е най-голямата неподвижна част от авиационен двигател и намаляването на теглото му ще повлияе пряко на съотношението тяга към тегло и ефективността на авиационния двигател. Следователно, чуждестранните усъвършенствани OEM производители на авиационни двигатели винаги са били ангажирани с намаляването на теглото и структурната оптимизация на корпуса на вентилатора.
снимка
Материали, използвани за капака на вентилатора на двигателя
Тъй като не е основен носещ компонент, кожухът на вентилатора е една от първите части, направени от композитни материали на авиационен двигател. Кожухът на вентилатора, изработен от композитни материали, може да осигури по-леко тегло, опростена структура против заледяване, по-добра устойчивост на корозия и по-добра устойчивост на умора. Като двигателят RB211 на известната компания RR, PW1000G и PW4000 на компанията PW използват композитни материали на основата на смола за подготовка на капачки на вентилатори.
В сравнение с мейнфреймите на авиационни двигатели, композитните материали на основата на смола имат много широко приложение в гондолите на авиационни двигатели. Световните производители са използвали композитни материали на базата на смола в голям мащаб във входове на гондолите, обтекатели, реверси на тягата и облицовки за намаляване на шума. Материал. По отношение на други части, композитните материали на основата на смола също се прилагат в различна степен в направляващите плочи на вентилатора на авиационни двигатели, уплътнителните капаци на лагери и покривните плочи.
