一、航空發(fā)動機的關(guān)鍵材料有哪些

（一） 航空發(fā)動機上應(yīng)用的先進金屬材料

1、鋁合金

鋁合金具有比模量與比強度高、耐腐蝕性能好、加工性能好、成本低廉等突出優(yōu)點，因此被認(rèn)為是航空航天工業(yè)中用量最起著至關(guān)重要的作用。主要應(yīng)用位置：發(fā)動機艙、艙體結(jié)構(gòu)、承載壁板、梁、儀器安裝框架、燃料儲箱等。

2、鈦合金

與鋁、鎂、鋼等金屬材料相比，鈦合金具有比強度很高、抗腐蝕性能良好、抗疲勞性能良好、熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點，可以在350~450℃以下長期使用，低溫可使用到-196℃。主要應(yīng)用位置：航空發(fā)動機的壓氣機葉片、機匣、發(fā)動機艙和隔熱板等。

3、超高強度鋼

超高強度鋼具有很高的抗拉強度和足夠的韌性，并且有良好的焊接性和成形性。主要應(yīng)用位置：航天發(fā)動機殼體、發(fā)動機噴管、軸承和傳動齒輪。

如今，航空發(fā)動機性能不斷的提高，重量相比過去有了很大的減少，在依靠整體葉盤、整體葉環(huán)、空心葉片和對轉(zhuǎn)渦輪等新穎結(jié)構(gòu)的同時，將會更看重高比強度、低密度、高剛度和耐高溫能力強的先進材料。傳統(tǒng)的航空發(fā)動機材料（鎳合金和鈦合金）雖然仍然可以進一步發(fā)展，但它的發(fā)展空間已經(jīng)不大了，很難滿足未來航空發(fā)動機更加苛刻的溫度和重量要求。

現(xiàn)在，樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和C/C復(fù)合材料因為具有優(yōu)良的低溫性能，已成為航空發(fā)動機風(fēng)扇和壓氣機等部件的候選材料。

（二）航空發(fā)動機上應(yīng)用的先進復(fù)合材料

1、金屬基復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料主要是指以Al、Mg等輕金屬為基體的復(fù)合材料。在航空和宇航方面主要用它來代替輕但有毒的鈹。這類材料具有優(yōu)良的橫向性能、低消耗和優(yōu)良的可加工性，已成為在許多應(yīng)用領(lǐng)域最具商業(yè)吸引力的材料，并且在國外已實現(xiàn)商品化。

其中以鋁鏗合金、欽及鐵合金為基的復(fù)合材料是目前主要選擇對象。如以碳化硅纖維增強欽合金基體復(fù)合材料可用來制造壓氣機葉片。碳纖維或氧化鋁纖維增強鎂或鎂合金基體復(fù)合材料可用來制造渦輪風(fēng)扇葉片。又如鎳鉻鋁銥纖維增強鎳基合金基體復(fù)合材料可用來制造渦輪及壓氣機用的密封元件。

在不久的將來，金屬復(fù)合材料將會取代鎳、鈦合金，成為未來航空發(fā)動機的主要材料。

2、陶瓷基復(fù)合材料

陶瓷基復(fù)合材料（CMC）由于其本身耐溫高、密度低的優(yōu)勢，在航空發(fā)動機上的應(yīng)用呈現(xiàn)出從低溫向高溫、從冷端向熱端部件、從靜子向轉(zhuǎn)子的發(fā)展趨勢。

CMC材料具有耐溫高、密度低、類似金屬的斷裂行為、對裂紋不敏感、不發(fā)生災(zāi)難性損毀等優(yōu)異性能，有望取代高溫合金滿足熱端部件在更高溫度環(huán)境下的使用，不僅有利于大幅減重，而且還可以節(jié)約甚至無須冷氣，從而提高總壓比，實現(xiàn)在高溫合金耐溫基礎(chǔ)上進一步提升工作溫度400～500℃，結(jié)構(gòu)減重50%～70%，成為航空發(fā)動機升級換代的關(guān)鍵熱結(jié)構(gòu)用材。

3、樹脂基復(fù)合材料

先進樹脂基復(fù)合材料是以高性能纖維為增強體、高性能樹脂為基體的復(fù)合材料。與傳統(tǒng)的鋼、鋁合金結(jié)構(gòu)材料相比，它的密度約為鋼的1/5，鋁合金的1/2，且比強度與比模量遠高于后二者。主要應(yīng)用位置：航空發(fā)動機冷端部件（風(fēng)扇機匣、壓氣機葉片、進氣機匣等）和發(fā)動機短艙、反推力裝置等部件上得到廣泛應(yīng)用。

與常規(guī)的鈦合金風(fēng)扇外涵機匣相比，在保證能夠執(zhí)行所有功能和承受整臺發(fā)動機的靜態(tài)與飛行載荷的前提下，樹脂基復(fù)合材料制造的外涵機匣能減輕發(fā)動機的重量，減少發(fā)動機的研制成本。

與鈦合金的靜子葉片相比，樹脂基復(fù)合材料靜子葉片能減輕重量50%，降低成本50%以上。同時，通過優(yōu)化纖維取向，復(fù)合材料靜子葉片的固有頻率可以被修正，以加大其許用機械和氣動設(shè)計空間。

4、C/C復(fù)合材料

碳/碳復(fù)合材料是一種新型高溫材料，具有重量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸振性好等一系列優(yōu)異性能。該材料的密度不到2.0g/cm3，僅為鎳基高溫合金的1/4，陶瓷材料的1/2，尤其是這種材料隨著溫度升高(可達2200℃)其強度不僅不降低，甚至比室溫還高，這是其它材料所無法比擬的獨特的性能。

早在80年代初，美國就開始研制碳/碳渦輪盤和渦輪葉片，以后又先后進行了F100飛機發(fā)動機的燃燒室和噴管試驗，JTD試驗機低壓整體渦輪盤及葉片試驗，還進行可1760地面超速試驗。德國、俄羅斯和日本已相繼成功研制渦輪外環(huán)和整體渦輪。

目前盡管都認(rèn)為碳/碳材料是新型高性能航空發(fā)動機熱端部件的可選材料，但國內(nèi)外都還沒有把碳/碳材料真正用于發(fā)動機的轉(zhuǎn)動部件，究其原因，關(guān)鍵是以下問題還未得到很好解決：

（1）抗氧化問題，由于航空發(fā)動機工作時間長、溫度高，而碳材料在400℃以上就會開始氧化，這是一個尖銳矛盾。

（2）碳/碳材料與傳統(tǒng)金屬材料在性能、結(jié)構(gòu)等方面均不相同，傳統(tǒng)的設(shè)計將不適用于碳/碳材料，必須根據(jù)該材料的特點進行特殊、全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這方面的研究需要進一步深入。

（3）性能的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性是實用的前提，對于復(fù)合材料而言這是一個難點，要求有相應(yīng)穩(wěn)定的工藝、增強體質(zhì)量、基體質(zhì)量、均勻性等一系列問題，尚需深入研究。

隨著對復(fù)合材料研究工作的不斷深入和科學(xué)家們的不斷探索，加之輔以持續(xù)改進的生產(chǎn)和加工工藝，使復(fù)合材料應(yīng)用的普遍性、實用性、高效性得到了巨大的提高，應(yīng)用前景非常廣闊。但是不可忽視，現(xiàn)在復(fù)合材料在生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域還存在許多問題，而這些問題也在一定程度上限制了復(fù)合材料的發(fā)展。因此，對復(fù)合材料的研究仍將繼續(xù)下去。

二、航空發(fā)動機的五大部件是什么

航空發(fā)動機主要分為五大部件，分別是進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管。

1、航空發(fā)動機進氣道主要的作用是在各種工作狀態(tài)下，能夠?qū)⒆銐蛄康目諝?，以最小的流動損失，引入壓氣機。亞音速進氣道是擴張型的管道。它由殼體和整流錐組成。

2、壓氣機是航空發(fā)動機的重要組成部分之一。它的主要作用是通過高速旋轉(zhuǎn)的葉片對空氣做功，對流過它的空氣進行壓縮，提高空氣的壓力，為之后在氣體在燃燒室中的燃燒創(chuàng)造條件，以改善發(fā)動機的經(jīng)濟性，增加發(fā)動機的推力。

3、燃燒室是發(fā)動機的重要部件之一。燃燒室位于壓氣機和渦輪之間，其主要作用是高壓空氣和燃油充分混合燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，形成高溫高壓的燃?xì)狻０l(fā)動機的可靠性、經(jīng)濟性和壽命很大程度由它決定。燃燒室有三種基本構(gòu)型，分別是分管燃燒室、聯(lián)管燃燒室和環(huán)形燃燒室。無論那種燃燒室，為了滿足基本功能都采用了減速擴壓、分股進氣等技術(shù)。燃燒室由進氣裝置（擴壓器）、火焰筒、噴嘴、點火裝置和殼體組成。

4、渦輪是航空發(fā)動機的重要部件之一。安裝在燃燒室的后面，它的作用是將高溫燃?xì)庵械臒崮芎蛪毫ξ荒苻D(zhuǎn)變?yōu)楣?，高溫高壓的氣體在渦輪中膨脹，推動渦輪旋轉(zhuǎn)，帶動風(fēng)扇和壓氣機工作。航空燃?xì)鉁u輪的特點是功率大、燃?xì)鉁囟雀?、轉(zhuǎn)速高、效率高和重量輕。

5、尾噴管安裝在渦輪的后部，也是發(fā)動機的重要部件之一。主要作用是將從渦輪流出的燃?xì)馀蛎浖铀伲瑢⑷細(xì)獠糠值撵兽D(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，提高燃?xì)馑俣?，使燃?xì)庖院艽蟮乃俣扰懦觯a(chǎn)生較大的推力。