A repülésgyártás a csúcstechnológia legkoncentráltabb területe, és a fejlett gyártástechnológiához tartozik. Például az egyesült államokbeli Pratt & Whitney által kifejlesztett F119-es motor, a General Electric Company F120-as motorja, a francia SNECMA Company M88-2 motorja, valamint az Egyesült Királyság és Németország által közösen kifejlesztett EJ200-as motor. , Olaszország és Spanyolország. Érdemes megemlíteni, hogy ezeknek a világ legfejlettebb szintjét képviselő repülőgépmotoroknak közös jellemzője az új anyagok, új eljárások és új technológiák alkalmazása. A felhasznált hét új anyag az alábbiak szerint kerül bevezetésre:
1
Szén/szén kompozit
Mik azok a szén/szén kompozitok? Ez egy szén mátrixú kompozit anyag, amelyet szénszál és annak szövete erősített, alacsony sűrűségű (<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.
Bár a szén/szén kompozitok számos kiváló magas hőmérsékleti tulajdonsággal rendelkeznek, aerob környezetben 400 foknál magasabb hőmérsékletű oxidációs reakciókon mennek keresztül, ami az anyag tulajdonságainak meredek romlását eredményezi. Ezért a szén/szén kompozitok magas hőmérsékletű aerob környezetben történő alkalmazásakor oxidáció elleni védőintézkedéseket kell alkalmazni. A szén/szén kompozitok oxidációvédelme főként az alábbi két módon valósul meg, vagyis a mátrixmódosítás és a felületaktív pontok passziválása felhasználható a szén/szén kompozitok védelmére alacsonyabb hőmérsékleten; a hőmérséklet emelkedésével A bevonat módszerét kell alkalmazni a szén/szén kompozit anyag oxigénnel való közvetlen érintkezéstől való elkülönítésére, az oxidáció elleni védelem céljának elérése érdekében. Jelenleg a bevonási módszer a leggyakrabban használt módszer. A tudomány és a technológia folyamatos fejlődésével egyre inkább támaszkodnak a szén/szén kompozit anyagok ultramagas hőmérsékletű teljesítményére, és az egyetlen megvalósítható oxidáció elleni védelmi megoldás ultramagas hőmérsékleti körülmények között csak a bevonatvédelem lehet. .
Érdemes megemlíteni, hogy a C/C alapú kompozit anyagok egy új, magasabb hőmérsékletállóságú anyag, amely az elmúlt években a legnagyobb figyelmet kapta a világon. Mivel csak a C/C kompozit anyagok tekinthetők az egyetlen utódanyagnak a turbina rotorlapátjainál, amelyek tolóerő-tömeg aránya meghaladja a 20-at és a motor bemeneti hőmérséklete 1930-2227 fok. A fejlett ipari országok által követett legmagasabb stratégiai cél.
Az úgynevezett C/C alapú kompozit anyag egy szénszál erősítésű szénbázisú kompozit anyag, amely a szén tűzálló tulajdonságait a szénszál nagy szilárdságával és nagy merevségével ötvözi, így nem rideg. Mivel a C/C alapú kompozit anyagok könnyű súlyúak, nagy szilárdságúak, kiváló hőstabilitásúak és kiváló hővezető képességgel rendelkeznek, napjainkban ezek a legideálisabb magas hőmérsékletnek ellenálló anyagok, különösen 1000-1300 C fokos magas hőmérsékletű környezetben. Az erő nemhogy nem csökkent, de növekedni is tudott. Főleg ha 1650 fok alatt van, szobahőmérsékleten is megőrzi erejét és kecsességét. Ezért a C/C alapú kompozitok nagy fejlesztési potenciállal rendelkeznek a repülőgépgyártásban.
Érdemes megemlíteni, hogy a C/C alapú kompozit anyagok egyik fő problémája a repülőgép-hajtóművekben a rossz oxidációállóság. Ezért az elmúlt években az Egyesült Államok számos technológiai intézkedést fogadott el a probléma megoldására, és fokozatosan alkalmazta az új motorra. C/C alapú kompozit anyagokból készült például az amerikai F119-es motor utánégetőjének farokfúvókája, az F100-as motor fúvókája és égésteres fúvókája, valamint az F120-as hitelesítő gép égésterének egyes részei. Egy másik példa a francia M88-2 motor, és a Mirage 2000 motor utóégető üzemanyag-befecskendező rúdja, hőpajzsa és fúvókája szintén C/C alapú kompozit anyagokat használ.
2
Új anyag ultra-nagy szilárdságú acélból
Mi az az ultranagy szilárdságú acél? A -1940s évek közepén az Egyesült Államok kifejlesztette a Cr-Mo acélt (AISI4130) és a Cr-Ni-Mo acélt (AISI 4340). Az oltás és az alacsony hőmérsékletű megeresztés után a szakítószilárdság 170, illetve 190 kgf/mm2 volt. Az 1950-es évek elején Si-t és V-t hozzáadtak az AISI 4340 acélhoz, hogy 300M-et kapjanak 190-210 kgf/mm2 szakítószilárdsággal. 1960-ban az International Nickel Company martenzites acélt gyártott, amelynek szakítószilárdsága körülbelül 180 kgf/mm2, törési szívóssága elérte a 390 kgf/mm-t. Az 1970-es években az Egyesült Államok csökkentette a C-t és növelte a Si-t 300 M alapján, javította a szívósságot, és HP310 acéllá fejlődött; martenzites acél alapján AF1410 acéllá fejlődött, 170kgf/mm2 szakítószilárdsággal és 400kgf/mm2 mm törési szilárdsággal.
kép
Érdemes megjegyezni, hogy az ultra-nagy szilárdságú acélnak nagy szakítószilárdsággal kell rendelkeznie, és meg kell őriznie kellő szívósságát. Ezenkívül nagy fajlagos szilárdságra (szilárdság/sűrűség aránya) és nagy hozamarányra (σs/σb) van szükség az alkatrész tömegének csökkentése érdekében, és jó hegeszthetőségi és alakíthatósági és egyéb folyamattulajdonságokkal kell rendelkeznie. Az ultranagy szilárdságú acél nagyon magas kohászati minőségi követelményeket támaszt, és gyakran elektromos ívkemencével és elektrosalak újraolvasztással olvasztják. A nagy tisztaságot igénylő acéltípusokat többnyire vákuum-indukciós kemencékben vagy vákuum-fogyasztó elektromos ívkemencékben olvasztják. A közepesen és gyengén ötvözött ultranagy szilárdságú acélok hőkezelése során meg kell akadályozni a dekarbonizációt; A martenzites acélok és a csapadékkeményedéses rozsdamentes acélok szilárd oldattal kezelhetők közönséges fűtőkemencékben. A hegesztéshez védőgázos hegesztést vagy argon volfrám ívhegesztést kell alkalmazni. Egyes alacsony ötvözetű, rendkívül nagy szilárdságú, magas széntartalmú acélokat (körülbelül 0,4 százalék) a hegesztés után azonnal feszültségmentesíteni kell, és izzítani kell.
Érdemes megemlíteni, hogy az ultra-nagy szilárdságú acélt repülőgépek futóművei anyagaként használják. Például a második generációs repülőgép futóműve 30CrMnSiNi2A acélból készül, 1700 MPa szakítószilárdsággal. Az ilyen futómű rövid élettartama körülbelül 2000 repült óra.
Egy másik példa, hogy a harmadik generációs vadászgép tervezése megköveteli, hogy a futómű élettartama meghaladja az 5,000 repülési órát. Ugyanakkor a fedélzeti berendezések növekedése miatt csökken a repülőgép szerkezetének súlytényezője, magasabb követelményeket támasztanak a futóművek anyagának megválasztásával és a gyártástechnológiával szemben. Mind az Egyesült Államok, mind a harmadik generációs vadászgépeink 300M acél (szakítószilárdság 1950MPa) futómű-gyártási technológiát használnak.
Valójában az anyagfelhasználási technológia fejlesztése elősegíti a futómű élettartamának további meghosszabbítását és az alkalmazkodóképesség bővülését. Például az európai Airbus A380 repülőgép futóműve szupernagy integrált kovácsolási technológiát, új légkörvédelmi hőkezelési technológiát és nagy sebességű lángpermetezési technológiát alkalmaz, hogy a futómű élettartama megfeleljen a tervezési követelményeknek. Ezért az új anyagok és gyártási technikák bevezetése biztosította a repülőgépek cseréjét.
kép
Mint mindannyian tudjuk, a repülőgépek hosszú élettartamú tervezése korrózióálló környezetben magasabb követelményeket támaszt az anyagokkal szemben. Például az AerMet100 acél szilárdsági szintje megegyezik a 300M acéléval, de általános korrózióállósága és feszültségkorrózióállósága lényegesen jobb, mint a 300M acélé. A megfelelő futómű-gyártási technológiát olyan fejlett repülőgépeken alkalmazták, mint az F/A-18E/F, F-22 és F-35. A nagyobb szilárdságú Aermet310 acélnak kisebb a törési szilárdsága, és folyamatosan fejlesztik és fejlesztik. A sérüléstűrő, ultranagy szilárdságú AF1410 acél repedésnövekedési üteme rendkívül lassú, amely a Ti-nél 10,6 százalékkal könnyebb B-1 repülőgép szárnyának működtetőelemeként használható. -6Al-4V, 60 százalékos feldolgozási teljesítménynövekedéssel és 30,3 százalékos költségcsökkenéssel . Például az orosz Smig{22}}.42-ben használt nagy szilárdságú rozsdamentes acél mennyisége eléri a 30 százalékot. A PH13-8Mo az egyetlen nagy szilárdságú martenzites csapadékkeményedéses rozsdamentes acél, amelyet széles körben használnak korrózióálló alkatrészként. A rendkívül nagy szilárdságú fogaskerekes (csapágyacél) acélokat nemzetközi szinten is fejlesztették, mint például a CSS-42L, a Gearmet C69 stb., és hajtóművekben, helikopterekben és űrrepülésben használták őket.
3
Magas hőmérsékletű ötvözött anyag
Mik azok a szuperötvözet anyagok? A magas hőmérsékletű ötvözetek valójában háromféle anyagra oszthatók: 760 fokos magas hőmérsékletű anyagok, 1200 fokos magas hőmérsékletű anyagok és 1500 fokos magas hőmérsékletű anyagok, 800 MPa szakítószilárdsággal. Más szavakkal, olyan magas hőmérsékletű fémanyagokra vonatkozik, amelyek 760-1500 fokon és bizonyos igénybevételi körülmények között hosszú ideig működnek. Fontos jellemzői: kiváló magas hőmérsékleti szilárdsággal, jó oxidáció- és termikus korrózióállósággal, jó kifáradási teljesítőképességgel, törésállósággal és egyéb átfogó tulajdonságokkal rendelkezik, és pótolhatatlan kulcsanyaggá vált a katonai és polgári gázturbinás motorok forró végrészeihez. használja világszerte.
760 fokos magas hőmérsékletű anyagok Az 1930-as évek vége óta Nagy-Britannia, Németország, az Egyesült Államok és más országok elkezdték tanulmányozni a szuperötvözetek használatát. A második világháború idején az új repülőgép-motorok igényeinek kielégítése érdekében a szuperötvözetek kutatása és felhasználása a rohamos fejlődés időszakába lépett. Az 1940-es évek elején az Egyesült Királyság először adott hozzá egy kis mennyiségű alumíniumot és titánt a 80Ni-20Cr ötvözethez, hogy ' fázist (gamma prime) képezzen a megerősítéshez, és kifejlesztette az első nikkel alapú ötvözetet, amely magas - hőmérsékleti szilárdság. Ebben az időszakban a dugattyús aeromotorok turbófeltöltőinek fejlesztési igényeinek kielégítése érdekében az Egyesült Államok elkezdte Vitallium kobalt alapú ötvözeteket használni a pengék gyártásához.
kép
Érdemes megemlíteni, hogy az Egyesült Államok is kifejlesztett Inconel nikkel alapú ötvözeteket sugárhajtóművek égéstereinek gyártásához. Később az ötvözet magas hőmérsékleti szilárdságának további javítása érdekében a kohászok olyan elemeket adtak a nikkel alapú ötvözethez, mint a volfrám, molibdén és kobalt, hogy növeljék az alumínium- és titántartalmat, és kifejlesztettek egy sor ötvözetet, mint pl. mint "Nimonic" az Egyesült Királyságban és "Nimonic" az Egyesült Államokban. "Mar-M" és "IN" stb.; nikkel, volfrám és egyéb elemek hozzáadása a kobalt alapú ötvözetekhez, hogy különféle magas hőmérsékletű ötvözetek, például X-45, HA-188, FSX-414 stb. jöjjenek létre. a kobaltforrások hiánya, a kobalt alapú szuperötvözetek fejlesztése korlátozott.
Az 1940-es években vasalapú szuperötvözeteket is kifejlesztettek. Az 1950-es években olyan minőségek jelentek meg, mint az A-286 és az Incoloy901, de a rossz magas hőmérsékleti stabilitás miatt a fejlődés lassú volt. A volt Szovjetunió 1950-ben kezdett el gyártani "ЭИ" márkájú nikkel alapú szuperötvözetek, majd később "ЭП" sorozatú deformált szuperötvözetek és ЖС sorozatú öntött szuperötvözetek. Az 1970-es években az Egyesült Államok egy új gyártási eljárást is bevezetett az irányított kristályosító lapátok és porkohászati turbinatárcsák gyártására, és magas hőmérsékletű ötvözet alkatrészeket, például egykristály lapátokat fejlesztett ki, hogy megfeleljen a levegő bemeneti hőmérsékletének folyamatos növekedésének. -motor turbinák.
A szuperötvözetek úgy lettek kifejlesztve, hogy megfeleljenek a sugárhajtóművek által az anyagokkal szemben támasztott nagyon szigorú követelményeknek, és pótolhatatlan kulcsanyaggá váltak a katonai és polgári gázturbinás motorok forróvégű alkatrészei számára. A fejlett repülőgép-motorokban a magas hőmérsékletű ötvözetek aránya elérte az 50 százalékot.
A magas hőmérsékletű ötvözetek fejlesztése szorosan összefügg a repülőgép-hajtóművek technológiai fejlődésével, különösen a turbinatárcsa, a turbinalapátok anyaga és a motor forró végrészeinek gyártási folyamata a motorfejlesztés fontos szimbóluma. Az anyag magas hőmérséklet-állóságával és feszültségtűrő képességével szemben támasztott magas követelmények miatt a kezdeti időkben az Egyesült Királyságban kifejlesztették a Ni3-mal (Al, Ti) erősített Nimonic80 ötvözetet, amelyet a turbinalapát anyagaként használtak. turbóhajtómű. Ezenkívül a Nimonic sorozatú ötvözetet folyamatosan fejlesztették. Az Egyesült Államokban diszperziósan erősített, alumíniumot és titánt tartalmazó nikkelalapú ötvözeteket fejlesztettek ki, mint például a híres Pratt & Whitney Company, a GE Company és a Special Metals Company által kifejlesztett Inconel, Mar-M és Udmit ötvözetsorozatokat.
kép
A szuperötvözetek fejlesztési folyamatában a gyártási folyamat nagy szerepet játszik az ötvözetek fejlesztésének elősegítésében. A vákuumolvasztási technológia megjelenésének köszönhetően az ötvözetek káros szennyeződéseinek és gázainak eltávolítása, különösen az ötvözet összetételének pontos szabályozása folyamatosan javította a szuperötvözetek teljesítményét. Különösen az olyan új technológiák sikeres kutatása, mint az irányított megszilárdítás, az egykristály-növekedés, a porkohászat, a mechanikai ötvözés, a kerámiamag, a kerámiaszűrés és az izoterm kovácsolás elősegítette a szuperötvözetek gyors fejlődését. Közülük az irányított szilárdítási technológia a legkiemelkedőbb. Az irányított szilárdítási eljárással előállított irányított és egykristályos ötvözet üzemi hőmérséklete a kezdeti olvadáspont közel 90 százaléka. Ezért a fejlett repülőgép-hajtóművek lapátjai világszerte irányított, egykristályos ötvözeteket használnak a turbinalapátok gyártásához. Globális szempontból a nikkel alapú öntött szuperötvözetek egyenlő tengelyű kristályokat, irányítottan megszilárdult oszlopkristályokat és egykristályos ötvözetrendszereket alkottak. A 650-750 fokos, 850 fokos porturbinás tárcsák és a kettős teljesítményű portárcsák első generációjából por szuperötvözeteket is fejlesztettek a fejlett, nagy teljesítményű motorokhoz.
4
kerámia mátrix kompozitok
Mik azok a kerámia mátrix kompozitok? Ez egyfajta kompozit anyag, amely kerámiát használ mátrixként és különféle szálakat. A kerámia mátrix lehet magas hőmérsékletű szerkezeti kerámia, például szilícium-nitrid és szilícium-karbid. Ezek a fejlett kerámiák olyan kiváló tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a magas hőmérséklet-állóság, a nagy szilárdság és a merevség, a viszonylag könnyű súly és a korrózióállóság. A végzetes gyengeség az, hogy törékenyek. Ha feszültség alatt vannak, megrepednek, vagy akár el is törnek, ami anyaghibát okoz. A nagy szilárdságú, nagy rugalmasságú szál és mátrix kompozit használata hatékony módszer a kerámiák szívósságának és megbízhatóságának javítására. A szálak megakadályozhatják a repedések kitágulását, így kiváló szívósságú, szálerősítésű kerámia mátrix kompozitokat kapnak.
kép
A kerámia mátrixú kompozitokat folyékony rakétahajtóművek fúvókáiként, rakétasugárcsöveiként, űrrepülőgép-orrkúpként, repülőgép-féktárcsákként és csúcskategóriás gépkocsi-féktárcsákként stb. használták, amelyek a csúcstechnológiás új anyagok fontos ágává váltak.
Mivel a kerámia anyagok kiváló kopásállósággal, nagy keménységgel és jó korrózióállósággal rendelkeznek, széles körben használják őket. A kerámiák legnagyobb hátránya azonban, hogy törékeny, repedésekre, pórusokra érzékeny. Az 1980-as évek óta a részecskék, szálak és szálak kerámia anyagokhoz való hozzáadásával előállított kerámia mátrix kompozitok nagymértékben javították a kerámiák szívósságát.
A kerámia mátrix kompozitok nagy szilárdsággal, nagy modulussal, alacsony sűrűséggel, magas hőmérséklettel, kopásállósággal és korrózióállósággal, valamint jó szívóssággal rendelkeznek, és nagy sebességű vágószerszámokban és belső égésű motoralkatrészekben használatosak. Az ilyen típusú anyagok kifejlesztése azonban viszonylag későn van, és lehetőségeit még tovább kell fejleszteni. A kutatás középpontjában a magas hőmérsékletű anyagok, valamint a kopás- és korrózióálló anyagok, például a nagy teljesítményű belső égésű motorok továbbfejlesztett turbinái, az űrjárművek termikus alkatrészei és a fémek helyett a járműmotorok, a petrolkémiai tartályok alkalmazása áll. , hulladékégető berendezések stb.
Amikor a kerámiáról van szó, az emberek természetesen a törékenységére gondolnak. Több mint tíz éve, ha teherhordó alkatrészként használták a mérnöki területen, senki sem tudta elfogadni. Mostanáig a kerámia kompozit anyagokat illetően egyesek nem biztosak benne, hogy a kerámia és a fém eredetileg két irreleváns anyag. Mióta azonban az emberek ügyesen kombinálták a kerámiát és a fémeket, alapvető változáson ment keresztül az emberek elképzelése erről az anyagról, ami a kerámia mátrix kompozitok.
A kerámia mátrix kompozit anyag nagyon ígéretes új szerkezeti anyag a repülési iparban, különösen a repülőgép-hajtóművek gyártásában, egyre inkább megmutatja egyediségét. A könnyű súly és a nagy keménység előnyei mellett a kerámia mátrix kompozitok kiváló magas hőmérsékleti ellenállással és magas hőmérsékleti korrózióállósággal is rendelkeznek. Jelenleg a kerámia mátrix kompozitok túlszárnyalják a fém hőálló anyagokat a magas hőmérsékleti ellenállás tekintetében, és jó mechanikai tulajdonságokkal és kémiai stabilitással rendelkeznek. Ideális és kiváló anyagok a nagy teljesítményű turbinás motorok magas hőmérsékletű területeihez.
kép
A világ országai a szilícium-nitriddel és szilícium-karbiddal megerősített kerámiák kutatására összpontosítanak, hogy megfeleljenek a fejlett motorok következő generációjának anyagszükségletének.
anyagokból, és nagy előrelépést tett, különösen a modern repülőgép-motorok terén. Például az amerikai hitelesítő gép F120-as motorja, a nagynyomású turbina tömítő berendezése és az égéstér egyes magas hőmérsékletű részei mind kerámia anyagból készülnek. Egy másik példa, a francia M88-2 motor égésterében és fúvókájában szintén kerámia mátrix kompozitokat használnak.
5
Intermetallikus vegyületek új anyagai
Mik azok az intermetallikus vegyületek? Fémek és fémek vagy fémek és metalloidok vegyületei (mint például H, B, N, S, P, C, Si stb.). A két fém atomjai bizonyos arányban egyesülve olyan ötvözet-összetételt alkotnak, amely különbözik az eredeti két kristályrácstól. Az intermetallikus vegyületek új típusú anyagok, amelyek széles körű figyelmet kaptak.
kép
Valójában a nagy teljesítményű, nagy tolóerő-tömeg arányú aeromotorok fejlesztése elősegítette az intermetallikus vegyületek fejlesztését és alkalmazását. Az intermetallikus vegyületek általában bináris, hármas vagy többelemes fémelemekből álló vegyületek. Az intermetallikus vegyületek nagy potenciállal rendelkeznek a magas hőmérsékletű szerkezeti alkalmazásokban. Magas üzemi hőmérséklettel, fajlagos szilárdsággal, hővezető képességgel rendelkezik, és különösen magas hőmérsékleten jó oxidációs ellenállással, korrózióállósággal és nagy kúszási szilárdsággal rendelkezik. . Ezen túlmenően, mivel az intermetallikus vegyület egy új anyag a szuperötvözet és a kerámia között, kitölti a két anyag közötti rést, így ideális anyaggá válik a repülőgép-motorok magas hőmérsékletű alkatrészeihez.
A repülőgép-hajtóművek globális felépítésében a kutatás és fejlesztés főként az intermetallikus vegyületekre összpontosít, mint például a titán-alumínium és a nikkel-alumínium. Ezek a titán-alumínium-vegyületek alapvetően ugyanolyan sűrűségűek, mint a titáné, de magasabb az üzemi hőmérsékletük. Például a TiAl üzemi hőmérséklete 816 fok, illetve 982 fok. Az intermetallikus vegyület atomok között erős kötéssel és összetett kristályszerkezettel rendelkezik, ami megnehezíti az alakváltozást, szobahőmérsékleten kemény és törékeny. Évekig tartó kísérleti kutatás után sikeresen kifejlesztettek egy új típusú, nagy hőmérsékleti szilárdságú, szobahőmérsékletű plaszticitású és szívósságú ötvözetet, amelyet beépítettek és használtak, és nagyon jó a hatása. Például az Egyesült Államokban működő nagy teljesítményű F119-es motor fémközi vegyületeket használ a házban és a turbinatárcsákban, az F120-as ellenőrző gép kompresszorlapátjai és tárcsai pedig új titán-alumínium intermetallikus vegyületeket.
6
gyanta mátrix kompozitok
Mik azok a gyantamátrix kompozitok? Ez egy szerves polimer alapú szálerősítésű anyag, amely általában szálerősítést használ, például üvegszálat, szénszálat, bazaltszálat vagy aramidszálat. A gyanta alapú kompozit anyagokat széles körben használják a légi közlekedésben, az autóiparban és a tengeri iparban.
kép
A kompozit anyagok gyantamátrixa főként hőre keményedő gyanta. Már az 1940-es években az üvegszállal megerősített műanyagokat vadászrepülőgépeken és bombázógépeken radomként használták. Az 1960-as években az Egyesült Államok bórszállal megerősített epoxigyantát használt kormányként, vízszintes stabilizátorként, szárnyak hátsó éleiként, kormányajtóként stb. olyan katonai repülőgépeken, mint az F-4 és F-111. Ami a rakétagyártást illeti, az 1950-es évek végén a „Polaris A-2” amerikai közepes hatótávolságú tengeralattjáró rakéta második fokozatú szilárd rakétamotorjának burkolata üvegszál erősítésű epoxigyanta tekercselési alkatrészeket használt, amelyek jobbak. mint az acél burkolatok. 27 százalékkal könnyebb; később a közönséges üvegszál helyett nagy teljesítményű üvegszálat használtak a „Polaris A-3” előállításához, aminek köszönhetően a héj tömege 50 százalékkal könnyebb volt, mint az acélhéjé, így a „Polaris A{{ 12}}" rakétát 2700 ezer méterről 4500 km-re növelték. Az 1970-es években üvegszál helyett aramidszálat használtak az epoxigyanta megerősítésére, és a szilárdság jelentősen javult, miközben a tömeg csökkent. A szénszál erősítésű epoxigyanta kompozitokat széles körben használják repülőgépekben, rakétákban, műholdakban és egyéb szerkezetekben.
A műgyanta alapú kompozit anyagok repülőgép-turbóventilátor-motorokban való alkalmazásának kutatása az 1950-es években kezdődött. Több mint 60 éves fejlesztés után a GE, a PW, az RR, az MTU, az SNECMA és más cégek sok energiát fektettek a gyanta alapú kompozit anyagok kutatásába és fejlesztésébe, és nagy előrelépést értek el, és mérnökei Az aktív légi járművek turbóventillátor-motorjaira alkalmazták, és van tendencia az alkalmazás további kiterjesztésére.
A gyantamátrix kompozitok üzemi hőmérséklete általában nem haladja meg a 350 fokot. Ezért a gyanta mátrix kompozitokat főleg a repülőgép-hajtóművek hideg végén használják.
7
fém mátrix kompozitok
Mik azok a fémmátrix kompozitok? Ez egy olyan kompozit anyag, amelyet mesterségesen kombinálnak fémmel és ötvözetével mátrixként, valamint egy vagy több fém vagy nem fém erősítéssel. Erősítő anyagai többsége szervetlen nemfém, például kerámia, szén, grafit és bór stb., valamint fémhuzalok is használhatók. A polimer mátrix kompozitokkal, kerámia mátrix kompozitokkal és szén/szén kompozitokkal együtt modern kompozit rendszert alkot.
kép
A fémmátrix kompozit anyagok jellemzői: mechanikailag nagy keresztirányú és nyírószilárdság, jó átfogó mechanikai tulajdonságok, mint például szívósság és kifáradás, valamint hővezető képességük, elektromos vezetőképességük, kopásállóságuk, kis hőtágulási együtthatójuk, jó csillapításuk. , nincs nedvességfelvétel és nincs korrózióállóság. Előnyök, mint például az öregedés és a szennyezés hiánya. Például a szénszállal erősített alumínium kompozit anyagok fajlagos szilárdsága 3 ~ 4 × 107 mm, a fajlagos modulus pedig 6 ~ 8 × 109 mm. Például a grafitszál-erősítésű magnézium fajlagos modulusa elérheti az 1,5 × 1010 mm-t, és a hőtágulási együtthatója majdnem nulla.
Érdemes megemlíteni, hogy a fémalapú kompozit anyagok a gyanta alapú kompozit anyagokkal összehasonlítva jó szívóssággal rendelkeznek, nem szívják fel a nedvességet, és viszonylag magas hőmérsékletet is bírnak. A fémmátrix kompozitok erősítő szálai közé tartoznak a fémszálak, például rozsdamentes acél, volfrám, ólom, nikkel-alumínium intermetallikus vegyületek stb.; kerámiaszálak, például alumínium-oxid, szilícium-oxid, szén, bór, szilícium-karbid stb.
A fémmátrix kompozitok mátrixanyagai közé tartozik az alumínium, alumíniumötvözet, magnézium, Chin és Chin ötvözetek, hőálló ötvözetek, gyémántötvözetek stb. Ezek közül jelenleg az alumíniumötvözetek, alumíniumötvözetek és vasötvözetek alapú kompozit anyagok a fő választások. . Például a SiC szálerősítésű Chin ötvözet mátrix kompozitokból kompresszorlapátokat lehet készíteni. Szénszállal vagy alumínium-oxiddal erősített magnézium vagy magnéziumötvözet mátrixú kompozitok használhatók turbóventilátorlapátok gyártására. Egy másik példa, hogy a nikkel-króm-alumínium-irídium szálerősítésű nikkel alapú ötvözet mátrix kompozitok felhasználhatók turbinák és kompresszorok tömítőelemeinek gyártására.
Ezenkívül külföldön a ventilátorházak, a rotorok, a kompresszortárcsák és az egyéb alkatrészek mind fémmátrix kompozitokból készülnek. De az egyik legnagyobb probléma az ilyen típusú kompozit anyagokkal, hogy könnyen reagálhat az erősítőszál és a mátrix fém között, és rideg fázis keletkezik, ami rontja az anyag teljesítményét. Különösen, ha hosszabb ideig, magasabb hőmérsékleten használják, a határfelület reakciója szembetűnőbb. A jelenlegi megoldás az, hogy megfelelő bevonatokat adnak a szál felületére, és ötvözik a mátrixfémet a különböző szálak és hordozók szerint, hogy lelassítsák az interfész reakciót és fenntartsák a kompozit anyagok teljesítményének megbízhatóságát.
kép
A motor ventilátorlapátjaiban használt anyagok
A motorventilátor lapátja a turbóventilátormotor legreprezentatívabb és nagyon fontos része, és a turbóventilátor teljesítménye szorosan összefügg a fejlesztésével. A titánötvözetből készült ventilátorlapátokkal összehasonlítva a gyanta mátrixú kompozit anyagú ventilátorlapátok igen nyilvánvaló előnyt jelentenek a súlycsökkentésben. A tömegcsökkentés nyilvánvaló előnyei mellett a gyanta alapú kompozit ventilátorlapátok ütközés után kevésbé hatnak a ventilátorházra, így előnyös a ventilátorház elszigetelésének javítása.
A külföldi kereskedelmi alkalmazásra szánt kompozit ventilátorlapátok fő képviselői: GE90 sorozatú motorok B777-hez, GEnx motorok B787-hez és LEAP-X motorok COMAC C919-hez. A gyanta alapú kompozit anyagú ventilátorlapátokkal felszerelt GE90-94B motort már 1995-ben hivatalosan kereskedelmi forgalomba helyezték, ezzel hivatalosan is megvalósult a gyanta alapú kompozit anyagok modern, nagy teljesítményű repülőgép-hajtóművekben történő mérnöki alkalmazása. . Az aerodinamika, a nagy és alacsony ciklusú kifáradási ciklusok és egyéb tényezők átfogó mérlegelése alapján a GE új kompozit ventilátorlapátot fejlesztett ki a következő GE{10}}B motorhoz.
A 21. században a nagy sérüléstűrő kompozit anyagok iránti nagy kereslet a repülőgép-motorok iránt a kompozit anyagtechnológia további fejlődését ösztönzi, és nehéz megfelelni a nagy sérüléstűrő anyagok követelményeinek a szénszálak szívósságának folyamatos javításával. /epoxigyanta prepreg. Ennek eredményeként kezdtek megjelenni a 3D szövött szerkezetű kompozit ventilátorlapátok.
A motor ventilátorházában használt anyagok
A motor ventilátorháza a repülőgépmotorok legnagyobb álló része, és a tömegcsökkentés közvetlenül befolyásolja a repülőgép-motor tolóerő-tömeg arányát és hatékonyságát. Ezért a külföldi fejlett repülőgép-motor-gyártók mindig is elkötelezettek voltak a tömegcsökkentés és a ventilátorház szerkezeti optimalizálása mellett.
kép
A motor ventilátor burkolatához használt anyagok
Mivel nem fő teherhordó alkatrészről van szó, a ventilátorburkolat az egyik első kompozit anyagokból készült alkatrész a repülőgép-motorokon. A kompozit anyagokból készült ventilátorburkolat könnyebb súlyt, egyszerűsített jégmentesítő szerkezetet, jobb korrózióállóságot és jobb fáradásállóságot biztosít. Például a híres RR cég RB211 motorja, a PW cég PW1000G és a PW4000 gyanta alapú kompozit anyagokat használ a ventilátorsapkák elkészítéséhez.
A repülőgépmotoros nagygépekhez képest a gyanta alapú kompozit anyagok nagyon széles alkalmazási területtel rendelkeznek a repülőgép-hajtóművek gondoláiban. A globális gyártók nagy mennyiségben használtak gyanta alapú kompozit anyagokat a gondola bemenetekben, burkolatokban, tolóerő irányváltókban és zajcsökkentő burkolatokban. Anyag. Ami az egyéb alkatrészeket illeti, a műgyanta alapú kompozit anyagokat különböző mértékben alkalmazzák a repülőgép-motorok ventilátor futólemezeibe, csapágytömítő fedeleibe és fedőlemezeibe is.
