Zrakoplovna proizvodnja je najkoncentriranije područje visoke tehnologije i pripada naprednoj tehnologiji proizvodnje. Na primjer, motor F119 koji je razvio Pratt & Whitney iz Sjedinjenih Država, motor F120 tvrtke General Electric Company, motor M88-2 tvrtke SNECMA iz Francuske i motor EJ200 koji su zajednički razvili Ujedinjeno Kraljevstvo, Njemačka , Italiji i Španjolskoj. Vrijedno je spomenuti da ovi zrakoplovni motori koji predstavljaju najnapredniju razinu na svijetu imaju zajedničku značajku korištenja novih materijala, novih procesa i novih tehnologija. Uvodi se sedam novih materijala koji se koriste kako slijedi:
1
Karbon/karbonski kompozit
Što su ugljik/ugljik kompoziti? To je kompozitni materijal s ugljičnom matricom ojačan ugljičnim vlaknima i njegovom tkaninom, niske gustoće (<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.
Iako kompoziti ugljik/ugljik imaju mnoga izvrsna svojstva pri visokim temperaturama, podvrgavaju se oksidacijskim reakcijama u aerobnom okruženju s temperaturom višom od 400 stupnjeva, što rezultira naglim padom svojstava materijala. Stoga primjena kompozita ugljik/ugljik u visokotemperaturnim aerobnim okruženjima mora imati mjere zaštite od oksidacije. Zaštita od oksidacije ugljik/ugljik kompozita je uglavnom kroz sljedeća dva načina, to jest, modifikacija matrice i pasivizacija površinskih aktivnih točaka mogu se koristiti za zaštitu ugljik/ugljik kompozita na nižim temperaturama; kako se temperatura povećava, metoda premazivanja mora se koristiti za izolaciju kompozitnog materijala ugljik/ugljik od izravnog kontakta s kisikom, kako bi se postigla zaštita od oksidacije. Trenutno je metoda premazivanja najkorištenija metoda. Sa stalnim napretkom znanosti i tehnologije, sve se više oslanja na performanse kompozitnih materijala ugljik/ugljik na ultra visokim temperaturama, a jedino izvedivo rješenje za zaštitu od oksidacije u uvjetima ultra visokih temperatura može biti samo zaštita premazom. .
Vrijedno je spomenuti da su kompozitni materijali na bazi C/C novi materijal s većom otpornošću na temperaturu koji je posljednjih godina dobio najveću pozornost u svijetu. Budući da se samo C/C kompozitni materijali smatraju jedinim nasljednim materijalima za lopatice rotora turbina s omjerom potiska i težine većim od 20 i ulaznom temperaturom motora od 1930-2227 stupnjeva. Najviši strateški cilj kojem teže napredne industrijske zemlje.
Takozvani kompozitni materijal na bazi C/C je bazični kompozitni materijal ojačan ugljičnim vlaknima, koji kombinira vatrostalna svojstva ugljika s visokom čvrstoćom i velikom krutošću ugljičnih vlakana, što ga čini nelomljivim. Budući da kompozitni materijali na bazi C/C imaju malu težinu, veliku čvrstoću, vrhunsku toplinsku stabilnost i izvrsnu toplinsku vodljivost, oni su danas najidealniji materijali otporni na visoke temperature, posebno u okruženjima visokih temperatura od 1000-1300 stupnjeva C ... Ne samo da se snaga nije smanjila, nego se mogla povećati. Pogotovo kada je ispod 1650 stupnjeva, još uvijek zadržava snagu i gracioznost na sobnoj temperaturi. Stoga kompoziti na bazi C/C imaju veliki razvojni potencijal u zrakoplovnoj proizvodnji.
Vrijedno je spomenuti da je jedan od glavnih problema kompozitnih materijala na bazi C/C u primjeni zrakoplovnih motora slaba otpornost na oksidaciju. Stoga su Sjedinjene Države posljednjih godina usvojile niz tehnoloških mjera za rješavanje ovog problema i postupno ih primijenile na novi motor. Na primjer, repna mlaznica naknadnog izgaranja na američkom motoru F119, mlaznica i mlaznica komore za izgaranje motora F100 te neki dijelovi komore za izgaranje stroja za provjeru F120 izrađeni su od kompozitnih materijala na bazi C/C. Drugi primjer je francuski M88-2 motor, a šipka za ubrizgavanje goriva nakon izgaranja, toplinski štit i mlaznica motora Mirage 2000 također koriste kompozitne materijale na bazi C/C.
2
Novi materijal od čelika ultra visoke čvrstoće
Što je čelik ultra visoke čvrstoće? Sredinom-1940 prošlog stoljeća Sjedinjene Države razvile su Cr-Mo čelik (AISI4130) i Cr-Ni-Mo čelik (AISI 4340). Nakon kaljenja i kaljenja na niskim temperaturama, vlačne čvrstoće bile su 170 odnosno 190 kgf/mm2. Početkom 1950-ih, Si i V su dodani čeliku AISI 4340 da bi se napravio 300M sa vlačnom čvrstoćom od 190~210 kgf/mm2. Godine 1960. International Nickel Company napravila je martenzitni čelik s vlačnom čvrstoćom od oko 180 kgf/mm2, otpornošću na lom do 390 kgf/mm. U 1970-ima, Sjedinjene Države su smanjile C i povećale Si na bazi 300M, poboljšale su žilavost i razvile u čelik HP310; na bazi maraging čelika razvio se u čelik AF1410, s vlačnom čvrstoćom od 170 kgf/mm2 i žilavošću loma od 400 kgf/mm2 mm.
slika
Vrijedno je napomenuti da čelik ultravisoke čvrstoće mora imati visoku vlačnu čvrstoću i zadržati dovoljnu žilavost. Također zahtijeva veliku specifičnu čvrstoću (omjer čvrstoće i gustoće) i visok omjer tečenja (σs/σb) kako bi se smanjila težina komponente, te mora imati dobru zavarljivost i sposobnost oblikovanja i druga procesna svojstva. Čelik ultravisoke čvrstoće ima vrlo visoke zahtjeve u pogledu metalurške kvalitete, te se često tali u elektrolučnim pećima i elektropretaljivanjem troske. Vrste čelika koji zahtijevaju visoku čistoću uglavnom se tale u vakuumskim indukcijskim pećima ili vakuumskim potrošnim elektrolučnim pećima. Srednje i niskolegirani čelici ultravisoke čvrstoće trebaju se spriječiti od ugljičenja tijekom toplinske obrade; martenzitni čelici i nehrđajući čelici koji se stvrdnjavaju taloženjem mogu se tretirati u krutim otopinama u običnim pećima za grijanje. Za zavarivanje se mora koristiti zavarivanje zaštitnim plinom ili argon-volfram zavarivanje. Neki niskolegirani čelici ultravisoke čvrstoće s visokim sadržajem ugljika (oko 0.4 posto) trebali bi biti žareni bez naprezanja odmah nakon zavarivanja.
Vrijedno je spomenuti da se čelik ultravisoke čvrstoće koristi kao materijal za stajni trap na zrakoplovima. Na primjer, stajni trap koji se koristi u zrakoplovu druge generacije izrađen je od čelika 30CrMnSiNi2A s vlačnom čvrstoćom od 1700 MPa. Ovakav stajni trap ima kratak vijek trajanja od oko 2000 sati leta.
Drugi primjer je da dizajn borbenog zrakoplova treće generacije zahtijeva da vijek trajanja stajnog trapa premaši 5000 sati leta. Istodobno, zbog povećanja zrakoplovne opreme, koeficijent težine strukture zrakoplova se smanjuje, a postavljaju se veći zahtjevi na izbor materijala stajnog trapa i tehnologiju izrade. I američki i naši lovci treće generacije koriste tehnologiju proizvodnje stajnog trapa od čelika 300M (vlačna čvrstoća 1950 MPa).
Zapravo, poboljšanje tehnologije primjene materijala promiče daljnje produljenje vijeka trajanja stajnog trapa i proširenje prilagodljivosti. Na primjer, stajni trap europskog zrakoplova Airbus A380 usvaja super-veliku tehnologiju integralnog kovanja, novu tehnologiju toplinske obrade za zaštitu atmosfere i tehnologiju raspršivanja plamenom velike brzine, tako da vijek trajanja stajnog trapa može zadovoljiti zahtjeve dizajna. Stoga je uvođenje novih materijala i tehnika proizvodnje osiguralo zamjenu zrakoplova.
slika
Kao što svi znamo, dugovječni dizajn zrakoplova u okruženju otpornom na koroziju postavlja veće zahtjeve za materijale. Na primjer, čelik AerMet100 ima istu razinu čvrstoće kao čelik 300M, ali njegova opća otpornost na koroziju i otpornost na naponsku koroziju znatno su bolje od čelika 300M. Odgovarajuća tehnologija proizvodnje stajnog trapa primijenjena je na napredne zrakoplove kao što su F/A-18E/F, F-22 i F-35. Aermet310 čelik veće čvrstoće ima nižu žilavost loma i neprestano se razvija i poboljšava. Brzina rasta pukotina kod čelika ultravisoke čvrstoće AF1410 otpornog na oštećenja izuzetno je spora, što se može koristiti kao spoj pokretača krila zrakoplova B-1, koji je 10,6 posto lakši od Ti -6Al-4V, s povećanjem performansi obrade od 60 posto i smanjenjem troškova od 30,3 posto. Na primjer, količina nehrđajućeg čelika visoke čvrstoće korištenog u ruskom Smig-1.42 iznosi čak 30 posto. PH13-8Mo je jedini martenzitni nehrđajući čelik visoke čvrstoće koji se široko koristi kao komponente otporne na koroziju. Čelici za zupčanike (ležajeve) ultra-visoke čvrstoće također su razvijeni na međunarodnoj razini, kao što su CSS-42L, Gearmet C69 itd., i korišteni su u motorima, helikopterima i zrakoplovstvu.
3
Visokotemperaturni legirani materijal
Što su superlegirani materijali? Visokotemperaturne legure zapravo se dijele na tri vrste materijala: visokotemperaturni materijali od 760 stupnjeva, visokotemperaturni materijali od 1200 stupnjeva i visokotemperaturni materijali od 1500 stupnjeva, s vlačnom čvrstoćom od 800MPa. Drugim riječima, odnosi se na metalne materijale na visokim temperaturama koji rade dugo vremena pod 760-1500 stupnjem i određenim uvjetima naprezanja. Njegove važne značajke: ima izvrsnu čvrstoću na visokim temperaturama, dobru otpornost na oksidaciju i otpornost na toplinsku koroziju, dobre performanse na zamor, otpornost na lom i druga sveobuhvatna svojstva, te je postao nezamjenjiv ključni materijal za vruće dijelove plinskih turbinskih motora za vojsku i civile koristiti u cijelom svijetu.
Visokotemperaturni materijali od 760 stupnjeva Od kasnih 1930-ih Britanija, Njemačka, Sjedinjene Države i druge zemlje počele su proučavati superlegure. Tijekom Drugog svjetskog rata, kako bi se zadovoljile potrebe novih zrakoplovnih motora, istraživanje i uporaba superlegura ušli su u razdoblje brzog razvoja. Početkom 1940-ih, Ujedinjeno Kraljevstvo prvo je dodalo malu količinu aluminija i titana leguri 80Ni-20Cr kako bi se formirala 'faza (gama prima) za ojačanje, te je razvila prvu leguru na bazi nikla s visokom -temperaturna čvrstoća. Tijekom tog razdoblja, kako bi se zadovoljile potrebe razvoja turbopunjača za klipne zrakoplovne motore, Sjedinjene Države počele su koristiti Vitallium legure na bazi kobalta za izradu lopatica.
slika
Vrijedno je spomenuti da su Sjedinjene Države također razvile Inconel legure na bazi nikla za izradu komora za izgaranje za mlazne motore. Kasnije, kako bi dodatno poboljšali čvrstoću legure na visokim temperaturama, metalurzi su leguri na bazi nikla dodali elemente poput volframa, molibdena i kobalta kako bi povećali sadržaj aluminija i titana, te su razvili niz legura, kao kao "Nimonic" u Ujedinjenom Kraljevstvu i "Nimonic" u Sjedinjenim Državama. "Mar-M" i "IN", itd.; dodavanjem nikla, volframa i drugih elemenata legurama na bazi kobalta za razvoj raznih legura za visoke temperature, kao što su X-45, HA-188, FSX-414, itd. Zbog nedostatak izvora kobalta, razvoj superlegura na bazi kobalta je ograničen.
U 1940-ima razvijene su i superlegure na bazi željeza. U 1950-ima su se pojavile vrste kao što su A-286 i Incoloy901, ali zbog slabe stabilnosti na visoke temperature, razvoj je bio spor. Bivši Sovjetski Savez počeo je proizvoditi superlegure na bazi nikla pod markom "ÉI" 1950. godine, a kasnije je proizveo "ÉP" seriju deformiranih superlegura i ŽS seriju lijevanih superlegura. U 1970-ima, Sjedinjene Države također su prihvatile novi proizvodni proces za proizvodnju usmjerenih kristalizacijskih lopatica i turbinskih diskova za metalurgiju praha, te su razvile komponente visokotemperaturne legure kao što su monokristalne lopatice kako bi se zadovoljile potrebe stalnog povećanja ulazne temperature zraka. - turbine motora.
Superlegure su razvijene kako bi zadovoljile vrlo zahtjevne zahtjeve mlaznih motora u pogledu materijala, te su postale nezamjenjiv ključni materijal za vojne i civilne komponente vrućih dijelova plinskoturbinskih motora. U naprednim zrakoplovnim motorima udio visokotemperaturnih legura dosegao je više od 50 posto.
Razvoj visokotemperaturnih legura usko je povezan s tehnološkim napretkom avio-motora, posebno disk turbine, materijal lopatica turbine i proizvodni proces dijelova motora s vrućim dijelovima važni su simboli razvoja motora. Zbog visokih zahtjeva za otpornost na visoke temperature i sposobnost podnošenja naprezanja materijala, legura Nimonic80 ojačana Ni3 (Al, Ti) razvijena je u ranim danima u Velikoj Britaniji, koja je korištena kao materijal za lopaticu turbine turbomlazni motor. Osim toga, legura serije Nimonic kontinuirano se razvijala. Sjedinjene Države razvile su legure na bazi nikla ojačane disperzijom koje sadrže aluminij i titan, kao što su serije legura Inconel, Mar-M i Udmit koje su razvile poznate tvrtke Pratt & Whitney Company, GE Company i Special Metals Company.
slika
U procesu razvoja superlegura, proces proizvodnje igra veliku ulogu u promicanju razvoja legura. Zbog pojave tehnologije vakuumskog taljenja, uklanjanje štetnih nečistoća i plinova u legurama, posebice precizna kontrola sastava legura, kontinuirano je poboljšavala svojstva superlegura. Konkretno, uspješna istraživanja novih tehnologija kao što su usmjereno skrućivanje, rast monokristala, metalurgija praha, mehaničko legiranje, keramička jezgra, keramička filtracija i izotermno kovanje promicalo je brzi razvoj superlegura. Među njima je najistaknutija tehnologija usmjerenog skrućivanja. Usmjerena i monokristalna legura proizvedena postupkom usmjerenog skrućivanja ima radnu temperaturu blizu 90 posto početne točke taljenja. Stoga napredne lopatice zrakoplovnih motora diljem svijeta koriste usmjerene, monokristalne legure za proizvodnju lopatica turbina. Iz globalne perspektive, lijevane superlegure na bazi nikla formirale su kristale s jednakom osi, usmjereno očvrsnute stupčaste kristale i sustave monokristalnih legura. Praškaste superlegure također su razvijene iz prve generacije turbinskih diskova od 650 stupnjeva do 750 stupnjeva, 850 stupnjeva u prahu i praškastih diskova dvostrukih performansi za te napredne motore visokih performansi.
4
kompoziti s keramičkom matricom
Što su keramički matrični kompoziti? To je vrsta kompozitnog materijala koji koristi keramiku kao matricu i razna vlakna. Keramička matrica može biti visokotemperaturna strukturna keramika kao što je silicij nitrid i silicij karbid. Ova napredna keramika ima izvrsna svojstva kao što su otpornost na visoke temperature, visoka čvrstoća i krutost, relativno mala težina i otpornost na koroziju. Fatalna slabost je što su krti. Kada su pod stresom, puknut će ili se čak slomiti i uzrokovati kvar materijala. Korištenje vlakana visoke čvrstoće, visoke elastičnosti i matričnog kompozita učinkovita je metoda za poboljšanje žilavosti i pouzdanosti keramike. Vlakna mogu spriječiti širenje pukotina, čime se dobivaju kompoziti s keramičkom matricom ojačani vlaknima izvrsne žilavosti.
slika
Kompoziti s keramičkom matricom korišteni su kao mlaznice raketnih motora na tekućine, kućišta projektila, nosni konusi svemirskih šatlova, kočioni diskovi zrakoplova i vrhunski automobilski kočni diskovi, itd., postajući važna grana novih visokotehnoloških materijala.
Keramički materijali imaju izvrsnu otpornost na habanje, visoku tvrdoću i dobru otpornost na koroziju, naširoko su korišteni. Ipak, najveći nedostatak keramike je što je krhka i osjetljiva na pukotine i pore. Od 1980-ih keramički matrični kompoziti dobiveni dodavanjem čestica, vlakana i vlakana keramičkim materijalima uvelike su poboljšali žilavost keramike.
Kompoziti s keramičkom matricom imaju visoku čvrstoću, visok modul, nisku gustoću, otpornost na visoke temperature, otpornost na habanje i koroziju te dobru žilavost, a korišteni su u alatima za rezanje velike brzine i komponentama motora s unutarnjim izgaranjem. Međutim, razvoj ove vrste materijala je relativno kasno, a njegov potencijal tek treba razvijati. Fokus istraživanja je njegova primjena na materijale visoke temperature i materijale otporne na habanje i koroziju, kao što su poboljšane turbine za motore s unutarnjim izgaranjem velike snage, toplinske komponente za zrakoplovna vozila i motore vozila umjesto metala, petrokemijske posude , oprema za spaljivanje otpada itd.
Kad je riječ o keramici, ljudi prirodno pomisle na njenu krtost. Prije više od deset godina, ako se koristio kao nosivi dio u strojarstvu, bilo je nemoguće da ga itko prihvati. Do sada, kada je riječ o keramičkim kompozitnim materijalima, neki ljudi možda nisu bili jasni, misleći da su keramika i metali izvorno dva nebitna materijala. Međutim, budući da su ljudi pametno kombinirali keramiku i metale, ljudski koncept ovog materijala doživio je temeljnu promjenu, a to su keramički matrični kompoziti.
Kompozitni materijal s keramičkom matricom vrlo je obećavajući novi strukturni materijal u području zrakoplovne industrije, posebice u primjeni proizvodnje zrakoplovnih motora, sve više pokazuje svoju jedinstvenost. Uz prednosti male težine i visoke tvrdoće, kompoziti s keramičkom matricom također imaju izvrsnu otpornost na visoke temperature i otpornost na koroziju na visokim temperaturama. Trenutno su kompoziti s keramičkom matricom nadmašili metalne materijale otporne na toplinu u smislu otpornosti na visoke temperature i imaju dobra mehanička svojstva i kemijsku stabilnost. Oni su idealni i izvrsni materijali za visokotemperaturna područja visokoučinkovitih turbinskih motora.
slika
Zemlje diljem svijeta usredotočuju se na istraživanje keramike ojačane silicijevim nitridom i silicijskim karbidom kako bi zadovoljile materijalne zahtjeve sljedeće generacije naprednih motora
materijala, te je napravio veliki napredak, posebno u modernim zrakoplovnim motorima. Na primjer, motor F120 američkog stroja za provjeru, njegov visokotlačni uređaj za brtvljenje turbine i neki visokotemperaturni dijelovi komore za izgaranje izrađeni su od keramičkih materijala. Za drugi primjer, komora za izgaranje i mlaznica francuskog M88-2 motora također koriste kompozite s keramičkom matricom.
5
Novi materijali intermetalnih spojeva
Što su intermetalni spojevi? Spojevi metala i metala ili metala i metaloida (kao što su H, B, N, S, P, C, Si itd.). Atomi dvaju metala kombiniraju se u određenom omjeru kako bi formirali sastav legure koji se razlikuje od izvorne dvije kristalne rešetke. Intermetalni spojevi su nove vrste materijala koji su dobili široku pozornost.
slika
Zapravo, razvoj zrakoplovnih motora visokih performansi, visokog omjera potiska i težine potaknuo je razvoj i primjenu intermetalnih spojeva. Intermetalni spojevi općenito su spojevi sastavljeni od binarnih, ternarnih ili višeelementnih metalnih elemenata. Intermetalni spojevi imaju veliki potencijal u visokotemperaturnim strukturnim primjenama. Ima visoku radnu temperaturu, specifičnu čvrstoću, toplinsku vodljivost, a posebno na visokim temperaturama, također ima dobru otpornost na oksidaciju, otpornost na koroziju i visoku otpornost na puzanje. . Osim toga, budući da je intermetalni spoj novi materijal između superlegure i keramičkog materijala, on ispunjava prazninu između dva materijala, tako da postaje jedan od idealnih materijala za visokotemperaturne komponente zrakoplovnih motora.
U globalnoj strukturi zrakoplovnih motora istraživanje i razvoj uglavnom su usmjereni na intermetalne spojeve kao što su titan-aluminij i nikal-aluminij. Ovi spojevi titan-aluminija imaju u osnovi istu gustoću kao titan, ali imaju višu radnu temperaturu. Na primjer, radne temperature TiAl su 816 stupnjeva odnosno 982 stupnja. Intermetalni spoj ima jaku vezu između atoma i složenu kristalnu strukturu, zbog čega se teško deformira, a tvrd je i krt na sobnoj temperaturi. Nakon godina eksperimentalnog istraživanja, uspješno je razvijena nova vrsta legure s visokotemperaturnom čvrstoćom, plastičnošću i žilavošću na sobnoj temperaturi, ugrađena je i korištena, a učinak je vrlo dobar. Na primjer, motor visokih performansi F119 u Sjedinjenim Državama koristi intermetalne spojeve u kućištu i diskovima turbine, a lopatice kompresora i diskovi motora stroja za provjeru F120 koriste nove intermetalne spojeve titan-aluminij.
6
kompoziti s matricom smole
Što su kompoziti matrice smole? To je materijal ojačan vlaknima na bazi organskog polimera, koji se obično koristi vlaknima za ojačanje kao što su staklena vlakna, karbonska vlakna, bazaltna vlakna ili aramidna vlakna. Kompozitni materijali na bazi smole naširoko se koriste u zrakoplovnoj, automobilskoj i pomorskoj industriji.
slika
Smolna matrica kompozitnih materijala je uglavnom termoreaktivna smola. Već 1940-ih plastika ojačana staklenim vlaknima korištena je kao kupola na borbenim zrakoplovima i bombarderima. U 1960-ima, Sjedinjene Države koristile su epoksidnu smolu ojačanu borovim vlaknima kao kormila, horizontalne stabilizatore, stražnje rubove krila, vrata kormila, itd. na vojnim zrakoplovima kao što su F-4 i F-111. Što se tiče proizvodnje projektila, kasnih 1950-ih, kućište drugog stupnja čvrstog raketnog motora američke podmorničke rakete srednjeg dometa "Polaris A-2" koristilo je dijelove za namatanje od epoksidne smole ojačane staklenim vlaknima, koji su bolji nego čelična kućišta. 27 posto lakši; kasnije su staklena vlakna visokih performansi korištena umjesto običnih staklenih vlakana za izradu "Polaris A-3", što je učinilo težinu školjke 50 posto lakšom od čelične školjke, tako da je raspon "Polaris A{{ 12}}" projektil je promijenjen s 2700 tisuća metara povećan na 4500 km. U 1970-ima, aramidna vlakna su korištena umjesto staklenih vlakana za ojačanje epoksidne smole, čime je čvrstoća znatno poboljšana, dok je težina smanjena. Kompoziti epoksidne smole ojačani ugljičnim vlaknima naširoko se koriste u zrakoplovima, projektilima, satelitima i drugim strukturama.
Istraživanja primjene kompozitnih materijala na bazi smola u zrakoplovnim turboventilatorskim motorima započela su 1950-ih. Nakon više od 60 godina razvoja, GE, PW, RR, MTU, SNECMA i druge tvrtke uložile su puno energije u istraživanje i razvoj kompozitnih materijala na bazi smole i postigle veliki napredak, a njegov inženjering je primijenjen na aktivne zrakoplovne turboventilatorske motore, a postoji tendencija daljnjeg proširenja njegove primjene.
Radna temperatura kompozita matrice smole općenito ne prelazi 350 stupnjeva. Stoga se kompoziti matrice smole uglavnom koriste u hladnom dijelu zrakoplovnih motora.
7
kompoziti s metalnom matricom
Što su kompoziti s metalnom matricom? To je kompozitni materijal koji je umjetno spojen s metalom i njegovom slitinom kao matricom i jednim ili više metalnih ili nemetalnih ojačanja. Većina njegovih materijala za ojačanje su anorganski nemetali, kao što su keramika, ugljik, grafit i bor itd., a mogu se koristiti i metalne žice. Zajedno s kompozitima polimerne matrice, kompozitima keramičke matrice i kompozitima ugljik/ugljik, čini moderan kompozitni sustav.
slika
Karakteristike kompozitnih materijala s metalnom matricom: u smislu mehanike, imaju visoku poprečnu i posmičnu čvrstoću, dobra sveobuhvatna mehanička svojstva kao što su žilavost i zamor, a također imaju toplinsku vodljivost, električnu vodljivost, otpornost na habanje, mali koeficijent toplinske ekspanzije, dobro prigušenje , nema upijanja vlage i otpornosti na koroziju. Prednosti kao što su starenje i bez zagađenja. Na primjer, specifična čvrstoća aluminijskih kompozitnih materijala ojačanih ugljičnim vlaknima je 3~4×107mm, a specifični modul je 6~8×109mm. Na primjer, specifični modul magnezija ojačanog grafitnim vlaknima može doseći 1,5 × 1010 mm, a njegov koeficijent toplinske ekspanzije je gotovo nula.
Vrijedno je spomenuti da, u usporedbi s kompozitnim materijalima na bazi smole, kompozitni materijali na bazi metala imaju dobru žilavost, ne upijaju vlagu i mogu izdržati relativno visoke temperature. Vlakna za ojačavanje kompozita s metalnom matricom uključuju metalna vlakna, kao što su nehrđajući čelik, volfram, olovo, nikal-aluminij intermetalni spojevi, itd.; keramička vlakna, kao što su glinica, silicij oksid, ugljik, bor, silicij karbid itd.
Matrični materijali kompozita s metalnom matricom uključuju aluminij, aluminijske legure, magnezij, Chin i Chin legure, legure otporne na toplinu, dijamantne legure itd. Među njima trenutno su glavni izbor kompozitni materijali na bazi aluminijskih legura, aluminijskih legura i legura željeza . Na primjer, matrični kompoziti Chin legure ojačani SiC vlaknima mogu se koristiti za izradu lopatica kompresora. Ugljičnim vlaknima ili vlaknima aluminijevog oksida ojačani magnezijem ili matričnim kompozitima od legure magnezija mogu se koristiti za proizvodnju lopatica turbofan. Drugi primjer je da se matrični kompoziti legure na bazi nikla ojačani nikal-krom-aluminij-iridijevim vlaknima mogu koristiti za proizvodnju brtvenih elemenata za turbine i kompresore.
Osim toga, kućišta ventilatora, rotori, diskovi kompresora i drugi dijelovi izrađeni su od metalnih matričnih kompozita u inozemstvu. Ali jedan od najvećih problema s ovom vrstom kompozitnog materijala je to što je lako doći do reakcije između vlakana za pojačanje i metala matrice da bi se proizvela krta faza, što pogoršava učinkovitost materijala. Osobito kada se koristi dulje vrijeme na višoj temperaturi, reakcija sučelja je izraženija. Trenutačno rješenje je dodavanje odgovarajućih premaza na površinu vlakana i legiranje matričnog metala prema različitim vlaknima i različitim supstratima, kako bi se usporila reakcija sučelja i održala pouzdanost performansi kompozitnog materijala.
slika
Materijali korišteni u lopaticama ventilatora motora
Lopatica ventilatora najreprezentativniji je i vrlo važan dio turboventilatorskog motora, a performanse turboventilatorskog motora usko su povezane s njegovim razvojem. U usporedbi s lopaticama ventilatora od legure titana, lopatice ventilatora od kompozitnog materijala matrice smole imaju vrlo očitu prednost u smanjenju težine. Uz očite prednosti smanjenja težine, kompozitne lopatice ventilatora na bazi smole imaju manji utjecaj na kućište ventilatora nakon udarca, tako da je korisno poboljšati zadržavanje kućišta ventilatora.
Glavni predstavnici kompozitnih lopatica ventilatora za komercijalnu primjenu u inozemstvu su: motori serije GE90 za B777, motori GEnx za B787 i motori LEAP-X za COMAC C919. Još 1995. motor GE90-94B opremljen lopaticama ventilatora od kompozitnog materijala na bazi smole službeno je pušten u komercijalni rad, označavajući službenu realizaciju inženjerske primjene kompozitnih materijala na bazi smole u modernim zrakoplovnim motorima visokih performansi . Na temelju sveobuhvatnog razmatranja aerodinamike, ciklusa zamora visokih i niskih ciklusa i drugih čimbenika, GE je razvio novu kompozitnu lopaticu ventilatora za sljedeći GE90-115B motor.
U 21. stoljeću, snažna potražnja zrakoplovnih motora za kompozitnim materijalima visoke otpornosti na oštećenja pokreće daljnji razvoj tehnologije kompozitnih materijala i teško je zadovoljiti zahtjeve materijala otpornih na oštećenja kontinuiranim poboljšanjem žilavosti karbonskih vlakana. /preprezi epoksidne smole. Kao rezultat toga, počele su se pojavljivati kompozitne lopatice ventilatora s 3D tkanom strukturom.
Materijali korišteni u kućištu ventilatora motora
Kućište ventilatora motora najveći je nepokretni dio zrakoplovnog motora, a njegovo smanjenje težine izravno će utjecati na omjer potiska i težine i učinkovitost zrakoplovnog motora. Stoga su strani proizvođači naprednih zrakoplovnih motora uvijek bili posvećeni smanjenju težine i strukturnoj optimizaciji kućišta ventilatora.
slika
Materijali korišteni za poklopce ventilatora motora
Budući da nije glavna nosiva komponenta, poklopac ventilatora jedan je od prvih dijelova napravljenih od kompozitnih materijala na zrakoplovnom motoru. Kućište ventilatora izrađeno od kompozitnih materijala može pružiti manju težinu, pojednostavljenu strukturu protiv zaleđivanja, bolju otpornost na koroziju i bolju otpornost na zamor. Kao što je motor RB211 poznate tvrtke RR, PW1000G i PW4000 tvrtke PW koriste kompozitne materijale na bazi smole za pripremu poklopaca ventilatora.
U usporedbi s glavnim okvirima zrakoplovnih motora, kompozitni materijali na bazi smole imaju vrlo širok prostor primjene u gondolama zrakoplovnih motora. Globalni proizvođači u velikim su razmjerima koristili kompozitne materijale na bazi smole u ulazima gondola, oblogama, reverzorima potiska i oblogama za smanjenje buke. Materijal. Što se tiče ostalih dijelova, kompozitni materijali na bazi smole također se primjenjuju u različitim stupnjevima u kliznim pločama ventilatora zrakoplovnih motora, poklopcima za brtvljenje ležajeva i pokrovnim pločama.
