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從高溫合金到單晶合金+復合冷卻， 航空發動機葉片( 二 )

高溫航空發動機葉片合金


渦輪葉片材料的發展
此時 ， 通過改善材料性能來提高渦輪葉片的工作溫度已經變得困難 ， 單通道氣膜冷卻技術開始不足 。具有多種冷卻技術(對流、沖擊、氣膜結構、發散冷卻等)的復合冷卻技術 。)已經開發出來了 。目前 ， 渦輪葉片聯合冷卻可使葉片工作溫度(渦輪前溫度)比負荷溫度高400K左右 ， 達到1850 K-1980 K 。
葉片冷卻技術的發展
第二代單晶合金結合復合冷卻技術的渦輪葉片已應用于主流的第四代aero 空發動機(主要是F-119和EJ-200發動機) 。
第三代單晶合金/陶瓷基復合材料+多通道雙層空心壁冷卻技術目前 ， 第六代戰斗機的研發已經提上日程 ， 但關于第五代燃氣渦輪發動機的信息還比較少 。根據近年來相關技術的突破 ， 合金元素成分進一步優化的第三代單晶合金和新型陶瓷基復合材料將成為第五代燃氣渦輪發動機葉片的首選材料 ， 其中陶瓷基復合材料的提升更為明顯(軸承溫度可達1200℃ ， 重量僅為鎳基單晶合金的1/3) 。
不同代發動機渦輪葉片的發展
另一方面 ， 在下一代渦輪葉片冷卻技術中 ， 渦輪葉片中的冷卻通道將進一步增加 ， 使葉片散射更加均勻 。采用雙層空芯壁冷卻技術 ， 在渦輪葉片雙層夾板上增加空結構 ， 可進一步提高冷卻效率 。由于多通道雙層空芯壁冷卻技術的研究相對復雜 ， 目前國內在該領域的研究相對較少 。
涂覆渦輪葉片
航空發動機渦輪葉片發展的總結與展望一般來說 ， 航空空發動機渦輪葉片材料的制造和優化是一個極其復雜的過程 ， 需要大量的實驗來尋找最佳或接近最佳的成分比 。渦輪葉片冷卻方案的優化是以設計和制造為基礎的 ， 渦輪葉片冷卻技術的每一次優化也是對葉片設計和制造的一次巨大考驗 。所以說單晶體刀片的價格超過同等重量的黃金也不為過 。
通用電氣展示的陶瓷基復合材料渦輪葉片
從aero 空發動機渦輪葉片的發展歷史來看 ， 開發更耐高溫的渦輪葉片是提高發動機性能的關鍵 。然而 ， 經過幾十年的發展 ， 單晶合金葉片的潛力似乎已經耗盡 。為了進一步提高aero 空發動機的性能 ， 尋找新的方向已經成為開發渦輪葉片的選擇 。雖然aero 空發動機渦輪葉片的冷卻技術還有很大的優化空間空 ， 但無疑會進一步增加葉片的制造難度 。

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