先進(jìn)材料在戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用與研究趨勢(shì)

梁春華， 李曉欣

(沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng) 110015)

20世紀(jì)90年代末期，美國(guó)國(guó)防部負(fù)責(zé)研究與工程的副部長(zhǎng)埃尼塔·約翰遜(Anita Jones)在FY97和FY98材料與工藝技術(shù)領(lǐng)域計(jì)劃中將材料、信息、傳感器和經(jīng)濟(jì)可承受性列為美國(guó)國(guó)防部科技研究?jī)?yōu)先發(fā)展的四大技術(shù)［1，2］。在美國(guó)空軍2025年展望中，將材料與工藝列為空軍六大高效力技術(shù)之一［1，2］。航空技術(shù)發(fā)展在很大程度上依賴(lài)于材料進(jìn)步，“一代材料、一代裝備”是材料推動(dòng)航空技術(shù)進(jìn)步的真實(shí)寫(xiě)照。航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的提高、性能的提升同樣離不開(kāi)材料的進(jìn)步。因而，很多國(guó)家通過(guò)實(shí)施專(zhuān)項(xiàng)和綜合性研究計(jì)劃，來(lái)研發(fā)軍用發(fā)動(dòng)機(jī)用先進(jìn)材料及工藝，以提高其綜合性能。目前，戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)材料正在向著密度更小、耐溫能力更高、費(fèi)用更低、壽命更長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料工藝一體化等方向發(fā)展。

1 應(yīng)用趨勢(shì)

1.1 第3代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)

20世紀(jì)70年代后期以來(lái)，美國(guó)PW和GE公司開(kāi)始研制第3代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)F100，F(xiàn)110，F(xiàn)404和F414等發(fā)動(dòng)機(jī)，俄羅斯開(kāi)始研制AL31F發(fā)動(dòng)機(jī)，歐洲共同體開(kāi)始研制RB199，M88等發(fā)動(dòng)機(jī)。這代發(fā)動(dòng)機(jī)將第2代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比5.0～6.0提高到7.0～8.0、渦輪進(jìn)口溫度由1400～1550K 提高到1600～1750K［3］。為了滿足這些挑戰(zhàn)，質(zhì)量輕的樹(shù)脂基復(fù)合材料開(kāi)始使用、鈦合金用量加大，耐更高溫度的高溫合金的用量也有所提升。下面為第3代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)典型部件用材情況。

風(fēng)扇以鈦合金為主，為減輕外涵機(jī)匣質(zhì)量，外涵機(jī)匣采用了樹(shù)脂基復(fù)合材料［4～6］。RB199，AL31F，F(xiàn)100發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇為全鈦結(jié)構(gòu)，其中F100發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片選用 Ti-6-6-2，盤(pán)選用 Ti-8-1-1，軸選用Ti-6-4;AL31F發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片選用ВТ3-1鈦合金和 ВТ20鈦合金，盤(pán)選用 ВТ9鈦合金。……