%87_浅谈航空新材料与飞机_发动机的发展.pdf

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1、封面故事︱︱浅谈航空新材料与飞机、一代材料一代装备■文/李晓红发动机的发展2008年8月8日晚8时，世界瞩目、国人企盼已久的北京奥运会在国家体育场“鸟巢”：隆重开幕。之前一直严格保密的开幕式表演终于亮相，其规模宏大、创意新颖、美轮美奂。对于开幕式，人们除欣赏那齐如一人、气势如虹的方阵和天籁般动听的主题歌外，也为其声、光、电等现代科技手段的巧妙运用而赞叹，这其中给人们印象最深的是场地中央那幅巨大的“画卷”。两根长长的“画轴”徐徐打开“画卷”，露出一幅神奇的“画纸”。“纸”面晶莹、柔韧、致密、厚美，还能卷曲自如，当其承载演员在上面舞

2、蹈、绘画时，更是妙不可言。可以说，这张吸引了全世界目光的“画纸”是奥运会开幕式所有创意中最令人惊艳的神来之“笔”，它倾倒了全场观众，也通过电视，倾倒了世界亿万人们。这绝妙的“画纸”并不是普通的纸，而是中国航空材料研究院应北京奥运会开闭幕式运营中心之邀，经过一年的努力，克服各种技术难关，运用成熟的航空复合材料和高超的制作工艺精心研制出来的。这张选用20毫米厚的新型蜂窝板材，由1．2米×2．4米的小板用航空复合胶粘剂拼合成的大“画纸”，是航空材料在非航空工业领域应用的精彩案例。4COVERSTORY一部人类文明史从某种意义上说专项”

3、里确定了大型飞机等16个国家就是一部使用材料和发展材料级重大专项。据论证，大飞机专项的关的历史。对材料的认识、以及研制材料、键技术包括“发动机”、“材料”和“电发展材料、使用材料的能力是人类社会子设备”三项，而事实上，发动机和电进步的最基础、最原始、最本质的驱动子设备的发展基础依然是材料，即高力。温合金材料和电子、微电子材料等。这图1等轴晶、定向凝固和单晶合金的发动机叶片作为高技术最集中的技术领域，再次突显了材料在航空工业发展中的国防工业对先进材料的依赖也最直接、关键作用。在高温合金发展过程中，制造工最敏感，因此，先进材料技术始

4、终引领、下面，笔者以中国一航北京航空艺对合金的发展起着极大的推进作用。支撑着国防装备的发展。前国务委员兼材料研究院研制或参与研制的、在现由于真空熔炼技术的出现，合金中有国防部长曹刚川将军在视察中国一航北代飞机和发动机中最重要的高温合金、害杂质和气体的去除，特别是合金成京航空材料研究院时指出“一代材料、铝合金、钛合金、超高强度结构钢、复分的精确控制，使高温合金性能不断一代装备”。把“一代材料”放在国防合材料等五大类结构材料为例，探讨提高，研制出了Mar-M200、In-100和装备之前，突出强调了材料的重要性、这些材料的发展历程（

5、代别）及其对航B-1900等高性能的铸造高温合金。随先导性和基础性。空工业的推动和支撑作用。后，定向凝固、单晶生长、粉末冶金、航空工业领域从来就是先进材料机械合金化、陶瓷型芯、陶瓷过滤、等技术展现风采、争奇斗艳的大舞台。100高温合金温锻造等新型工艺的研究成功推动了多年来，材料与飞机一直在相互推动不高温合金是为满足喷气发动机对高温合金的迅猛发展，其中定向凝固断发展，至今已经历了四个发展阶段，材料的苛刻要求而研制的，是军用和技术最为突出。目前各国先进航空发正在跨入第五阶段。第一阶段是1903～民用燃气涡轮发动机热端部件不可替动机叶

6、片都采用定向、单晶合金制造1919年，机体采用木、布结构。第二阶代的关键材料。目前，在先进的航空发涡轮叶片。段是1920～1949年，机身使用了铝合动机中，高温合金用量所占比例已超从国际范围来看，Ni基铸造高温金和钢。第三阶段是1956～1969年，飞过50%。可以说，没有高温合金就没有合金已形成等轴晶、定向凝固柱晶和机材料中增加了钛。第四个阶段是1970现代航空工业。单晶合金体系（图1）。国外定向柱晶合年到当前，其特点是增加了复合材料。高温合金的发展与航空发动机的金发展了三代，第二、三代合金与第2006年2月9日，国务院发布了

7、我技术进步密切相关。发动机热端部件一、二代单晶合金性能相当，单晶合金国《国家中长期科学和技术发展规划纲涡轮盘、涡轮叶片材料和制造工艺是第一代、第二代、第三代都已成功在航要（2006～2020年）》，其第四章“重大发动机发展的重要标志。空发动机上应用，如PWA1480、图3美国第三代战斗机F-15和F-18以及第四图2B777飞机的材料、特别是先进铝合代战斗机F-22上钛合金等用量的增长金材料的应用分布5封面故事PWA1484、CMSX-4、ReneN5、DD3单晶涡轮叶片和RR3000等。四代单晶合金也在研制之FGH95粉末盘首

8、次在小型中，并制造成复合冷却空心叶片，用于发动机上使用，开创了先进高性能发动机。新单晶合金的超冷叶高性能发动机研制的新局片（双空壁铸冷）也在高性能验证机上面。使用。粉末高温合金也由第一代650℃近年来，根据我国三、发展到750℃、850℃粉末涡轮盘和双四代机的研