航空发动机温度超过2000摄氏度 为何不会被熔化?

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战斗机都是燃气涡轮发动机。主要原理是通过进气口从空气压缩机吸入空气,然后空气进入燃烧室,燃烧进入燃烧室的燃料燃烧。最后,膨胀功通过涡轮机喷出。现代航空发动机的内燃机温度可以达到2000°C以上,而涡轮机温度约为1500°。尽管尾气已冷却,但温度通常超过500°C。在如此高的温度下,普通材料长期以来难以忍受。高海拔发动机不融化的原因主要是采用特殊的高温耐热材料和多种冷却结构设计。

涡轮机承受高温的最重要部分是涡轮机叶片。涡轮叶片分为可改变气流方向的定子叶片和可直接逆转气流的转子叶片。定子叶片位于转子叶片的前面,直接接收燃烧室的高温。气体的一部分具有最高温度。目前,涡轮机叶片大多用单一的奥氏体耐高温镍基合金,铁基合金和钴基合金烧结。涡轮叶片采用中空结构,使空气对流,在叶片上形成空气保护膜,叶片表面具有自润滑和耐高温的复合隔热涂层,使整套可以使用一些措施使定子叶片温度下降300至600°C足以确保金属合金材料的稳定运行。

航空发动机涡轮叶片,空心设计

空心设计带来的散热效果

与涡轮叶片相比,涡轮盘的温度相对较低,但通常也高于700°C。由于长期的旋转运动,对高温耐久性的要求相对较高。用于制造涡轮盘的材料主要是镍基高温合金。在早期,它们主要由变形的高温材料和铸造高温工艺制成。 1980年代以后,单晶高温合金和凝固高温合金逐渐发展起来。如今,使用镍基粉末高温合金。在惰性气体的保护下,热成型和快速凝固工艺可以进一步改善镍合金的高温和强度性能。我国已开发出800℃以上的高温合金粉。在新的航空发动机之上。

航空发动机涡轮盘

航空发动机涡轮盘

航空发动机的燃烧室是最热的部分。在早期,使用与涡轮机零件相同的镍基合金材料。然而,随着高性能发动机继续使用超高温燃烧来提高发动机的推力重量比,现有的金属合金材料变得越来越难以满足要求,并且新型超高温陶瓷材料正变得越来越多。高性能航空发动机的标准。陶瓷基复合材料的重量仅为镍合金重量的1/3至1/5,但最高工作温度可能超过1500°C。在高于1200%的温度下工作时,它还具有良好的抗疲劳性。它是当前四代战斗机发动机中最主流的。材料方面,美国已经开发出一种以陶瓷为基础的复合材料,其工作温度为1538°C,而为F35战斗机提供动力的普惠F135发动机已成为全球最强的发动机。

发动机尾喷嘴温度低,制造相对简单。完全可以使用镍铁合金,但是为了最大程度地减少重量损失,尾喷嘴已越来越多地用于重量轻,强度高和耐高温性高的场合。高于500°C的阻燃钛合金材料。美国开发的600°C Ti-V-Cr阻燃钛合金Alloy-C已应用于F119发动机的尾喷嘴。强劲的推力与轻巧的钛合金相结合,使发动机沉重。比例已经超过10,成为F22战斗机的标准动力!

中国的航空高温合金材料是在1950年代从苏联复制而来的。他们在1960年代和1970年代的内部和外部封锁中变得自力更生,并在新时代大力追赶。尽管达到了很高的水平,但与国外的差距仍然很大。航空发动机工作温度每升高100°C,推力将增加20%以上。为了生产更高性能的航空发动机,我们必须继续改进和改进基础材料研究,结晶冶金工艺和粉末冶金工艺。随着涡轮风扇15和涡轮风扇20等高性能发动机的出现,相信中国的高温合金材料将在时代的进步中最终跃居世界之首! (作者签名:俊武吐草军)

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