【简介：】本篇文章给大家谈谈《航空发动机风扇叶片材料有哪些》对应的知识点，希望对各位有所帮助。本文目录一览：
1、钨元素耐高温的能力强，为什么发动机叶片爱用铼？
2、飞机发动机最难
本篇文章给大家谈谈《航空发动机风扇叶片材料有哪些》对应的知识点，希望对各位有所帮助。
本文目录一览：
- 1、钨元素耐高温的能力强，为什么发动机叶片爱用铼？
- 2、飞机发动机最难造的叶片，究竟是什么材料做的？
- 3、为什么喷气发动机的风扇叶片越来越少?
- 4、航空发动机材料的材料特点
- 5、航空发动机的各类叶片转子材料为什么不同?
钨元素耐高温的能力强，为什么发动机叶片爱用铼？
说起航空发动机叶片，工作环境恶劣。比如F22的皇家发动机F119的涡流前温度是1703℃。这种高温会熔化我们常见的金属。所以我们首先想到了熔点极高的钨。它的熔点高达3422℃，足以应付1703℃。但是，我们从来没有听说过钨合金用于发动机叶片。为什么？现代飞机的发动机种类很多，有活塞式发动机(运动飞机)、涡轴发动机(直升机)、涡轮喷气和涡扇发动机(战斗机)、涡扇发动机(无加力)、无人机、轰炸机、客机等，每台发动机的工况和条件都不一样，所以本文重点研究涡喷和涡扇，因为这两种发动机在结构和工况上是相似的，但是它们的未来却是截然不同的！
喷气式发动机在结构上与其他类型的发动机有些不同。坐过客机的朋友可以发现，从发动机前部往后看，可以看到后面的风景。当然，这并不是说喷气发动机的前后相连，我们看到的只是从外涵道叶片间隙看去的后半部分！涡扇发动机结构一般由外涵道和内涵道组成。外部管道由一个大风扇和整流叶片组成。简单来说就是一个超大风扇，速度超快，叶片多。整个发动机的核心结构是内涵路，从前到后由低压压气机、高压压气机、高压涡轮和低压涡轮组成。压力和温度从前到后逐渐升高，高温高压在燃烧室和高压涡轮达到最高，最后低压涡轮膨胀最终工作后从发动机后部喷出！
它的涵道风扇是复合材料制成的，因为复合材料制成的叶片比金属材料制成的叶片更方便、更轻。比如GEnx发动机的涵道风扇叶片18片，每片可以减轻1 kg，减重效果不小！当然这个位置的叶片对温度没有很高的要求，这是超大型风机的工作环境高温从低压压缩机开始。众所周知，随着压力的增加，气体内能增加，温度升高。比如波音787的另一款发动机莱德1000(罗尔斯·罗伊斯公司制造)的总压比为52:1，温升非常可观！但是，高压涡轮前面有一个燃烧室，这才是真正恶劣的环境。比如F22皇家发动机涡流前温度1703℃(客机涡扇发动机涡流前温度没那么高)，这里大部分金属都傻眼了！
可见铼的密度比钨高，熔点比钨低200度左右。块状铼金属为银白色，原子排列为六方密堆积晶体结构，化学性质非常稳定，耐酸性强，即使王水在室温下也不能溶解。铼是1925年发现的元素，也是最后发现的稳定元素。根据2014年的数据，世界上已探明的铼资源约为2500吨，仅占黄金的1%，可以说是相当稀少，一半的铼资源位于南美洲的智利。根据2020年的数据，我国已探明的铼资源储量约为250吨，主要存在于辉钼矿中。辉钼矿中铼含量在1/10000~3/10000之间，陕西黄龙铺钼矿铼储量为176吨。目前全球铼的年产量约为50吨，2016年铼的价格为4700万元/吨，约为黄金价格的五分之一，白银价格的13倍。随着铼资源的减少，近年来铼的价格急剧上涨，国际铼资源主要由西方国家控制。
飞机发动机最难造的叶片，究竟是什么材料做的？
叶片是一类典型的自由曲面零件，加工这类零件时都有一个特点：薄，加工时易变形，并且材质通常为不锈钢、蒙乃尔合金、INCONEL、钛和镍为基础的难加工合金材料，更增添了加工的困难度，同时对加工工艺与加工用的刀具提出了更高的要求。
为什么喷气发动机的风扇叶片越来越少?
为什么喷气发动机的风扇叶片越来越少？
叶片数量的减少，这是非常现实的，与老的发动机相比，是因为采用了宽弦风扇叶片。
早期的喷气发动机使用窄弦风扇叶片，通常由固体钛制成。因为它们又细又长(高纵横比)，它们需要“缓冲器”(穿过风扇中间的环形圈)来防止振动。这有一个固有的问题，就是扰乱了叶片上方的气流，降低了燃油效率。
GE CF6-80C2B2涡扇发动机进气道显示旧式窄弦风扇叶片。注意3/4间距的“缓冲”。在操作期间，这是一个麻烦的来源，当一个缓冲(跨中护罩)骑在另一个，造成叶片瓦。风扇的跨中护冠重叠而不是面对面接触，并锁定两个或更多的叶片在一起。在发动机启动或叶片损坏前，必须打开护板叶片，或风扇盘可能会严重损坏。
一种新的风扇叶片——宽弦风扇叶片开始出现在行业中，首先出现的是劳斯莱斯RB211-757E4。这些也是钛制的，但由于它们的尺寸，内部是中空的，以减轻重量。与窄弦风扇叶片相比，它们的展弦比明显较低，因此不需要额外的减震器支持，这大大提高了燃油效率。宽弦风扇叶片的另一个好处是，由于外来物体更有可能进入宽弦风扇叶片的旁路管道，因此，由于鸟类撞击等事件，外部物体损坏核心的几率更低。
剑桥公爵夫人凯瑟琳(凯特·米德尔顿)在新加坡生产的第一个劳斯莱斯宽弦风扇叶片和特伦特航空发动机的最后一个叶片
空心钛宽弦风扇叶片是罗尔斯•罗伊斯皇冠上的明珠技术，也是数十年精心加工和合作的产物——英国和新加坡是他们唯一的生产地点。
风扇叶片在引擎中起着非常重要的作用，对工程师来说，它们是一件艺术品。它们每秒钟向引擎吸入一吨空气，产生引擎80%的推力。
钛是他们选择的空心钛宽弦风扇叶片的材料，因为它是一种坚固和轻便的材料，可以抵抗外来物体的损坏。
但是为了使风扇叶片非常省油，他们引入了一种独特的专利模式，使它们更轻，更符合空气动力学。
在CFM的LEAP发动机中，最具挑战性的技术之一是全新的宽弦复合风扇，这在CFM发动机中尚属首次。LEAP的风扇将只有18个叶片，是CFM56-5C的一半，比CFM56-7B少25%。
复合风扇和密封外壳在减轻重量方面发挥了作用。每艘飞船的LEAP发动机将比风扇和外壳由金属制成的发动机轻1000磅。因为通用的经验wide-chord GEnx GE90和复合材料，他们对耐久性有信心：到目前为止，没有适航指令(广告)GE90的风机叶片，并在一些超过18年3500万飞行小时，只有少数叶片已经脱离了服务。
CFM的跃进未来
罗尔斯-罗伊斯正准备从其长期以来使用中空钛合金风扇叶片的涡扇发动机，转向使用碳纤维增强塑料(CFRP)制造前线翼型。
劳斯莱斯战略营销副总裁罗伯特•纳托尔(Robert Nuttall)表示，迄今为止，还不可能生产出与金属风扇叶片一样薄的复合材料风扇叶片。
翼型截面的厚度决定了翼型的气动效率。
到目前为止，钛在重量、阻力和耐久性之间取得了最佳的平衡，以抵抗振动、外来物体损伤(FOD)——如鸟类撞击——以及沙子、火山灰和雨水的侵蚀。自最初的RB211-22以来，劳斯莱斯的所有大型涡扇发动机都配备了空心、宽弦钛风扇叶片，这些叶片是通过超塑性成形、扩散连接(SPF/DB)工艺生产的。
风扇叶片和机箱被设计成一个集成系统。在获得认证之前，他们必须经过地面测试，包括刀片脱落测试。
航空发动机材料的材料特点
高温合金主要牌号：
固溶强化型铁基合金：
GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140
时效硬化性铁基合金：
GH2018、GH2036、GH2038、GH2130、GH2132、GH2135、GH2136、GH2302、GH2696
固溶强化型镍基合金：
GH3030、GH3039、GH3044、GH3028、GH3128、GH3536、GH605,GH600
时效硬化型镍基合金：
GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH4133、GH4133B、GH4169、GH4145、GH4090
国外的高温合金叫包含inconel系列 incoloy系列 Hastelloy系列
成分和性能
镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物γ'[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗yang化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗yang化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。
航空发动机的各类叶片转子材料为什么不同?
楼主，是这样的，一般来说，航空发动机的转自叶片材料从前到后的顺序
铝合金（钛合金）---镍合金--单晶镍合金--单向镍合金--镍合金
材料不同的原因有几个
例如钛合金用在低压压气机和高压压气机的前几级，原因是为了减轻重量（增加发动机推重比），节约成本同时，在这些区域的工作温度不是很高，铝合金或者钛合金就已经可以满足要求了
而高压压气机的后几级，温度高了，钛合金超过300摄氏度就容易着火，所以换成了耐高温的镍基合金
而温度最高的高压涡轮一级，就用了单晶的镍基合金
高压涡轮一级之后，温度逐渐降低，因此，采用材料的顺序又变成了单向镍基合金，之后的低压涡轮，温度更低，采用镍基合金就可以满足要求了
综合以上几点，你可以看到，转子叶片采用不同材料的总体目的是减轻重量（增加推重比）、减少加工难度，节约成本。
希望能帮你~~青蛙爱钓鱼
关于《航空发动机风扇叶片材料有哪些》的介绍到此就结束了。
