新兴铸管股份有限公司
Xinxing Ductile Iron Pipes Co.
国家材料腐蚀与防护科学数据中心分中心-智慧铸管-耐蚀钢铁材料数据中心
National Materials Corrosion and Protection Data Center
Intelligent Ductile Iron Pipe-Corrosion Resistant Steels Data Center
中文 | Eng 管理后台 数据审核 登录 反馈
国产热障涂层材料研制成功 或助涡扇15超越美国F119
2019-01-02 12:53:51 作者:本网整理 来源:小飞猪的防务观察

10.jpg   

涡轮前温度是现代航空发动机关键指标

 

    近日,有关媒体报道,中国相关单位已经研制成功新一代热障涂层材料-稀土钽酸盐高温铁弹相变陶瓷材料,可以有效提高国产航空发动机涡轮前温度,为国产航空发动机性能升级打下了坚实的基础。


    众所周知,涡轮前温度是现代航空发动机关键指标之一,这个涡轮指的是高压涡轮,航空发动机属于热机,能量来源于空气受热膨胀,从能量守恒角度来讲,燃气温度越高,产生的能量越大,但是航空发动机燃气温度有一个限制,那就是高压涡轮承受能力,喷气式发动机工作需要空气由压气机送入燃烧室,而高压压气机由高压涡轮带动,因此高压涡轮需要承受高温高速燃气带来的冲击,还要高速旋转带动高压压气机,对于材料要求极高,所以高压涡轮与燃烧室、高压压气机被称为发动机“核心机”三大件就是这个原因。

 

11.jpg

高压涡轮的耐心受能力直接决定着发动机涡轮前温度高低

 

12.jpg

高压涡轮又要带动高压压气机,要求一定的机械性能,这样就形成了限制

 

    现代航空发动机高压涡轮普遍采用镍基高温合金,它的最高工作温度大约是1100度,四代航空发动机涡轮前温度已经达到1600度,抵达材料表面温度也有1100度,在这样高温度下材料会变软,无法承受高速运动产生的应力,实际上未来发动机燃气温度有可能超过2000度,抵达材料表面温度在1500度以上,仅凭镍基高温合金本身已经不能适应要求,需要热障涂层来进一步降低材料工作温度。


    现代航空发动机高压涡轮热障涂层主要采用陶瓷材料,陶瓷优点就是熔点高、强度大、热导率低,传统发动机热障涂层多采用氧化锆基陶瓷材料,它可以使材料承受的温度降低100度,这样加上镍基高温合金本身1100度,再加上气膜冷却技术还能提供400度左右的冷即效果,那么航空发动机涡轮前温度可以达到1600度左右。这个温度正是第四代航空发动机F119涡扇发动机涡轮前温度。

 

13.jpg
F-22优异的性能来源两部先进的发动机,后者又依靠材料进步

 

    随着航空发动机性能继续提高,人们预测第五代航空发动机涡轮前温度可能会达到达到2000度,这样热联涂层需要提供氧化锆陶瓷材料提供更好的防护效果,遗憾是实验发现随着温度升高,氧化锆陶瓷材料迅速下降,热导率增加,材料氧化,进而导致涂层失效,所以人们一直在寻找性能更好的热障涂层材料,为此中国相关单位研制成功稀土钽酸盐高温铁弹相变陶瓷材料,它与传统氧化锆陶瓷材料相比,效率更高,可以达到后者的2-3倍,也就是说它可以让材料承受的温度降低200-300度,加上镍基高温合金的1100度、气膜冷却的300-400度,可以让发动机涡轮前温度提到1800度以上,还有就是韧性好,传统陶瓷材料最大缺点就是韧性不足够,稀土钽酸盐材料比氧化锆材料质地柔软,可以承受更多的应力,这样就可以大大提高材料热循环次数,增强航空发动机可靠性。同等应力状态稀土钽酸盐还可以制备更厚的热障涂层,这样就能达到更大的温度梯度。

 

14.jpg
凭借新型材料,涡扇15涡轮前温度超越F119已经不是梦

 

     因此稀土钽酸盐高温铁弹相变陶瓷材料研制成功,为中国航空发动机提高涡轮前温度创造了有利条件,可以想像,这种发动机应用之后,国产航空发动机推力更大、推重比更高,能够更加有效的进一步提高国产战斗机作战能力。

 

 

 

更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态,我们网站会不断更新。希望大家一直关注国家材料腐蚀与防护科学数据中心http://www.ecorr.org

 

免责声明:本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有,如果涉及侵权,请第一时间联系本网删除。

关于国家科技资源服务平台

国家科技基础条件平台中心是科技部直属事业单位,致力于推动科技资源优化配置,实现开放共享,其主要职责是:承担国家科技基础条件平台建设项目的过程管理和基础性工作;承担国家科技基础条件平台建设发展战略、规范标准、管理方式、运行状况和问题的研究,以及国际合作与宣传、培训等工作;承担科技基础条件门户系统的建设与运行管理工作;参与对在建和已建国家科技基础条件平台项目的考核评估和运行监督工作。

国家科技资源服务平台相关网站


国家材料腐蚀与防护科学数据中心

国家高能物理科学数据中心

国家基因组科学数据中心

国家微生物科学数据中心

国家空间科学数据中心

国家天文科学数据中心

国家对地观测科学数据中心

国家极地科学数据中心

国家青藏高原科学数据中心

国家生态科学数据中心

国家冰川冻土沙漠科学数据中心

国家计量科学数据中心

国家地球系统科学数据中心

国家人口健康科学数据中心

国家基础学科公共科学数据中心

国家农业科学数据中心

国家林业和草原科学数据中心

国家气象科学数据中心

国家地震科学数据中心

国家海洋科学数据中心