Lennunduse tootmine on kõrgtehnoloogia kõige kontsentreeritum valdkond ja kuulub arenenud tootmistehnoloogiate hulka. Näiteks Ameerika Ühendriikide Pratt & Whitney poolt välja töötatud F119 mootor, General Electric Company F120 mootor, Prantsusmaa SNECMA Company M88-2 mootor ja Ühendkuningriigi ja Saksamaa poolt ühiselt välja töötatud mootor EJ200 , Itaalias ja Hispaanias. Tasub mainida, et nendel maailma kõige arenenumat taset esindavatel lennukimootoritel on ühiseks tunnuseks uute materjalide, uute protsesside ja uute tehnoloogiate kasutamine. Seitset uut kasutatud materjali tutvustatakse vastavalt järgmiselt:
1
Süsinik/süsinikkomposiit
Mis on süsinik/süsinik komposiidid? See on süsinikmaatriksi komposiitmaterjal, mida tugevdab süsinikkiud ja selle kangas ning millel on madal tihedus (<2.0g/cm3), high strength, high specific modulus, high thermal conductivity, low expansion coefficient, good friction performance, and good thermal shock resistance , high dimensional stability, etc., especially the few candidate materials used above 1650 °C, the highest theoretical temperature is as high as 2600 °C, so it is considered to be one of the most promising high-temperature materials in the world.
Kuigi süsinik/süsinik komposiitidel on palju suurepäraseid omadusi kõrgel temperatuuril, läbivad nad oksüdatsioonireaktsioonid aeroobses keskkonnas, mille temperatuur on kõrgem kui 400 kraadi, mille tulemuseks on materjali omaduste järsk langus. Seetõttu peavad süsiniku/süsiniku komposiitide kasutamisel kõrge temperatuuriga aeroobses keskkonnas olema oksüdatsioonikaitsemeetmed. Süsinik/süsinik komposiitide oksüdatsioonikaitse toimub peamiselt kahel järgmisel viisil, st maatriksi modifitseerimist ja pindaktiivsete punktide passiveerimist saab kasutada süsinik/süsinik komposiitide kaitsmiseks madalamatel temperatuuridel; kui temperatuur tõuseb, tuleb kasutada katmismeetodit, et eraldada süsinik/süsinik komposiitmaterjal otsesest kokkupuutest hapnikuga, et saavutada oksüdatsioonikaitse eesmärk. Praegu on kõige enam kasutatav katmisviis. Teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga toetutakse üha enam süsinik/süsinik komposiitmaterjalide ülikõrge temperatuuriga jõudlusele ning ainsaks teostatavaks oksüdatsioonikaitselahenduseks ülikõrge temperatuuri tingimustes saab olla ainult kattekaitse. .
Tasub mainida, et C/C-põhised komposiitmaterjalid on uus kõrgema temperatuuritaluvusega materjal, mis on viimastel aastatel maailmas enim tähelepanu pälvinud. Sest ainult C/C komposiitmaterjale peetakse turbiini rootori labade ainsteks järglasteks, mille tõukejõu ja kaalu suhe on üle 20 ja mootori sisselasketemperatuur on 1930-2227 kraadi. Kõrgeim strateegiline eesmärk, mida arenenud tööstusriigid taotlevad.
Nn C/C-põhine komposiitmaterjal on süsinikkiuga tugevdatud süsinikpõhikomposiitmaterjal, mis ühendab süsiniku tulekindlad omadused süsinikkiu suure tugevuse ja jäikusega, muutes selle mittehapraks. Kuna C/C-põhistel komposiitmaterjalidel on kerge kaal, kõrge tugevus, suurepärane termiline stabiilsus ja suurepärane soojusjuhtivus, on need tänapäeval kõige ideaalsemad kõrge temperatuurikindlad materjalid, eriti kõrge temperatuuriga keskkondades 1000-1300 kraadi C. Jõud mitte ainult ei vähenenud, vaid suutis kasvada. Eriti kui see on alla 1650 kraadi, säilitab see toatemperatuuril tugevuse ja graatsilisuse. Seetõttu on C/C-põhistel komposiitidel kosmosetööstuses suur arengupotentsiaal.
Tasub mainida, et C/C-põhiste komposiitmaterjalide üks peamisi probleeme lennukimootorite kasutamisel on halb oksüdatsioonikindlus. Seetõttu on Ameerika Ühendriigid viimastel aastatel selle probleemi lahendamiseks vastu võtnud rea tehnoloogilisi meetmeid ja neid on järk-järgult rakendatud uuele mootorile. Näiteks Ameerika F119 mootori järelpõleti sabaotsik, F100 mootori otsik ja põlemiskambri otsik ning F120 taatlusmasina põlemiskambri osad on valmistatud C/C-põhistest komposiitmaterjalidest. Teine näide on prantsuse M88-2 mootor ning Mirage 2000 mootori järelpõleti kütuse sissepritsevarras, kuumuskilp ja otsik kasutavad samuti C/C-põhiseid komposiitmaterjale.
2
Uus ülitugevast terasest materjal
Mis on ülitugev teras? Kesk{0}}s töötati Ameerika Ühendriikides välja Cr-Mo teras (AISI4130) ja Cr-Ni-Mo teras (AISI 4340). Pärast karastamist ja madalal temperatuuril karastamist olid tõmbetugevused vastavalt 170 ja 190 kgf/mm2. 1950. aastate alguses lisati AISI 4340 terasele Si ja V, et saada 300M tõmbetugevusega 190–210 kgf/mm2. 1960. aastal valmistas International Nickel Company martensiitterast, mille tõmbetugevus oli umbes 180 kgf/mm2 ja purunemistugevus kuni 390 kgf/mm. 1970. aastatel vähendasid USA C ja suurendasid Si 300M alusel, parandasid sitkust ja arendasid välja HP310 teraseks; martensiiterase baasil arenes see teraseks AF1410, mille tõmbetugevus on 170 kgf/mm2 ja purunemistugevus 400 kgf/mm2 mm.
pilt
Tasub teada, et ülikõrge tugevusega teras peab olema suure tõmbetugevusega ja säilitama piisava sitkuse. See nõuab ka suurt eritugevust (tugevuse ja tiheduse suhe) ja suurt saagise suhet (σs/σb), et vähendada komponendi kaalu, ning sellel peab olema hea keevitatavus ja vormitavus ning muud protsessiomadused. Ülikõrge tugevusega terasel on väga kõrged nõuded metallurgilisele kvaliteedile ning seda sulatatakse sageli elektrikaarahju ja elektriräbu ümbersulatamise teel. Kõrget puhtust nõudvaid terasetüüpe sulatatakse enamasti vaakum-induktsioonahjudes või vaakumtarbimisega elektrikaarahjudes. Keskmise ja madala legeeritud ülikõrge tugevusega teraste puhul tuleks vältida dekarburiseerumist kuumtöötlemise ajal; martensiitteraseid ja sademekindlaid roostevabasid teraseid saab tahke lahusega töödelda tavalistes küttekolletes. Keevitamiseks tuleb kasutada kaitsegaaskeevitust või argoonvolframkaarkeevitust. Mõned madala legeeritud ülikõrgtugevad terased, millel on kõrge süsinikusisaldus (umbes 0,4 protsenti), tuleks pingetest vabastada ja lõõmutada kohe pärast keevitamist.
Tasub mainida, et ülitugevat terast kasutatakse lennukite teliku materjalina. Näiteks teise põlvkonna lennukites kasutatav telik on valmistatud 30CrMnSiNi2A terasest, mille tõmbetugevus on 1700 MPa. Seda tüüpi teliku lühike kasutusiga on umbes 2000 lennutundi.
Teine näide on see, et kolmanda põlvkonna hävitaja konstruktsioon nõuab, et teliku eluiga ületaks 5,000 lennutundi. Samal ajal väheneb õhusõiduki varustuse suurenemise tõttu lennuki konstruktsiooni kaalukoefitsient ning kõrgemad nõuded esitatakse teliku materjalide valikule ja tootmistehnoloogiale. Nii USA kui ka meie kolmanda põlvkonna hävitajad kasutavad 300M terasest (tõmbetugevus 1950MPa) teliku valmistamise tehnoloogiat.
Tegelikult soodustab materjalide pealekandmise tehnoloogia täiustamine teliku eluea edasist pikenemist ja kohanemisvõime suurenemist. Näiteks Euroopa lennuki Airbus A380 telik kasutab ülisuurt integreeritud sepistamistehnoloogiat, uut atmosfäärikaitse kuumtöötlustehnoloogiat ja kiiret leegipihustustehnoloogiat, nii et teliku eluiga vastab projekteerimisnõuetele. Seetõttu tagas uute materjalide ja tootmistehnikate kasutuselevõtt lennukite väljavahetamise.
pilt
Nagu me kõik teame, seab õhusõidukite pikaealine disain korrosioonikindlas keskkonnas materjalidele kõrgemad nõuded. Näiteks AerMet100 terasel on sama tugevusaste kui 300M terasel, kuid selle üldine korrosioonikindlus ja pingekorrosioonikindlus on oluliselt paremad kui 300M terasel. Sobivat teliku valmistamise tehnoloogiat on rakendatud täiustatud õhusõidukitele, nagu F/A-18E/F, F-22 ja F-35. Kõrgema tugevusega Aermet310 terasel on väiksem purunemiskindlus ning seda arendatakse ja täiustatakse pidevalt. Kahjustuskindla ülitugeva terase AF1410 pragude kasvutempo on äärmiselt aeglane, mida saab kasutada lennuki B-1 tiivast 10,6 protsenti kergema tiiva täiturmehhanismi ühenduskohana. -6Al-4V, töötlemise jõudlus on suurenenud 60 protsenti ja kulu 30,3 protsenti. Näiteks Venemaa Smig-1.42-s kasutatava ülitugeva roostevaba terase kogus ulatub 30 protsendini. PH13-8Mo on ainuke ülitugev martensiitsest sademekindlast roostevabast terasest, mida kasutatakse laialdaselt korrosioonikindlate komponentidena. Rahvusvaheliselt on välja töötatud ka ülitugevaid hammasrataste (laagrite) teraseid, nagu CSS-42L, Gearmet C69 jne, ning neid on kasutatud mootorites, helikopterites ja kosmosetööstuses.
3
Kõrge temperatuuriga sulamist materjal
Mis on supersulamimaterjalid? Kõrge temperatuuriga sulamid jagunevad tegelikult kolme tüüpi materjalideks: 760 kraadi kõrge temperatuuriga materjalid, 1200 kraadi kõrge temperatuuriga materjalid ja 1500 kraadi kõrge temperatuuriga materjalid, mille tõmbetugevus on 800 MPa. Teisisõnu viitab see kõrge temperatuuriga metallmaterjalidele, mis töötavad pikka aega 760-1500 kraadi juures ja teatud pingetingimustes. Selle olulised omadused: sellel on suurepärane tugevus kõrgel temperatuuril, hea oksüdatsioonikindlus ja termiline korrosioonikindlus, hea väsimus, purunemiskindlus ja muud kõikehõlmavad omadused ning sellest on saanud sõjaväe ja tsiviilotstarbeliste gaasiturbiinmootorite kuumade osade asendamatu võtmematerjal. kasutada kogu maailmas.
760 kraadi kõrge temperatuuriga materjalid Alates 1930. aastate lõpust hakkasid Suurbritannia, Saksamaa, USA ja teised riigid supersulameid uurima. Teise maailmasõja ajal jõudis uute lennukimootorite vajaduste rahuldamiseks supersulamite uurimine ja kasutamine kiire arengu perioodi. 1940. aastate alguses lisas Ühendkuningriik esmakordselt 80Ni-20Cr sulamile väikese koguse alumiiniumi ja titaani, et moodustada tugevdamiseks faas (gamma-prime), ning arendas välja esimese niklipõhise sulami, millel on kõrge sisaldus. - temperatuuri tugevus. Sel perioodil hakati USA-s kasutama labade valmistamiseks Vitalliumi koobaltipõhiseid sulameid, et rahuldada kolb-aeromootorite turboülelaadurite väljatöötamise vajadusi.
pilt
Tasub mainida, et USA on välja töötanud ka Inconeli niklipõhised sulamid reaktiivmootorite põlemiskambrite valmistamiseks. Hiljem lisasid metallurgid sulami kõrgtemperatuuritugevuse edasiseks parandamiseks niklipõhisele sulamile selliseid elemente nagu volfram, molübdeen ja koobalt, et suurendada alumiiniumi ja titaani sisaldust, ning töötasid välja rea sulameid, nagu näiteks kui "Nimonic" Ühendkuningriigis ja "Nimonic" Ameerika Ühendriikides. "Mar-M" ja "IN" jne; nikli, volframi ja muude elementide lisamine koobaltipõhistele sulamitele, et arendada mitmesuguseid kõrge temperatuuriga sulameid, nagu X-45, HA-188, FSX-414 jne. koobaltiressursside puudumise tõttu on koobaltipõhiste supersulamite väljatöötamine piiratud.
1940. aastatel töötati välja ka rauapõhised supersulamid. 1950. aastatel ilmusid sellised klassid nagu A-286 ja Incoloy901, kuid halva kõrge temperatuuri stabiilsuse tõttu oli areng aeglane. Endises Nõukogude Liidus hakati 1950. aastal tootma "ЭИ" kaubamärgiga niklipõhiseid supersulameid ning hiljem tootma deformeeritud supersulamite seeriat "ЭП" ja valatud supersulamit ЖС. 1970. aastatel võtsid Ameerika Ühendriigid kasutusele ka uue tootmisprotsessi suunakristallimise labade ja pulbermetallurgia turbiinide ketaste tootmiseks ning töötasid välja kõrgtemperatuurilised sulamist komponendid, nagu monokristalllabad, et rahuldada õhu sisselasketemperatuuri pideva tõusu vajadusi. -mootorite turbiinid.
Supersulamid on välja töötatud nii, et need vastaksid reaktiivmootorite materjalidele esitatavatele väga nõudlikele nõuetele ning neist on saanud asendamatu võtmematerjal sõjaliste ja tsiviilotstarbeliste gaasiturbiinmootorite kuuma otsa komponentide jaoks. Täiustatud lennukimootorites on kõrge temperatuuriga sulamite osakaal jõudnud üle 50 protsendi.
Kõrgtemperatuuriliste sulamite väljatöötamine on tihedalt seotud lennukimootorite tehnoloogilise arenguga, eriti turbiini ketas, turbiini labade materjal ja mootori kuuma otsa osade tootmisprotsess on mootori arengu olulised sümbolid. Materjali kõrge temperatuuritaluvuse ja pingetaluvuse kõrgete nõuete tõttu töötati Ühendkuningriigis esimestel päevadel välja Ni3 (Al, Ti) tugevdatud Nimonic80 sulam, mida kasutati turbiini labade materjalina. turboreaktiivmootor. Lisaks arendati pidevalt Nimonic seeria sulamit. Ameerika Ühendriigid on välja töötanud dispersioontugevdatud niklipõhised alumiiniumi ja titaani sisaldavad sulamid, nagu Inconel, Mar-M ja Udmit sulamite seeriad, mille on välja töötanud vastavalt kuulus Pratt & Whitney Company, GE Company ja Special Metals Company.
pilt
Supersulamite arendusprotsessis on tootmisprotsessil suur roll sulamite arendamise edendamisel. Tänu vaakumsulatustehnoloogia esilekerkimisele on kahjulike lisandite ja gaaside eemaldamine sulamitest, eriti sulami koostise täpne kontroll, pidevalt parandanud supersulamite jõudlust. Eelkõige on supersulamite kiiret arengut soodustanud uute tehnoloogiate, nagu suunatud tahkumine, monokristallide kasv, pulbermetallurgia, mehaaniline legeerimine, keraamiline südamik, keraamiline filtreerimine ja isotermiline sepistamine, edukas uurimine. Nende hulgas on kõige silmapaistvam suunatud tahkumise tehnoloogia. Suunatud tahkumisprotsessiga toodetud suund- ja monokristallsulami kasutustemperatuur on ligikaudu 90 protsenti algsest sulamistemperatuurist. Seetõttu kasutavad täiustatud lennukimootorite labad üle maailma turbiinilabade tootmiseks suunatud ühekristallsulameid. Globaalsest vaatenurgast on niklipõhised valatud supersulamid moodustanud võrdse teljega kristalle, suunaga tahkunud sammaskristalle ja monokristallide sulamisüsteeme. Pulbersupersulamid on välja töötatud ka esimese põlvkonna 650-750-kraadise 850-kraadise pulberturbiini ja kahe jõudlusega pulberketaste jaoks nende täiustatud suure jõudlusega mootorite jaoks.
4
keraamilised maatrikskomposiidid
Mis on keraamilised maatrikskomposiidid? See on teatud tüüpi komposiitmaterjal, mis kasutab maatriksina keraamikat ja erinevaid kiude. Keraamiline maatriks võib olla kõrgtemperatuuriline struktuurkeraamika, nagu räninitriid ja ränikarbiid. Sellel täiustatud keraamikal on suurepärased omadused, nagu kõrge temperatuuritaluvus, kõrge tugevus ja jäikus, suhteliselt kerge kaal ja korrosioonikindlus. Saatuslik nõrkus on see, et need on rabedad. Kui need on pinge all, pragunevad või isegi purunevad, põhjustades materjali rikke. Kõrge tugevusega, kõrge elastsusega kiu ja maatrikskomposiidi kasutamine on tõhus meetod keraamika sitkuse ja töökindluse parandamiseks. Kiud võivad takistada pragude laienemist, saades seeläbi suurepärase sitkusega kiududega tugevdatud keraamilisi maatrikskomposiite.
pilt
Keraamilisi maatrikskomposiite on kasutatud vedelate rakettmootorite düüsidena, rakettide radoomidena, kosmosesüstiku ninakoonustena, lennukite piduriketaste ja kõrgekvaliteediliste autode pidurikettadena jne, mis on muutunud kõrgtehnoloogiliste uute materjalide oluliseks haruks.
Kuna keraamilistel materjalidel on suurepärane kulumiskindlus, kõrge kõvadus ja hea korrosioonikindlus, on neid laialdaselt kasutatud. Keraamika suurimaks miinuseks on aga see, et see on rabe ning tundlik pragude ja pooride suhtes. Alates 1980. aastatest on keraamilistele materjalidele osakeste, vurrude ja kiudude lisamisel saadud keraamilised maatrikskomposiidid oluliselt parandanud keraamika tugevust.
Keraamilistel maatrikskomposiitidel on kõrge tugevus, kõrge moodul, madal tihedus, kõrge temperatuuritaluvus, kulumis- ja korrosioonikindlus ning hea sitkus ning neid on kasutatud kiirete lõikeriistade ja sisepõlemismootorite komponentides. Seda tüüpi materjalide väljatöötamine on aga suhteliselt hilja ja selle potentsiaali tuleb veel edasi arendada. Uurimistöö keskendub selle rakendamisele kõrge temperatuuriga materjalide ning kulumis- ja korrosioonikindlate materjalide puhul, nagu suure võimsusega sisepõlemismootorite täiustatud turbiinid, kosmosesõidukite termilised komponendid ja metallide asemel sõidukite mootorid, naftakeemiakonteinerid , jäätmepõletusseadmed jne.
Keraamika puhul mõtlevad inimesed loomulikult selle rabedusele. Üle kümne aasta tagasi, kui seda kasutati insenerivaldkonnas kandedetailidena, ei olnud seda kellelgi võimalik omaks võtta. Siiani ei pruugi keraamiliste komposiitmaterjalide osas mõned inimesed selged olla, arvates, et keraamika ja metallid on algselt kaks ebaolulist materjali. Kuna aga inimesed kombineerisid nutikalt keraamikat ja metalle, on inimeste arusaam sellest materjalist läbi teinud põhjaliku muutuse, milleks on keraamilised maatrikskomposiidid.
Keraamiline maatrikskomposiitmaterjal on väga paljutõotav uus konstruktsioonimaterjal lennundustööstuses, eriti lennukimootorite tootmises, see näitab üha enam oma unikaalsust. Lisaks kergele kaalule ja suurele kõvadusele on keraamilistel maatrikskomposiitidel ka suurepärane kõrge temperatuuritaluvus ja kõrge temperatuuri korrosioonikindlus. Praegu on keraamilised maatrikskomposiidid kõrge temperatuurikindluse poolest ületanud metallist kuumakindlaid materjale ning neil on head mehaanilised omadused ja keemiline stabiilsus. Need on ideaalsed ja suurepärased materjalid suure jõudlusega turbiinmootorite kõrge temperatuuriga piirkondade jaoks.
pilt
Riigid üle maailma keskenduvad räninitriidi ja ränikarbiidiga tugevdatud keraamika uurimisele, et vastata uue põlvkonna täiustatud mootorite materjalinõuetele
materjalidest ja on teinud suuri edusamme, eriti kaasaegsete lennukimootorite osas. Näiteks Ameerika taatlusmasina F120 mootor, selle kõrgsurveturbiini tihendusseade ja mõned põlemiskambri kõrge temperatuuriga osad on kõik valmistatud keraamilistest materjalidest. Teise näitena kasutatakse prantsuse M88-2 mootori põlemiskambris ja düüsis samuti keraamilisi maatrikskomposiite.
5
Uued intermetalliliste ühendite materjalid
Mis on metallidevahelised ühendid? Metallide ja metallide või metallide ja metalloidide ühendid (nagu H, B, N, S, P, C, Si jne). Kahe metalli aatomid ühendatakse teatud vahekorras, moodustades sulami koostise, mis erineb kahest algsest kristallvõrest. Intermetallilised ühendid on uut tüüpi materjalid, mis on pälvinud laialdast tähelepanu.
pilt
Tegelikult on suure jõudlusega, suure tõukejõu ja kaalu suhtega aeromootorite väljatöötamine soodustanud metallidevaheliste ühendite väljatöötamist ja kasutamist. Intermetallilised ühendid on üldiselt ühendid, mis koosnevad kahe-, kolme- või mitmeelemendilistest metallielementidest. Intermetallilistel ühenditel on suur potentsiaal kõrge temperatuuriga struktuurirakendustes. Sellel on kõrge töötemperatuur, eritugevus, soojusjuhtivus ja eriti kõrgel temperatuuril on sellel ka hea oksüdatsioonikindlus, korrosioonikindlus ja kõrge roometugevus. . Lisaks, kuna intermetalliline ühend on uus materjal supersulami ja keraamilise materjali vahel, täidab see kahe materjali vahelise tühimiku, nii et sellest saab üks ideaalseid materjale lennukimootorite kõrge temperatuuriga komponentide jaoks.
Ülemaailmses lennukimootorite struktuuris keskendub teadus- ja arendustegevus peamiselt intermetallilistele ühenditele, nagu titaan-alumiinium ja nikkel-alumiinium. Nendel titaanalumiiniumühenditel on põhimõtteliselt sama tihedus kui titaanil, kuid neil on kõrgem töötemperatuur. Näiteks TiAl töötemperatuurid on vastavalt 816 kraadi ja 982 kraadi. Intermetallilisel ühendil on tugev side aatomite vahel ja keeruline kristallstruktuur, mistõttu on raske deformeeruda ning see on toatemperatuuril kõva ja rabe. Pärast aastatepikkust eksperimentaalset uurimistööd on edukalt välja töötatud uut tüüpi sulam, millel on kõrge temperatuuri tugevus, toatemperatuuril plastilisus ja sitkus, ning see on paigaldatud ja kasutatud ning selle mõju on väga hea. Näiteks Ameerika Ühendriikide suure jõudlusega F119 mootori korpuses ja turbiiniketastes kasutatakse intermetallilisi ühendeid ning taatlusmasina F120 mootori kompressori labadel ja ketastel uusi titaan-alumiinium intermetallilisi ühendeid.
6
vaigumaatriksi komposiidid
Mis on vaigumaatrikskomposiidid? See on kiududega tugevdatud materjal, mis põhineb orgaanilisel polümeeril, tavaliselt kasutatakse kiududega tugevdusi, nagu klaaskiud, süsinikkiud, basaltkiud või aramiidkiud. Vaigupõhiseid komposiitmaterjale kasutatakse laialdaselt lennunduses, autotööstuses ja meretööstuses.
pilt
Komposiitmaterjalide vaigumaatriks on peamiselt termoreaktiivne vaik. Juba 1940. aastatel kasutati klaaskiuga tugevdatud plastikut hävitajate ja pommitajate radoomidena. 1960. aastatel kasutas USA boorkiuga tugevdatud epoksüvaiku tüüridena, horisontaalsete stabilisaatorite, tiibade tagaservade, rooliuste jms puhul sellistel sõjalennukitel nagu F-4 ja F-111. Mis puudutab rakettide tootmist, siis 1950. aastate lõpus kasutati USA keskmaa allveelaeva raketi "Polaris A-2" teise astme tahke rakettmootori korpuses klaaskiuga tugevdatud epoksüvaigu mähiseid, mis on paremad. kui teraskestad. 27 protsenti kergem; hiljem kasutati "Polaris A{10}}" valmistamiseks tavalise klaaskiu asemel suure jõudlusega klaaskiudu, mis muutis kesta kaalu 50 protsenti teraskesta kaalust kergemaks, nii et "Polaris A{{ 12}}" rakett muudeti 2700 tuhandelt meetrilt suurendati 4500 km-ni. 1970. aastatel kasutati epoksüvaigu tugevdamiseks klaaskiu asemel aramiidkiudu ja tugevus paranes oluliselt, samas kui kaal vähenes. Süsinikkiuga tugevdatud epoksüvaigukomposiite kasutatakse laialdaselt lennukites, rakettides, satelliitides ja muudes struktuurides.
Vaigupõhiste komposiitmaterjalide kasutamise uurimine lennukite turboventilaatormootorites algas 1950. aastatel. Pärast enam kui 60 aastat kestnud arendustööd on GE, PW, RR, MTU, SNECMA ja teised ettevõtted investeerinud palju energiat vaigupõhiste komposiitmaterjalide uurimis- ja arendustegevusse ning saavutanud suuri edusamme ja selle projekteerimine on Seda on rakendatud aktiivsete lennukite turboventilaatormootoritele ja on kalduvus seda veelgi laiendada.
Vaigumaatrikskomposiitide kasutustemperatuur ei ületa üldjuhul 350 kraadi. Seetõttu kasutatakse vaigumaatrikskomposiite peamiselt lennukimootorite külmas otsas.
7
metallmaatrikskomposiidid
Mis on metallmaatrikskomposiidid? See on komposiitmaterjal, mis on kunstlikult kombineeritud maatriksina metalli ja selle sulamiga ning ühe või mitme metallist või mittemetallist tugevdusega. Enamik selle tugevdusmaterjale on anorgaanilised mittemetallid, nagu keraamika, süsinik, grafiit ja boor jne, samuti võib kasutada metalltraate. Koos polümeermaatrikskomposiitide, keraamiliste maatrikskomposiitide ja süsinik/süsinik komposiitidega moodustab see kaasaegse komposiitsüsteemi.
pilt
Metallmaatrikskomposiitmaterjalide omadused: mehaanika osas on neil kõrge põik- ja nihketugevus, head terviklikud mehaanilised omadused, nagu sitkus ja väsimus, ning neil on ka soojusjuhtivus, elektrijuhtivus, kulumiskindlus, väike soojuspaisumistegur, hea summutavus , ei ima niiskust ega korrosioonikindlust. Sellised eelised nagu vananemine ja saaste puudumine. Näiteks süsinikkiuga tugevdatud alumiiniumkomposiitmaterjalide eritugevus on 3–4 × 107 mm ja erimoodul 6–8 × 109 mm. Näiteks grafiitkiuga tugevdatud magneesiumi erimoodul võib ulatuda 1,5 × 1010 mm-ni ja selle soojuspaisumise koefitsient on peaaegu null.
Tasub mainida, et võrreldes vaigupõhiste komposiitmaterjalidega on metallipõhistel komposiitmaterjalidel hea sitkus, nad ei ima niiskust ja taluvad suhteliselt kõrgeid temperatuure. Metallmaatrikskomposiitide tugevduskiud hõlmavad metallikiude, nagu roostevaba teras, volfram, plii, nikkel-alumiinium intermetallilised ühendid jne; keraamilised kiud, nagu alumiiniumoksiid, ränioksiid, süsinik, boor, ränikarbiid jne.
Metallmaatrikskomposiitide maatriksmaterjalide hulka kuuluvad alumiinium, alumiiniumsulam, magneesium, Chin ja Chin sulamid, kuumakindlad sulamid, teemandisulamid jne. Nende hulgas on praegu peamised valikud alumiiniumisulamitel, alumiiniumisulamitel ja rauasulamitel põhinevad komposiitmaterjalid . Näiteks saab kompressori labade valmistamiseks kasutada SiC kiududega tugevdatud Chin sulamist maatrikskomposiite. Süsinikkiudu või alumiiniumoksiidi kiududega tugevdatud magneesiumi või magneesiumisulami maatrikskomposiite saab kasutada turboventilaatori labade valmistamiseks. Teine näide on see, et nikkel-kroom-alumiinium-iriidiumkiuga tugevdatud niklipõhise sulami maatrikskomposiite saab kasutada turbiinide ja kompressorite tihenduselementide valmistamiseks.
Lisaks on välismaal metallmaatrikskomposiitidest valmistatud ventilaatorikorpused, rootorid, kompressorikettad ja muud osad. Kuid üks suurimaid probleeme seda tüüpi komposiitmaterjalide puhul on see, et tugevduskiu ja maatriksmetalli vahel on lihtne reageerida, tekitades rabeda faasi, mis halvendab materjali jõudlust. Eriti kui seda kasutatakse pikka aega kõrgemal temperatuuril, on liidese reaktsioon silmatorkavam. Praegune lahendus on lisada kiu pinnale sobivad katted ja legeerida maatriksmetall vastavalt erinevatele kiududele ja erinevatele aluspindadele, et aeglustada liidese reaktsiooni ja säilitada komposiitmaterjali töökindlus.
pilt
Mootori ventilaatori labades kasutatud materjalid
Mootori ventilaatori laba on turboventilaatormootori kõige esinduslikum ja väga oluline osa ning turboventilaatormootori jõudlus on tihedalt seotud selle arenguga. Võrreldes titaanisulamist ventilaatorilabadega on vaigumaatriksi komposiitmaterjalist ventilaatori labadel kaalu vähendamisel väga ilmne eelis. Lisaks kaalu vähendamise ilmsetele eelistele mõjutavad vaigupõhised komposiitventilaatori labad ventilaatori korpust pärast kokkupõrget vähem, seega on kasulik ventilaatori korpuse isolatsiooni parandada.
Välisriikides kaubanduslikuks kasutamiseks mõeldud komposiitventilaatori labade peamised esindajad on: GE90 seeria mootorid B777 jaoks, GEnx mootorid B787 jaoks ja LEAP-X mootorid COMAC C919 jaoks. Juba 1995. aastal võeti vaigupõhisest komposiitmaterjalist ventilaatorilabadega varustatud GE90-94B mootor ametlikult kommertskasutusele, mis tähistas vaigupõhiste komposiitmaterjalide insenerirakenduse ametlikku realiseerimist kaasaegsetes suure jõudlusega lennukimootorites. . Aerodünaamika, suure ja madala tsükliga väsimustsüklite ja muude tegurite põhjalik kaalumisel on GE välja töötanud uue komposiitventilaatori laba järgmise GE{10}}B mootori jaoks.
21. sajandil ajendab komposiitmaterjalide tehnoloogia edasiarendamist õhusõidukite mootorite suur nõudlus kõrge kahjustuskindlusega komposiitmaterjalide järele ning süsinikkiu tugevuse pideva parandamisega on raske täita kõrge kahjustuskindlusega materjalide nõudeid. /epoksüvaigu eelpreparaadid. Selle tulemusena hakkasid ilmuma 3D kootud struktuuriga komposiitventilaatorilabad.
Mootori ventilaatori korpuses kasutatud materjalid
Mootori ventilaatori korpus on lennukimootori suurim statsionaarne osa ja selle kaalu vähendamine mõjutab otseselt lennukimootori tõukejõu ja kaalu suhet ning efektiivsust. Seetõttu on välismaised täiustatud lennukimootorite originaalseadmete tootjad alati pühendunud kaalu vähendamisele ja ventilaatori korpuse struktuuri optimeerimisele.
pilt
Mootori ventilaatorikappide jaoks kasutatud materjalid
Kuna tegemist ei ole peamise kandekomponendiga, on ventilaatori kate üks esimesi komposiitmaterjalidest valmistatud osi lennukimootoril. Komposiitmaterjalidest ventilaatori kate võib pakkuda kergemat kaalu, lihtsustatud jäätumisvastast struktuuri, paremat korrosioonikindlust ja paremat väsimuskindlust. Näiteks kuulsa RR-i ettevõtte RB211 mootor, PW ettevõtte PW1000G ja PW4000 kasutavad ventilaatorikorkide ettevalmistamiseks vaigupõhiseid komposiitmaterjale.
Võrreldes lennukimootorite suurarvutitega on vaigupõhistel komposiitmaterjalidel lennukimootorite gondlides väga lai kasutusruum. Ülemaailmsed tootjad on vaigupõhiseid komposiitmaterjale laialdaselt kasutanud gondli sisselaskeavades, kattes, tõukejõu reversiides ja mürasummutavates vooderdistes. Materjal. Muude osade osas kasutatakse vaigupõhiseid komposiitmaterjale erineval määral ka lennukimootorite ventilaatorite jooksuplaatides, laagrite tihenduskatetes ja katteplaatides.
