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  • 1 # 科技之重

    “木桶原理”是都清楚的!航空發動機的壽命與渦輪盤,葉片,軸承,主軸等諸多部件有關,要提高發動機的壽命,這些個部件的效能一個都不能差。

    航空發動機中的葉片有風扇葉片,壓氣機葉片,高壓渦輪導向葉片和工作葉片,低壓渦輪導向葉片和工作葉片。其中風扇葉片和壓氣機葉片屬於冷端葉片,而渦輪葉片則是熱端葉片。

    航空發動機的葉片

    上面所說的葉片也就是指渦輪葉片,因為渦輪葉片要在上千度的高溫,上百兆帕的壓力下工作。除此之外,渦輪葉片還要承受相當於自重2000倍的離心力。在這些高溫,高壓,強力的作用下葉片會發生蠕變,斷裂等現象,這樣一來就極大的影響了壽命。為了提高發動機的使用壽命,就必須提高渦輪葉片的耐高溫,抗蠕變等效能。渦輪葉片從早期的變形高溫合金,到鑄造高溫合金和定向凝固柱高溫合金,再到單晶高溫合金以及金屬間化物和陶瓷基複合材料。目前來說,走向實用化並用於渦輪葉片的也只有高溫合金和金屬間化物了。

    走向實用化的單晶耐高溫合金才到第三代,在實驗室中的已經發展到了第五代。世界上的第三代單晶耐高溫合金效能大致相同,都可以在1100度,140Mpa的條件下穩定工作220小時,且不發生蠕變,斷裂等現象。中國的DD409第三代單晶耐高溫合金在1100度的屈服強度為483Mpa。除此之外,金屬間化物也有較大的應用。

    航空發動機所用的軸承

    軸承效能的強弱,主要與其所用的鋼材有關,也就是所說的軸承鋼。早期的軸承鋼是AISI M50,其最高使用溫度為315度。隨著航空發動機渦前溫度的提高,M50軸承鋼已經不適應這種環境了。緊接著又研發出了AISI M50NIL,AISI M1,AISI M2,WB-49,Cronidur30,CCS-42L。其中CCS-42L和WB-49與M1和M2均能在500度的條件下工作,但是M1和M2鋼材的抗氧化性已經達到限度了,溫度再高點這兩種鋼材的效能就不符合要求了。既然軸承是可轉動元件,要自然少不了潤滑了。潤滑油除了起到保護軸承的作用之外,還有冷卻的作用。所以說,研發壽命更長,工作溫度更高的軸承鋼,可以提升發動機的壽命。

    航空發動機的渦輪盤

    航發的渦輪盤主要使用了粉末高溫合金,鎳基粉末合金已經發展了三代。第一代粉末高溫合金主要以Rene95,FGH95為代表,其工作溫度大概在650度;第二代粉末高溫合金主要以FGH96,Rene88D為代表,其工作溫度在750度左右;第三代粉末高溫合金主要以ME3,ALLOY-10,LSHR,NR3 NR6為代表,其工作溫度在800度以上。第三代粉末高溫合金與第二代相比,在相同條件下,壽命提高了30倍,屈服強度和裂紋時間顯著增加。

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