先进材料在战斗机发动机上的应用与研究趋势_梁春华第32卷第6期2022年12月航空材料学报JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSVol.32，No.6December2022先进材料在战斗机发动机上的应用与研究趋势梁春华，李晓欣（沈阳发动机设计研究所，沈阳110115）摘要：美国、英国等国家特别重视战斗机发动机材料的发展，通过制订和实施一系列先进材料研究计划，开发和验证轻质高强度材料，为发动机研制提供技术保障。综述各国现役、在研和预研战斗机发动机的材料应用情况，总结树脂基复合材料、钛基复合材料、钛铝金属间化合物、单晶高温合金、粉末高温合金、陶瓷基复合材料、陶瓷热障涂层等材料及其工艺应用趋势。先进材料研究的发展趋势：①向低密度高强度发展，以减轻质量；②向高强度与高耐温能力发展，以提高涡轮进口温度；③向一体化（材料、工艺与结构设计）发展，以实现材料特性与结构的最优组合。关键词：先进材料；战斗机发动机；研究计划；研制进展DOI：10.3969/j.issn.1015-5053.2022.6.004：V223；V215．5文献标识码：A：1015-5053（2022）06-0032-05收稿日期：2022-04-28；修订日期：2022-08-12作者简介：梁春华（1969—），男，研究员，主要从事航空发动机与燃气轮机情报分析，（E-mail）lllch1234@sina．com。20世纪90年代末期，美国国防部负责研究与工程的副部长埃尼塔·约翰逊（AnitaJones）在FY97和FY101材料与工艺技术领域计划中将材料、信息、传感器和经济可承受性列为美国国防部科技研究优先发展的四大技术［1，2］。在美国空军2025年展望中，将材料与工艺列为空军六大高效力技术之一［1，2］。航空技术发展在很大程度上依赖于材料进步，“一代材料、一代装备”是材料推动航空技术进步的真实写照。航空发动机推重比的提高、性能的提升同样离不开材料的进步。因而，很多国家通过实施专项和综合性研究计划，来研发军用发动机用先进材料及工艺，以提高其综合性能。目前，战斗机发动机材料正在向着密度更小、耐温能力更高、费用更低、寿命更长、结构设计和材料工艺一体化等方向发展。1应用趋势1．1第3代战斗机发动机20世纪70年代后期以来，美国PW和GE公司开始研制第3代战斗机发动机F101，F110，F404和F414等发动机，俄罗斯开始研制AL31F发动机，欧洲共同体开始研制RB1101，M88等发动机。这代发动机将第2代战斗机发动机的推重比5．06．0提高到7．08．0、涡轮进口温度由14001550K提高到16001750K［3］。为了满足这些挑战，质量轻的树脂基复合材料开始使用、钛合金用量加大，耐更高温度的高温合金的用量也有所提升。下面为第3代战斗机发动机典型部件用材情况。风扇以钛合金为主，为减轻外涵机匣质量，外涵机匣采用了树脂基复合材料［46］。RB1101，AL31F，F101发动机的风扇为全钛结构，其中F101发动机的转子叶片选用Ti-6-6-2，盘选用Ti-8-1-1，轴选用Ti-6-4；AL31F发动机的转子叶片选用ВТ3-1钛合金和ВТ20钛合金，盘选用ВТ9钛合金。F110-GE-132，F404，F414发动机外涵机匣采用了树脂基复合材料。压气机以钛合金和高温合金为主［46］。压气机的前部叶片、盘和机匣多数选用钛合金，后部选用钢、镍铬高温合金或镍基高温合金。如：F101发动机13级盘为钛合金，4级选用PW1016，5，7，9级为高温合金，6，8，10级为In101粉末高温合金；转子叶片14级为钛合金，510级为高温合金。又如F110发动机的前3级为钛合金，后6级选用高温合金。F414发动机的前2级转子选用Ti17，后5级选用In718。燃烧室以镍基或钴基高温合金为主。AL31F发动机机匣选用ЭП708高温合金，火焰筒选用ЭП648镍基（高铬含量）高温合金。F101发动机选用Haynes188钴基高温合金，F110，F404和F414发动机则选用HastelloyX镍基高温合金。涡轮叶片最初主要选用空向凝固镍基高温合金本文：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！