2017年5月5日14時,中國大飛機C919在浦東機場首飛。航天航空飛行器的制造,屬于尖端制造領域。其發展與新材料及其成型工藝有著重大關系。特別是飛行器的發動機制造更是代表了最高水平的制造工藝。
就航天飛行器而言,其發動機組件有四高:高溫、高壓、高轉速、高負荷”。對于這些指標的實現與進步,除了耐高溫合金以外,特種陶瓷的存在也功不可沒。
C919搭載的LEAP發動機采用的兩級高壓渦輪設計,Leap發動機第一級高壓渦輪罩環由陶瓷基復合材料(CMC)制成,CMC材料的耐高溫性能意味著對冷卻氣流需求的減少,大大減少發動機的工作負擔。
此外,陶瓷基復合材料(CMC)比低密度低,制成的罩環重量只有傳統罩環的三分之一,也不需要很多的支撐結構。可有效的降低油耗。
陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復合的一類復合材料。陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結構陶瓷。這些先進陶瓷具有耐高溫、高強度和剛度、相對重量較輕、抗腐蝕等優異性能,而其致命的弱點是具有脆性,處于應力狀態時,會產生裂紋,甚至斷裂導致材料失效。而采用高強度、高彈性的纖維與基體復合,則是提高陶瓷韌性和可靠性的一個有效的方法。纖維能阻止裂紋的擴展,從而得到有優良韌性的纖維增強陶瓷基復合材料。
陶瓷基復合材料將替代目前在航空發動機中應用的鎳基高溫合金。總的來說,發動機工作溫度越高,燃油效率更高。近年來,由于金屬部件采用了熱障涂層,發動機工作溫度不斷升高。但是,涂層的耐溫能力有限。另一方面,陶瓷基復合材料能夠承受2700℉的高溫,且不需要環境障涂層這種特殊設計的陶瓷涂層。
C919使用的CFM LEAP-1C發動機其實并非國產,因此遭許多網民吐槽C919不應稱作“國產大飛機”,不過,你要知道,即使是空客、波音,他們的發動機也不是自己公司生產的。在全球化的時代里,一味講究國產率實際上并沒有太多的價值,波音737和空客A380上面也有不少零件來自于中國制造商。
從航母到國產大飛機,從無到有,慢慢突破,不斷進步。中國產突破核心技術封鎖不是不可能。而在發動機研發上,這些突破與開發更耐高溫和具有更高損傷容限的陶瓷基復合材料有著極大關系,如果你恰好做這方面的研究,那么C919的大市場下,或許你會獲得分一杯羹的機會呢。
粉體圈 作者:小白
備注:CFM是世界主要飛機發動機供應商之一,成立于1974年,由法國賽峰集團旗下斯奈克瑪公司和美國通用電氣集團旗下的GE航空公司各出一半股份成立的合資公司。
作者:粉體圈
總閱讀量:4361