航空航天發(fā)動機發(fā)展水平是一國綜合國力、工業(yè)基礎(chǔ)和科技水平的集中體現(xiàn)，它的研制集中了現(xiàn)代工業(yè)最尖端的技術(shù)、最先進的工業(yè)成果。今天躍谷小編就為您揭秘，航空航天發(fā)動機上所用的材料。
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航空發(fā)動機上應(yīng)用的先進金屬材料

鋁合金

鋁合金具有比模量與比強度高、耐腐蝕性能好、加工性能好、成本低廉等突出優(yōu)點，因此被認(rèn)為是航空航天工業(yè)中用量最起著至關(guān)重要的作用。主要應(yīng)用位置：發(fā)動機艙、艙體結(jié)構(gòu)、承載壁板、梁、儀器安裝框架、燃料儲箱等。

鈦合金

與鋁、鎂、鋼等金屬材料相比，鈦合金具有比強度很高、抗腐蝕性能良好、抗疲勞性能良好、熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點，可以在350~450℃以下長期使用，低溫可使用到-196℃。主要應(yīng)用位置：航空發(fā)動機的壓氣機葉片、機匣、發(fā)動機艙和隔熱板等。

超高強度鋼
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超高強度鋼具有很高的抗拉強度和足夠的韌性，并且有良好的焊接性和成形性。主要應(yīng)用位置：航天發(fā)動機殼體、發(fā)動機噴管、軸承和傳動齒輪。

如今，航空發(fā)動機性能不斷的提高，重量相比過去有了很大的減少，在依靠整體葉盤、整體葉環(huán)、空心葉片和對轉(zhuǎn)渦輪等新穎結(jié)構(gòu)的同時，將會更看重高比強度、低密度、高剛度和耐高溫能力強的先進材料。傳統(tǒng)的航空發(fā)動機材料（鎳合金和鈦合金）雖然仍然可以進一步發(fā)展，但它的發(fā)展空間已經(jīng)不大了，很難滿足未來航空發(fā)動機更加苛刻的溫度和重量要求。

現(xiàn)在，樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和C/C復(fù)合材料因為具有優(yōu)良的低溫性能，已成為航空發(fā)動機風(fēng)扇和壓氣機等部件的候選材料。
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航空發(fā)動機上應(yīng)用的先進復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料
金屬基復(fù)合材料主要是指以Al、Mg等輕金屬為基體的復(fù)合材料。在航空和宇航方面主要用它來代替輕但有毒的鈹。這類材料具有優(yōu)良的橫向性能、低消耗和優(yōu)良的可加工性，已成為在許多應(yīng)用領(lǐng)域最具商業(yè)吸引力的材料，并且在國外已實現(xiàn)商品化。

金屬基復(fù)合材料
其中以鋁鏗合金、欽及鐵合金為基的復(fù)合材料是目前主要選擇對象。如以碳化硅纖維增強欽合金基體復(fù)合材料可用來制造壓氣機葉片。碳纖維或氧化鋁纖維增強鎂或鎂合金基體復(fù)合材料可用來制造渦輪風(fēng)扇葉片。又如鎳鉻鋁銥纖維增強鎳基合金基體復(fù)合材料可用來制造渦輪及壓氣機用的密封元件。

金屬基材料
GE公司為聯(lián)合技術(shù)驗證機發(fā)動機計劃研究了鈦基復(fù)合材料的低壓軸，重量比inco合金減輕30%，剛性比鈦合金提高40%，且壽命和耐用性均有所改善。若F110發(fā)動機采用這種復(fù)合材料軸，重量可減輕68kg。在不久的將來，金屬復(fù)合材料將會取代鎳、鈦合金，成為未來航空發(fā)動機的主要材料。

陶瓷基復(fù)合材料
陶瓷基復(fù)合材料（CMC）由于其本身耐溫高、密度低的優(yōu)勢，在航空發(fā)動機上的應(yīng)用呈現(xiàn)出從低溫向高溫、從冷端向熱端部件、從靜子向轉(zhuǎn)子的發(fā)展趨勢。

CMC材料具有耐溫高、密度低、類似金屬的斷裂行為、對裂紋不敏感、不發(fā)生災(zāi)難性損毀等優(yōu)異性能，有望取代高溫合金滿足熱端部件在更高溫度環(huán)境下的使用，不僅有利于大幅減重，而且還可以節(jié)約甚至無須冷氣，從而提高總壓比，實現(xiàn)在高溫合金耐溫基礎(chǔ)上進一步提升工作溫度400～500℃，結(jié)構(gòu)減重50%～70%，成為航空發(fā)動機升級換代的關(guān)鍵熱結(jié)構(gòu)用材。

陶瓷基復(fù)合材料發(fā)動機

陶瓷基復(fù)合材料主要應(yīng)用在以下兩方面。
燃燒室部件：
早在90年代，GE公司和P&W公司就已經(jīng)使用陶瓷基復(fù)合材料制備燃燒室襯套，該襯套在1200℃環(huán)境下工作可以超過1000h。美國綜合高性能渦輪發(fā)動機技術(shù)計劃用碳化硅基復(fù)合材料制備火箭筒，現(xiàn)已在第一階段得到驗證。

Sic制備的燃燒室襯套

CMC制備火焰筒

渦輪部件：
作為發(fā)動機重要的零件之一，渦輪葉片工作在燃燒室出口，是發(fā)動機中承受熱沖擊最嚴(yán)重的零件，其耐溫能力直接決定著高性能發(fā)動機推重比的提升。陶瓷基復(fù)合材料密度低、耐高溫，對減輕渦輪葉片重量和降低渦輪葉片冷氣量意義重大。目前，國外已成功運用陶瓷基復(fù)合材料制備出耐高溫的渦輪葉片。

CMC渦輪葉片葉身

樹脂基復(fù)合材料
先進樹脂基復(fù)合材料是以高性能纖維為增強體、高性能樹脂為基體的復(fù)合材料。與傳統(tǒng)的鋼、鋁合金結(jié)構(gòu)材料相比，它的密度約為鋼的1/5,鋁合金的1/2,且比強度與比模量遠高于后二者。

主要應(yīng)用位置：航空發(fā)動機冷端部件（風(fēng)扇機匣、壓氣機葉片、進氣機匣等）和發(fā)動機短艙、反推力裝置等部件上得到廣泛應(yīng)用。

外涵機匣：
與常規(guī)的鈦合金風(fēng)扇外涵機匣相比，在保證能夠執(zhí)行所有功能和承受整臺發(fā)動機的靜態(tài)與飛行載荷的前提下，樹脂基復(fù)合材料制造的外涵機匣能減輕發(fā)動機的重量，減少發(fā)動機的研制成本。

復(fù)合材料與鈦合金機匣

GE公司的F404發(fā)動機最早由鈦合金的外涵機匣改進為PMR15復(fù)合材料的外涵機匣，達到了重量減輕30%和成本減少30%的效果。之后，GE公司又進一步將這一技術(shù)應(yīng)用到F414增推型發(fā)動機、GenX發(fā)動機等發(fā)動機上。

美國的普惠公司的F191和F135發(fā)動機以及法國的斯奈克瑪公司的M88發(fā)動機都采用樹脂基復(fù)合材料制造的外涵機匣。其減輕重量和降低成本的效果都很明顯。