先進(jìn)材料在戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用與研究趨勢(shì)

梁春華， 李曉欣

(沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng) 110015)

20世紀(jì)90年代末期，美國(guó)國(guó)防部負(fù)責(zé)研究與工程的副部長(zhǎng)埃尼塔·約翰遜(Anita Jones)在FY97和FY98材料與工藝技術(shù)領(lǐng)域計(jì)劃中將材料、信息、傳感器和經(jīng)濟(jì)可承受性列為美國(guó)國(guó)防部科技研究?jī)?yōu)先發(fā)展的四大技術(shù)［1，2］。在美國(guó)空軍2025年展望中，將材料與工藝列為空軍六大高效力技術(shù)之一［1，2］。航空技術(shù)發(fā)展在很大程度上依賴于材料進(jìn)步，“一代材料、一代裝備”是材料推動(dòng)航空技術(shù)進(jìn)步的真實(shí)寫照。航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的提高、性能的提升同樣離不開(kāi)材料的進(jìn)步。因而，很多國(guó)家通過(guò)實(shí)施專項(xiàng)和綜合性研究計(jì)劃，來(lái)研發(fā)軍用發(fā)動(dòng)機(jī)用先進(jìn)材料及工藝，以提高其綜合性能。目前，戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)材料正在向著密度更小、耐溫能力更高、費(fèi)用更低、壽命更長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料工藝一體化等方向發(fā)展。

1 應(yīng)用趨勢(shì)

1.1 第3代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)

20世紀(jì)70年代后期以來(lái)，美國(guó)PW和GE公司開(kāi)始研制第3代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)F100，F(xiàn)110，F(xiàn)404和F414等發(fā)動(dòng)機(jī)，俄羅斯開(kāi)始研制AL31F發(fā)動(dòng)機(jī)，歐洲共同體開(kāi)始研制RB199，M88等發(fā)動(dòng)機(jī)。這代發(fā)動(dòng)機(jī)將第2代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比5.0～6.0提高到7.0～8.0、渦輪進(jìn)口溫度由1400～1550K 提高到1600～1750K［3］。為了滿足這些挑戰(zhàn)，質(zhì)量輕的樹脂基復(fù)合材料開(kāi)始使用、鈦合金用量加大，耐更高溫度的高溫合金的用量也有所提升。下面為第3代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)典型部件用材情況。

風(fēng)扇以鈦合金為主，為減輕外涵機(jī)匣質(zhì)量，外涵機(jī)匣采用了樹脂基復(fù)合材料［4～6］。RB199，AL31F，F(xiàn)100發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇為全鈦結(jié)構(gòu)，其中F100發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片選用 Ti-6-6-2，盤選用 Ti-8-1-1，軸選用Ti-6-4;AL31F發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片選用ВТ3-1鈦合金和 ВТ20鈦合金，盤選用 ВТ9鈦合金。F110-GE-132，F(xiàn)404，F(xiàn)414發(fā)動(dòng)機(jī)外涵機(jī)匣采用了樹脂基復(fù)合材料。

壓氣機(jī)以鈦合金和高溫合金為主［4～6］。壓氣機(jī)的前部葉片、盤和機(jī)匣多數(shù)選用鈦合金，后部選用鋼、鎳鉻高溫合金或鎳基高溫合金。如:F100發(fā)動(dòng)機(jī)1～3級(jí)盤為鈦合金，4級(jí)選用 PW1016，5，7，9級(jí)為高溫合金，6，8，10級(jí)為In100粉末高溫合金;轉(zhuǎn)子葉片1～4級(jí)為鈦合金，5～10級(jí)為高溫合金。又如F110發(fā)動(dòng)機(jī)的前3級(jí)為鈦合金，后6級(jí)選用高溫合金。F414發(fā)動(dòng)機(jī)的前2級(jí)轉(zhuǎn)子選用Ti17，后5級(jí)選用In718。

燃燒室以鎳基或鈷基高溫合金為主。AL31F發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣選用ЭП708高溫合金，火焰筒選用ЭП648鎳基(高鉻含量)高溫合金。F100發(fā)動(dòng)機(jī)選用Haynes 188鈷基高溫合金，F(xiàn)110，F(xiàn)404和F414發(fā)動(dòng)機(jī)則選用Hastelloy X鎳基高溫合金。

渦輪葉片最初主要選用空向凝固鎳基高溫合金加熱障涂層，后來(lái)更多選用單晶高溫合金加熱障涂層;盤最初主要選用鎳基高溫合金［4～6］，后來(lái)更多選用粉末高溫合金。如:AL31F發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪工作葉片和導(dǎo)向葉片選用ЖС6У鎳基高溫合金，渦輪盤選用ЭП742鎳基高溫合金或粉末高溫合金，機(jī)匣選用ЭП708。F100-PW-220和F100-PW-229發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子葉片選用PW1480或PW1484單晶高溫合金表層沉積熱障涂層，盤選用In100粉末高溫合金。F110發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片選用ReneN5單晶合金表層沉積熱障涂層，低壓渦輪第1級(jí)轉(zhuǎn)子葉片選用Rene125，盤選用Rene95或Rene88DT粉末高溫合金;第2級(jí)轉(zhuǎn)子葉片選用Rene80，盤選用In718。

加力燃燒室多選擇用高溫合金［4～6］。AL31F，F(xiàn)100，F(xiàn)414分別選用ЭП199高溫合金、帶陶瓷涂層的Haynes 188和Hastelloy X高溫合金。

噴管外殼選用鈦合金，其余選用鎳基高溫合金。

1.2 第4代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)

20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，美國(guó)PW和GE公司開(kāi)始研制F119，F(xiàn)135，F(xiàn)136等第4代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。這代發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比提高到9.0～10.0、渦輪進(jìn)口溫度提高到1800～1950K［3］。為了滿足這些極具挑戰(zhàn)的要求，鈦合金用量更高，樹脂基復(fù)合材料開(kāi)始大量使用，新型阻燃鈦合金、單晶鎳基合金和更耐高溫的陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)部件上，獨(dú)特的冷卻技術(shù)(如:Lamilloy結(jié)構(gòu)、超級(jí)冷卻和鑄冷等)也應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)上。下面為第4代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)典型部件的用材情況。

外涵機(jī)匣均為樹脂基復(fù)合材料。F119發(fā)動(dòng)機(jī)選用PMR-15基復(fù)合材料。風(fēng)扇多為全鈦結(jié)構(gòu)，F(xiàn)119和F135都采用實(shí)心結(jié)構(gòu)，而F136發(fā)動(dòng)機(jī)第1級(jí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片選用空心結(jié)構(gòu);最為特殊的F135發(fā)動(dòng)機(jī)第1級(jí)空心靜子葉片采用樹脂基復(fù)合材料［4～6］。

高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前幾級(jí)采用鈦合金，后幾級(jí)采用高溫合金;靜子葉片選用高強(qiáng)度阻燃鈦合金或高強(qiáng)度鎳基高溫合金，F(xiàn)119發(fā)動(dòng)機(jī)采用高強(qiáng)度阻燃鈦合金Alloy C，F(xiàn)135和F136發(fā)動(dòng)機(jī)的前部采用鈦合金，后部分別采用高溫合金。F135發(fā)動(dòng)機(jī)的3號(hào)軸承可能選用氮化硅摻雜陶瓷材料。

燃燒室火焰筒主要為鎳基高溫合金并涂覆陶瓷熱障涂層，F(xiàn)119發(fā)動(dòng)機(jī)和F135發(fā)動(dòng)機(jī)采用了浮動(dòng)壁結(jié)構(gòu)，而F136發(fā)動(dòng)機(jī)采用了Lamilloy結(jié)構(gòu)。

渦輪轉(zhuǎn)子葉片采用第2代單晶鎳基高溫合金并沉積熱障涂層;靜子葉片采用第2代單晶合金或陶瓷，如F135發(fā)動(dòng)機(jī)120個(gè)導(dǎo)向器葉片選用陶瓷，F(xiàn)136發(fā)動(dòng)機(jī)選用Lamilloy結(jié)構(gòu)的單晶鎳基合金;盤選用粉末合金或鎳基高溫合金，如F119發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙重?zé)崽幚淼姆勰└邷睾辖?隔熱支撐環(huán)選用低熱膨脹合金。

加力燃燒室隔熱屏選用鎳基高溫合金，筒體采用鈦合金或高強(qiáng)度阻燃鈦合金Alloy C。噴管主調(diào)節(jié)片選用高溫合金;外調(diào)節(jié)片為 SPECARBINOX A262碳纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料。

1.3 第5代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)

第5代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)是目前準(zhǔn)備研制的推重比12～15的小涵道比加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，將以在空軍科技研究計(jì)劃、IHPTET、AMET、VAATE、UEET 等綜合性研究計(jì)劃［7～9］中的先進(jìn)材料與工藝和在 HITEMP、TMCTECC、經(jīng)濟(jì)型的樹脂基復(fù)合材料、DOD MANTECH、空軍科技等專項(xiàng)研究計(jì)劃下開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證的先進(jìn)材料為基礎(chǔ)。

第5代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇和壓氣機(jī)葉片、支板、進(jìn)氣機(jī)匣、外涵機(jī)匣等低溫部件更多地選用樹脂(如PMR15、AFR700B等)基復(fù)合材料。低壓軸、葉片、整體葉環(huán)、殼體結(jié)構(gòu)等中溫部件將更多地選用耐溫816～982℃的鈦鋁金屬間化合物和連續(xù)纖維增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。燃燒室火焰筒將更多地選用Lamilloy結(jié)構(gòu)的高溫合金、耐溫1482℃陶瓷基復(fù)合材料和熱障涂層;擴(kuò)壓器將更多地選用鈦鋁金屬間化合物;外機(jī)匣將更多地選用金屬基復(fù)合材料。渦輪葉片將更多地選用鎳基單晶高溫合金的超冷、鑄冷結(jié)構(gòu)、耐溫1538～1649℃纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料、高溫鉬基和鈮基合金、耐溫1093～1371℃金屬間化合物、耐溫1149℃熱障涂層;渦輪盤將更多地采用耐高溫的粉末合金和纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料。加力燃燒室襯套將更多地選用耐1204℃陶瓷、金屬基復(fù)合材料、耐溫1538℃碳/碳復(fù)合材料。噴管將更多地選用樹脂基復(fù)合材料、耐溫1093℃金屬間化合物、耐溫1371℃無(wú)冷卻的非金屬材料、陶瓷基復(fù)合材料和碳/碳復(fù)合材料。

2 發(fā)展趨勢(shì)

2.1 密度降低，強(qiáng)度提高

減輕發(fā)動(dòng)機(jī)部件的質(zhì)量對(duì)于增大戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比非常重要，而其最直接且有效的途徑就是采用質(zhì)量更輕的材料。因而，隨著先進(jìn)輕質(zhì)材料的開(kāi)發(fā)成功，戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用材正在向低密度與高強(qiáng)度方向發(fā)展。

目前，樹脂基復(fù)合材料(PMC)、金屬(特別是鈦合金)基復(fù)合材料(MMC)［10～12］和鈦鋁金屬間化合物逐漸替代鋼、鈦合金和鎳基合金［13，14］用于制造風(fēng)扇/包容機(jī)匣、風(fēng)扇轉(zhuǎn)子/靜子葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)短艙和反推力裝置等低溫部件;樹脂基復(fù)合材料、金屬(鈦、鎳)基復(fù)合材料和鈦鋁/鎳鋁金屬間化合物將替代鈦合金和鎳基高溫合金用于壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片、壓氣機(jī)整體葉環(huán)、發(fā)動(dòng)機(jī)低壓軸、壓氣機(jī)靜子葉片、機(jī)匣、排氣噴管作動(dòng)筒與調(diào)節(jié)片的連桿等中溫部件;新一代高溫合金、鎳鋁金屬間化合物、先進(jìn)熱障涂層和陶瓷基復(fù)合材料(CMC)［15～17］逐步替代鎳基高溫合金用于燃燒室、渦輪、加力燃燒室與噴管等高溫部件。這將使戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比明顯增大。表1示出了這些先進(jìn)材料相對(duì)被其替代材料的優(yōu)勢(shì)。

表1 先進(jìn)材料相對(duì)被其替代材料的優(yōu)勢(shì)Table 1 Advantages on advanced materials compared to the original materials

據(jù)GEAE公司報(bào)道，TF39發(fā)動(dòng)機(jī)采用了386個(gè)樹脂基復(fù)合材料零件，總質(zhì)量為84.4kg，占發(fā)動(dòng)機(jī)總質(zhì)量的3%，替代了122.6kg的金屬零件，零件質(zhì)量減輕35%，零件費(fèi)用降低30%;CF6-6和CF6-50發(fā)動(dòng)機(jī)采用了285個(gè)樹脂基復(fù)合材料零件，總質(zhì)量為127.1kg，占發(fā)動(dòng)機(jī)總質(zhì)量的4%，替代了181.6kg的金屬零件，零件質(zhì)量減輕35%，零件費(fèi)用降低30%。之后研制的發(fā)動(dòng)機(jī)，如GEAE公司的F404、F414增推、F110-GE-132、F136等軍用發(fā)動(dòng)機(jī)和GE90-115B、GENX等民用發(fā)動(dòng)機(jī)，PW公司的F119、F135等軍用發(fā)動(dòng)機(jī)和PW4084、PW4168、PW8000等民用發(fā)動(dòng)機(jī)，SNECMA公司的M88軍用發(fā)動(dòng)機(jī)，RR公司的 TRENT700、TRENT800、TRENT900、TRENT 1000等民用發(fā)動(dòng)機(jī)，采用了更多的樹脂基復(fù)合材料零件。在IHPTET研究計(jì)劃中，AFR700B基復(fù)合材料用于制造驗(yàn)證機(jī)支板，并進(jìn)行了驗(yàn)證，將應(yīng)用于F136發(fā)動(dòng)機(jī)上;對(duì)由AFR700B基復(fù)合材料制造的IHPTET研究計(jì)劃驗(yàn)證機(jī)外涵機(jī)匣等靜止部件進(jìn)行了驗(yàn)證，并準(zhǔn)備用于F119發(fā)動(dòng)機(jī)上。

鈦基復(fù)合材料在壓氣機(jī)靜子/轉(zhuǎn)子葉片、整體葉環(huán)、盤、軸、機(jī)匣、尾部結(jié)構(gòu)和作動(dòng)桿等零部件上的應(yīng)用研究已經(jīng)取得重大進(jìn)展，并已經(jīng)在F414增推型、F100改進(jìn)型、聯(lián)合渦輪先進(jìn)燃?xì)獍l(fā)生器(JTAGG)驗(yàn)證機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.2 耐溫能力增強(qiáng)

提高溫度是增大戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)推重比非常重要的措施，而其最直接且有效的途徑就是采用耐更高溫度的材料、熱障涂層和散熱性好的結(jié)構(gòu)。

戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用材呈現(xiàn)2個(gè)發(fā)展趨勢(shì):(1)現(xiàn)有材料向更耐高溫度發(fā)展;(2)更耐高溫度的新材料取代現(xiàn)有材料。

渦輪葉片用單晶高溫合金［13，14］已經(jīng)從20世紀(jì)80年代初PW公司成功研制的第1代單晶高溫合金—PW1480發(fā)展到第5代，平均換代時(shí)間為5年左右;每代耐溫能力提高接近30℃(每年提高大約6℃)，每代的蠕變強(qiáng)度、熱疲勞強(qiáng)度、抗氧化性能和抗腐蝕特性等都得到了不同程度的提高。

渦輪盤用粉末合金，已由1972年P(guān)W公司成功開(kāi)發(fā)的第1代鎳基粉末高溫合金—IN100發(fā)展到第3 代(Alloy 10，ME3，LSHR，NR3)，耐溫能力由650℃提高到750℃以上;抗拉強(qiáng)度比第2代高，比第1代略低;但裂紋擴(kuò)展速率較第2代更低。

高溫部件的熱障涂層［15～17］于20世紀(jì)50年代成功地應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室上。20世紀(jì)80年代初，等離子噴涂熱障涂層PWA264成功地應(yīng)用在JT9D戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片上;20世紀(jì)80年代中后期以來(lái)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件上。目前，已經(jīng)發(fā)展了隔熱效果達(dá)到167℃的第4代陶瓷熱障涂層與環(huán)境障涂層，更高效的第5代納米熱障涂層也正在研制。

陶瓷基復(fù)合材料［10，12］具有低密度、耐高溫、耐腐蝕和耐燒蝕等優(yōu)點(diǎn)，是戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室/加力燃燒室火焰筒、渦輪轉(zhuǎn)子/靜子葉片、加力燃燒室火焰穩(wěn)定器、排氣噴管調(diào)節(jié)片等部件的極好候選材料。目前，GEAE、SNECMA、PW、RR 等公司集中研究具有二維或三維纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料，如金屬纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料和陶瓷纖維或晶須增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料，其中SNECMA公司已將其應(yīng)用于M53和M88發(fā)動(dòng)機(jī)上。耐溫1370℃的陶瓷基復(fù)合材料，正在中等載荷發(fā)動(dòng)機(jī)零件上試驗(yàn)驗(yàn)證;近期耐溫1480℃的陶瓷基復(fù)合材料將在美國(guó)NASA開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證;遠(yuǎn)期耐溫1650℃的陶瓷基復(fù)合材料將由美國(guó)NASA開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證。

碳/碳復(fù)合材料［11］具有質(zhì)量輕、模量高、比強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊和耐腐蝕等優(yōu)異性能，是世界戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)國(guó)家為未來(lái)戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件研究和發(fā)展的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。美國(guó)已經(jīng)將碳/碳復(fù)合材料應(yīng)用于F100發(fā)動(dòng)機(jī)的加力燃燒室噴嘴，還計(jì)劃將其應(yīng)用于F119發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噴管;法國(guó)已經(jīng)將它應(yīng)用于M53發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室的噴油桿、隔熱屏和調(diào)節(jié)片。目前，人們正在研究和解決其高溫抗氧化性能差的問(wèn)題。

2.3 材料、工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一體化

材料、工藝和設(shè)計(jì)研究人員針對(duì)特定部件，共同選擇和確定材料與工藝，甚至進(jìn)行材料選擇、工藝設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使部件達(dá)到整體優(yōu)化。

直到進(jìn)入20世紀(jì)70年代，戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造商才開(kāi)始開(kāi)展材料與工藝的綜合研究。最為典型的就是鎳基高溫合金，通過(guò)不斷優(yōu)化材料組分、增強(qiáng)材料特性開(kāi)發(fā)先進(jìn)的工藝，如柱晶、單晶、共晶、快速凝固和超單晶等，發(fā)展新型鎳基單晶合金和渦輪盤粉末高溫合金，進(jìn)一步增強(qiáng)材料的特性。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，世界戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造商對(duì) AFll5，DTP In100，Alloyl0，ME3 以及LSHR等材料進(jìn)行了單合金雙性能粉末盤研究。PW公司采用雙重?zé)崽幚砉に?DTP)制造了Inl00雙性能粉末盤，并成功地應(yīng)用到F119發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓/低壓渦輪上。該盤輪緣部分的損傷容限能力提高，適應(yīng)了榫槽可能出現(xiàn)的微裂紋;輪轂部分的強(qiáng)度提高，滿足了高強(qiáng)度和低循環(huán)疲勞的要求。在IHPTET研究計(jì)劃下，PW公司將AF2-1DA粉末合金進(jìn)行熱等靜壓、擠壓制坯和超塑性鍛造，制成盤件，再進(jìn)行真空定向熱處理;采取控制溫度梯度的方法，在輪緣和輪轂部分獲得不同的晶粒度和性能。

20世紀(jì)90年代，世界戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造商開(kāi)始進(jìn)行雙合金粉末盤和雙合金整體渦輪的研究。美國(guó)TRW公司和GE公司采用熱等靜壓預(yù)成形工藝，制造了AF115/Rene95雙合金粉末渦輪盤，并在IHPTET研究計(jì)劃第2階段的JTDE驗(yàn)證機(jī)上驗(yàn)證了“抗蠕變和抗疲勞特性較當(dāng)時(shí)(2002年)材料提高167℃，輪緣工作溫度達(dá)到816℃”的特性。俄羅斯采用熱等靜壓擴(kuò)散連接工藝，制造了雙合金粉末合金渦輪盤。日本從氣體霧化粉末開(kāi)始，采用熱等靜壓成形和超塑性鍛造技術(shù)，制造了由TMP-3輪轂/AFll5輪緣構(gòu)成的雙合金渦輪盤。美國(guó)在IHPTET研究計(jì)劃下，還驗(yàn)證了將CMSX-4單晶葉片與NF3粉末盤相連接的整體渦輪和將Lamilloy單晶葉片與粉末合金盤連接的XTC16/1A核心機(jī)整體渦輪。

特別是在復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)與制造過(guò)程中，世界戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造商將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師、材料人員與工藝人員等組成一體化小組，在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行全面合作，使構(gòu)件的功能特性、材料的組分比例與取向的選擇和確定、制件的成形與加工過(guò)程、制件的形狀和質(zhì)量實(shí)現(xiàn)了真正的融合，使部件的綜合性能實(shí)現(xiàn)了整體優(yōu)化。例如:樹脂基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片/進(jìn)口機(jī)匣、金屬基復(fù)合材料整體葉環(huán)、陶瓷基復(fù)合材料火焰筒/渦輪葉片/噴管調(diào)節(jié)片等部件已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)發(fā)成功，并成功地在戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用。

3 結(jié)論

戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)材料向密度更低、強(qiáng)度更高、耐溫能力更好、材料/工藝/設(shè)計(jì)全面一體化的方向發(fā)展，并促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)研制向推重比更高、機(jī)動(dòng)性更好、可靠性更高、壽命更長(zhǎng)等方向發(fā)展。

［1］Headquarters Air Force Material Command，Directorate of Science and Technology.FY97 Materials and Processes Technology Area Plan［R］.Ohio:Wright Patterson AFB.1997.

［2］AirForceResearch Laboratory. FY98 Materialsand Processes Technology Area Plan［R］.Ohio:Wright Patterson AFB.1997.

［3］林左鳴.戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2006，32(1):1 －8.(LIN Z M.Current development and future trends of fighter engines［J］.Aeroengine，2006，32(1):1 －8.)

［4］DALY M.Jane's Aeroengine［M］.Surrey:Jane's Information Group Limited，2008.

［5］DALY M.Jane's Aeroengine［M］.Surrey:Jane's Information Group Limited，2009.

［6］ALIBRANDI W.Aircraft Engine［M］.Gas turbine forecast，Newtown:Forecast International Inc，2005.

［7］GUPTA D K.Materials＆ Processes for Affordable and High Performance Propulsion Systems［R］.ISABE-2001-1104.

［8］MISRA A K.Development of Advanced Engine Materials in NASA's Ultra Efficient Engine Technology Program［R］.ISABE 2001－1106.

［9］KURIYAMA T，MIYAGAWA H，et al.Status of AMG(Advanced Material Gas-generator)Research and Development Program［R］.ASME 2001-GT-0219.

［10］PARR C H.Composites for Propulsion Applications– an Overview［R］.AIAA 88－3127.

［11］KONO A，YAMADA T，et al.Manufacturing Process Development of Titanium Matrix Composite Ring［R］.ISABE 2003－1139.

［12］BEYER S，SCHMIDT S，PERES P，et al.Advanced Ceramic Matrix Composite Materials for Current and Future Propulsion System Applications［R］.AIAA 2005 －3644.

［13］鄭啟，楊金俠，胡壯麒，等.新型高強(qiáng)度抗熱腐蝕單晶高溫合金研究［J］.航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2011，37(1):56－59.(ZHENG Q，YANG J X，HU Z Q，et al.Study of a high strength and hot corrosion resistant single crystal superalloy［J］.Aeroengine，2011，37(2):38 －42.)

［14］WALSTON S，CETEL A，MACKAY R，et al.Joint Development of a Fourth Generation Single Crystal Superalloy［R］.NASA TM-2004－213062.

［15］MANFRED P，SCHULZ U，SARUHAN-BRINGS B，et al.Advanced Thermal Barrier Coatings for Future Aero Engines［R］.ISABE 2005 －1081.

［16］ZHU D M，MILLERR R A.Thermal and Environmental Barrier Coatings for Advanced Turbine Engine Applications［R］.NASA TM-2005－213437.

［17］張志強(qiáng)，宋文興，陸海鷹.熱障涂層在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片上的應(yīng)用研究［J］.航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2011，37(2):38 －42.(ZHANG Z Q，SONG W X，LU H Y.Application of thermal barrier coating on aeroengine turbine blade［J］.Aeroengine，2011，37(2):38 －42.)