航空材料制造技術(shù)在直升機(jī)上的應(yīng)用

周長(zhǎng)庚

（1. 中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司 北京 103100；2. 中國(guó)航空制造技術(shù)研究院復(fù)合材料技術(shù)中心 北京 103100）

引言

將航空材料制造技術(shù)應(yīng)用在直升機(jī)的設(shè)計(jì)制造中，是一項(xiàng)非常復(fù)雜并且綜合性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)的工作，為航空材料制造技術(shù)應(yīng)用到直升機(jī)設(shè)計(jì)制造中時(shí)可以發(fā)揮最大的作用，是眾多相關(guān)從業(yè)人員和研究人員非常關(guān)心的問(wèn)題。在此過(guò)程中，雖然航空材料制造技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相對(duì)成熟完善了，但是實(shí)際應(yīng)用在直升機(jī)的過(guò)程之中依然還有很多困難和挑戰(zhàn)需要去面對(duì)解決。

1 航空材料制造技術(shù)

飛機(jī)制造業(yè)在幾十年的發(fā)展過(guò)程中進(jìn)步巨大，全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使得對(duì)民用飛機(jī)制造的需求大大增加，而各國(guó)為發(fā)展空軍力量也加大了對(duì)軍用飛機(jī)的研究投入，航空材料相關(guān)制造技術(shù)得到了大量的研發(fā)資金，這也使得相關(guān)研究人員研究出了很多先進(jìn)的航空材料制造技術(shù)以及相關(guān)制造設(shè)備[2]。而在航空材料制造技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的加入為航空材料制造技術(shù)的精細(xì)化、智能化發(fā)展帶來(lái)的機(jī)遇，航空材料制造得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，使得其可以不斷的創(chuàng)新，制造出各種更加高質(zhì)量的適用于飛行的材料，這使得航空材料制造工藝以及飛機(jī)的協(xié)調(diào)性有了極大的提升。過(guò)去傳統(tǒng)陳舊的材料已經(jīng)逐漸被新的材料所替代，而新的材料加工，新的流水線與新技術(shù)也在進(jìn)行改革創(chuàng)新，這樣航空材料制造就可以更好地應(yīng)用在直升機(jī)之中，并且可以形成較為完善的直升機(jī)應(yīng)用的整體框架[3]。

2 航空材料腐蝕和相關(guān)措施

2.1 電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕的形成有兩個(gè)基礎(chǔ)條件，一是電位差，二是電解質(zhì)溶液。然而在飛機(jī)的使用材料中，不同的結(jié)構(gòu)材料也不同，而材料不同各材料之間本身就存在不同的電位電極，若相互接觸就可能產(chǎn)生腐蝕[4]。因此，航空材料本身的使用就較容易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)高溫氧化腐蝕

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生腐蝕危害的主要是高溫氧化，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的抗高溫氧化腐蝕具有關(guān)鍵作用的就是渦輪葉，對(duì)渦輪葉的防護(hù)工作主要有以下三種方式，一是采用與基礎(chǔ)材料有較高的親密性，較好的高溫性能的防護(hù)涂層[1]。二是在確定葉片各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上，來(lái)逐漸提高葉片的熔點(diǎn)以及高溫抗氧化的能力。三是使用氣冷技術(shù)，讓冷卻后的空氣在渦輪葉表層形成一層保護(hù)氣膜。在航空材料中目前應(yīng)用的最為廣泛和成熟的材料是鎳基超合金，它的綜合機(jī)械性能非常優(yōu)良，但是其最大應(yīng)用溫度只能達(dá)到1200℃左右，而當(dāng)前對(duì)耐高溫材料的溫度要求已經(jīng)達(dá)到了1600℃，因此其利用價(jià)值也正在慢慢減小。當(dāng)前鉬、鈮基硅化物合金在高溫下的強(qiáng)度以及對(duì)低溫?fù)p傷的良好平衡，使其未來(lái)發(fā)展有著非常大的前景，可以作為替代鎳基超合金的最佳材料，目前國(guó)內(nèi)外都主要將鉬、鈮基硅化物合金的材料應(yīng)用再渦輪葉片的主要研究方向[5]。

3 航空材料制造技術(shù)在直升機(jī)上的應(yīng)用

3.1 超高溫復(fù)合材料制造技術(shù)的應(yīng)用

直升機(jī)在高空飛行以及制動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而直升機(jī)的材料以及各種零構(gòu)件在長(zhǎng)時(shí)間的高溫環(huán)境下其壽命以及質(zhì)量都會(huì)損失下降，因此為了確保直升機(jī)可以正常穩(wěn)定的工作，盡可能減少相關(guān)零構(gòu)件的損失，超高溫材料由此在飛機(jī)建造制造中大量的應(yīng)用。在低壓渦輪風(fēng)扇軸等發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)部位應(yīng)用高溫復(fù)合材料，可以使得構(gòu)件的最高工作溫度達(dá)到1500℃左右。將碳纖維的抗氧化性與鐵、鈦相結(jié)合，可以使得應(yīng)用了碳纖維的各部件的工作溫度極大的提升，讓直升機(jī)整體的致密程度與韌性都得到極大的提升。超高溫符合材料還可以應(yīng)用在瓦片、剎車(chē)盤(pán)以及外殼基部，碳纖維在發(fā)動(dòng)機(jī)熱片上的研究應(yīng)用也獲得了階段的效果。而且對(duì)于直升機(jī)來(lái)說(shuō)，整體所用的材料是越輕越好，在發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)構(gòu)件越耐高溫越好，在直升機(jī)中應(yīng)用超高溫復(fù)合材料，可以使得直升機(jī)的飛行速度提升，在高速飛行的狀況下，機(jī)體各項(xiàng)材料以及功能都能正常溫度運(yùn)行，使得直升機(jī)的飛行故障率下降，保障司乘人員在飛行過(guò)程中的安全。

3.2 整體葉盤(pán)制造技術(shù)的應(yīng)用

一般整體葉盤(pán)都會(huì)出現(xiàn)大大小小的摩擦問(wèn)題，這極容易摩擦出現(xiàn)火花導(dǎo)致事故的發(fā)生。而在第四代戰(zhàn)斗機(jī)中，研究設(shè)計(jì)人員將風(fēng)扇與壓力機(jī)整體葉盤(pán)結(jié)構(gòu)應(yīng)用在了葉盤(pán)的發(fā)動(dòng)機(jī)上，這使得戰(zhàn)斗機(jī)的整體重量下降，它采取了線性焊接與電子束焊接相 結(jié)合的方式，使得渦輪盤(pán)可以通過(guò)靜壓法和鈦合金的方式來(lái)制作成整體，新材料的應(yīng)用也大大減少了摩擦，有效保障了安全。整體葉盤(pán)制造技術(shù)也大大提升了葉片的穩(wěn)定以及抗壓性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

直升機(jī)廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、特殊搜索救援以及戰(zhàn)斗之中，所面對(duì)的環(huán)境復(fù)雜，因此將先進(jìn)的航空材料應(yīng)用到直升機(jī)的制造之中是直升機(jī)發(fā)展前進(jìn)的必然方向。先進(jìn)的制造技術(shù)與高新材料會(huì)對(duì)直升機(jī)的發(fā)展帶來(lái)強(qiáng)大的動(dòng)力，先進(jìn)材料與加工技術(shù)的不斷結(jié)合成熟也會(huì)給飛機(jī)的制造帶來(lái)更號(hào)的應(yīng)用發(fā)展前景。雖然目前將航空材料制造技術(shù)應(yīng)用在直升機(jī)之中還存在著諸多的問(wèn)題，但應(yīng)當(dāng)從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)問(wèn)題發(fā)生的實(shí)際狀況來(lái)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行仔細(xì)的分析研究，以便能夠根據(jù)問(wèn)題從產(chǎn)生的原因來(lái)進(jìn)行攻克，統(tǒng)籌兼顧，多管齊下，著力解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，以便航空材料制造技術(shù)在應(yīng)用到直升機(jī)上時(shí)可以得到最大的發(fā)揮效果。