提起發動機，小編最熟悉的莫過于我國殲-20的WS-15，美國的F-35戰機搭載的F135發動機和F-22搭載的F119發動機。作為目前發動機熱端部件最有潛力的材料，小編還想當然的以為它們都使用了這個先進的材料，結果是很驚喜的我們的WS-15使用了這項新材料，F119也有資料顯示使用使用了這個技術，但是作為F119的升級版F135卻沒有資料顯示，所以小編也不下定論，因為畢竟這些發動機的資料是保密的。所以根據公開資料，小編整理了使用CMC材料的發動機！

    01 WS-15渦扇發動機 國家：中國

    WS-15全稱渦扇15“峨眉” 渦扇發動機，是為我國第四代重型/中型戰斗機而研制的小涵道比推力矢量渦扇發動機。WS-15主要用于雙發重型隱身戰斗機殲-20。WS-15由606所、624所、614所、410廠、430廠和113廠等單位專家組織研制。“峨眉”航空發動機的技術驗證機在2006年5月首次臺架運轉試車成功。這標志著我國在自主研制航空發動機的道路上又實現了歷史性跨越，在研制我國第四代中型戰斗機的征程上邁出了堅實的一步。2011年中航黎明完成了ws-15驗證機的交付。保節點是2020年完成研制。

    WS-15渦扇發動機模型

    WS-15全稱渦扇15“峨眉” 渦扇發動機，是為我國第四代重型/中型戰斗機而研制的小涵道比推力矢量渦扇發動機。由606所、624所、614所、410廠、430廠和113廠等單位專家組織研制。“峨眉”航空發動機的技術驗證機在2006年5月首次臺架運轉試車成功。

    殲20戰機未來將配備渦扇15發動機

    這標志著我國在自主研制航空發動機的道路上又實現了歷史性跨越，在研制我國第四代中型戰斗機的征程上邁出了堅實的重大一步。2007年3月原形機首次臺架運轉試車成功，預計2013年3月發動機完成設計定型試驗，2014年7月生產型發動機定型。

    按照飛機任務要求，“峨眉”航空發動機在循環參數選擇上采用較高的渦輪進口溫度、中等總增壓比和比較低的涵道比。采用的新技術主要有損傷容限和高效率的寬弦葉片、三維粘性葉輪機設計方法、整體葉盤結構的風扇和壓氣機、單晶氣冷渦輪葉片、粉末冶金渦輪盤、刷式封嚴、樹脂基復合材料外涵機匣、整體式加力燃燒室設計。發動機由10個單元體組成。其中，尾噴管采用全程可調收斂、擴張式三元矢量噴管—在俯仰方向可作±25°偏轉。從+25°到-25°的行程中只需1.5秒鐘。用于調整飛機俯仰飛行姿態。裝有先進的陶瓷基復合材料的尾噴管調節片。

   02 F119渦扇發動機 國家：美國

    F119是普·惠公司為美國第四代戰斗機研制的先進雙轉子加力式渦輪風扇發動機，其設計目標是：不加力超音速巡航能力、非常規機動和短距起落能力、隱身能力（即低的紅外和雷達信號特征）、壽命期費用降低至少25%、零件數量減少40～60%、推重比提高20%、耐久性提高兩倍、零件壽命延長50%。在80年代初確定的循環參數范圍是：涵道比0.2～0.3；總增壓比23～27；渦輪進口溫度1577～1677℃（1850K～1950K）；節流比1.10～1.15。

    在F119上采用的新技術主要有：三維粘性葉輪機設計方法、整體葉盤結構、高紊流度強旋流主燃燒室頭部、浮壁燃燒室結構、高低壓渦輪轉向相反、整體式加力燃燒室設計、二元矢量噴管和第三代雙余度FADEC。此外，還采用了耐溫1070～1100℃的第三代單晶渦輪葉片材料、雙性能熱處理渦輪盤、阻燃鈦合金Alloy C、高溫樹脂基材料外涵機匣以及用陶瓷基復合材料或碳-碳材料的一些靜止結構。

    美制F119渦扇發動機

    在研制中，注意了性能與可靠性、耐久性和維修性之間的恰當平衡。與F100-PW-220相比，F119的外場可更換件拆卸率、返修率、提前換發率、維修工時、平均維修間隔時間和空中停車率分別改進50%、74%、33%、63%、62%和29%。新的四階段研制程序和綜合產品研制方法保證發動機研制結束時即具有良好的可靠性、耐久性和維修性并能順利轉入批量生產。

    F119發動機主要裝備F22

    03 M88渦扇發動機 國家：法國

    M88-2發動機的結構為風扇3級，第一級帶凸肩。高壓壓氣機6級，采用三維設計技術，前3排整流葉片可調，在第4和第5級之間設引氣口，高級負荷。相比基于類似核心設計的F404發動機，M88-2少一級高壓壓氣機，其總壓比為24.5，F404則為26，同樣改進自F404的RM12也達到了27.5。由此可以看出，因為M88-2少一級高壓壓氣機給總壓比帶來了不利影響，不過級數減少也能部分減輕結構重量和幾何長度，適當縮小載機的發動機艙輪廓。

    M88-2風扇壓大約在4以內，高于F404的3.641；而高壓壓氣機壓比則為6.125，低于F404的7.14。級壓比方面，M88-2為1.35，只略高于F404的1.324，更加低于RMl2。考慮到M88與F404的高壓段有很大的繼承性，兩者性能參數上的差異表明法國在壓氣機設計上仍然有所不足。

    M88渦扇發動機進行展示

    相比之下，F414發動機采用3級風扇、7級高壓，達到30以上的總壓比。EJ200發動機的總壓比為26，雖然不算太高，但只用了3級風扇、5級高壓結構，比同樣總壓比的F404減少了2級。

    燃燒室采用了低污染的雙環腔帶多孔氣膜冷卻結構，與通用動力公司同系列產品的結構與特點類似。目前，蘇霍伊SSJl00支線客機已確定以M88核心機為基礎，發展SAM-146大涵道中等推力發動機。M88-2燃燒室上構造的特點，顯示了它身上有著無可否認的F101發動機血統。

    M88發動機已裝備陣風戰斗機

    渦輪部分高低壓渦輪均為單級結構，都使用氣膜冷卻，高壓渦輪葉片具備主動間隙控制，葉片材料使用AMl單晶合金。由于采用了高溫高負荷設計，其渦輪進口溫度高達1850K。

    渦輪盤采用粉末冶金制造工藝，輪盤材料試驗型為Astroloy粉末冶金，生產型為N18合金。加力燃燒室為整體式，由中心單圈環形穩定器和9根徑向火焰穩定器組成。尾噴管為引射式，喉部面積和引射噴口面積均可調，噴口調節片用碳化硅基陶瓷材料制造。發動機采用雙余度全權限數字化發動機控制系統（FADEC），可在3秒內從怠速加速到全加力狀態，在飛行包線范圍內無顧慮操作。外涵機匣則采用樹脂基復合材料PMR-15制造。

    全機分為21個模塊設計，每個模塊都能由簡單工具拆裝更換，達到減少備件數量、快速更換、簡化維修程序和時間的目的，整機拆卸及維修總共只需4小時。

    04 F414渦輪發動機 國家：美國

    F414的核心機設計來自通用電氣的F412非加力渦扇發動機，而這種發動機是為麥道/通用動力A-12“復仇者II”艦載隱身攻擊機研制的。“復仇者II”在1988年贏得了美國海軍先進戰術飛機（ATA）的競標，通用電氣為該機開始研制派生自F404的F412。

    F414正面的進口導向葉片

    雖然F404和F414的風扇最大直徑都是889毫米，但F414的三級風扇采用了更先進的葉片氣動設計。

    F414風扇的第二第三級是連成一體的轉子結構（也就是葉盤），成為一個單獨部件。這樣就使F414每級風扇的盤轂直徑都能小于F404，這意味著在風扇直徑相同的情況下，F414每級風扇的葉片都比F404長，增加了風扇的等效面積。再加上葉片的氣動改進，結果就是F414基本型的最大空氣流量從F404的64.41千克/秒提高到了77.11千克/秒。F414風扇的第一級葉片可拆換，帶有中間凸臺。

    與F404相比，F414的燃燒室在空氣動力學和材料上都有所改進。其貫流式環形燃燒室采用霧化燃料噴嘴，多孔冷卻結構火焰筒不僅提高了使用壽命，還降低了重量，據報道上面有30000個激光鉆孔來降低側壁溫度。

    目前在產F414的尾噴管二級封嚴片是用陶瓷基復合材料（CMC）制造的。根據通用電氣的說法，F414先后采用過兩種陶瓷基復合材料來制造二級封嚴片，首先是碳化硅/碳（SiC/C），也就是陶瓷級碳化硅纖維增強的碳基材；然后是氧化物/氧化物（Ox/Ox），也就是使用氧化鋁-莫來石陶瓷纖維增強的氧化鋁-氧化硅基材。2011年生產的F414開始安裝Ox/Ox材料制造的封嚴片。

    現有F414的CMC封嚴片有兩種，一種是這種全白的，應該是Ox-Ox材料

    另一種是這種帶白點的，應該是SiC-C材料

    05 美國預研的典型第6 代戰斗機發動機

    目前，美國預研的典型第6 代戰斗機發動機包括以GE 公司的自適應循環發動機（簡稱ADVENT）和PW 公司的PW9000 發動機。

    GE 公司的自適應循環發動機采用了“3 流道”技術，即在傳統渦扇發動機的核心機流道和外涵道流道的基礎上增加由自適應風扇產生的第3 個外流道，如圖1 所示。它在COPE 布局上又增加了1 個“Flade（fan-on-blade接在轉子葉片上的風扇）”級，即在發動機外圍又增設第3 個外流道。第3 外流道被關閉，可增大起飛和超聲速階段的推力；被打開，能降低巡航和留空時的耗油率。這種設計能保證發動機在低速和高速巡航時都保持較高的效率。第3外流道相對涼爽的空氣可用于冷卻熱端部件，減少紅外特征信號；被注入核心機或加力燃燒室，可以增大推力。

    GE 公司“3流道”渦扇發動機

    除了第三涵道，先進的陶瓷基復合材料也是自適應發動機的亮點。發動機熱端部件的工作條件極其嚴苛，傳統上使用高溫合金。但現代發動機的工作溫度越來越高，早已超過現有高溫合金的熔點，靠冷卻技術也難以進一步提高發動機的工作溫度。陶瓷的耐高溫能力超過高溫合金，但陶瓷的脆性和容易在劇烈溫度變化條件下碎裂的問題長期成為陶瓷的工程應用的攔路虎。陶瓷基復合材料把陶瓷纖維（也可以用碳纖維）和陶瓷基體整合成一體，保留了陶瓷耐高溫的特性，同時具有很高的機械強度和抗熱裂性，在尖端應用中逐漸嶄露頭角。ADVENT采用陶瓷基復合材料低壓渦輪和高壓渦輪前緣，AETD上陶瓷基復合材料的應用進一步擴大。據通用電氣聲稱，陶瓷基復合材料渦輪葉片甚至可以不需要冷卻，為大幅度提高發動機熱工性能提供了空間。陶瓷基復合材料葉片也比鎳基合金輕2/3。在ADVENT上，陶瓷基復合材料的高壓渦輪前緣達到1648攝氏度。

    PW 公司的PW9000發動機是以F135 和“靜潔動力”PW1000 發動機為基礎，采用變循環發動機和自適應風扇技術，如圖所示。

    PW9000發動機

    為了提高熱力機械負荷，將引入以下先進材料：（1）采用耐704 ℃以上的壓氣機輪盤材料，打破最大壓縮比為50的限制值；（2 ） 采用先進的鈷基合金、陶瓷、陶瓷基復合材料或更好的熱障涂層技術，消除對熱端部件溫度的限制；（3 ） 采用先進的隱身材料與方法，提高隱身能力；（4 ）采用輕質和多功能材料，大大減輕發動機質量。

    除此之外，在一些民航客機上都已經成功使用了碳陶復合材料熱端部件。隨著技術的不斷進步發展，碳陶復合材料熱端部件的應用前景將十分廣闊。

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責任編輯：王元

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