渦輪前溫度是現(xiàn)代航空發(fā)動機關鍵指標

    近日，有關媒體報道，中國相關單位已經研制成功新一代熱障涂層材料-稀土鉭酸鹽高溫鐵彈相變陶瓷材料，可以有效提高國產航空發(fā)動機渦輪前溫度，為國產航空發(fā)動機性能升級打下了堅實的基礎。

    眾所周知，渦輪前溫度是現(xiàn)代航空發(fā)動機關鍵指標之一，這個渦輪指的是高壓渦輪，航空發(fā)動機屬于熱機，能量來源于空氣受熱膨脹，從能量守恒角度來講，燃氣溫度越高，產生的能量越大，但是航空發(fā)動機燃氣溫度有一個限制，那就是高壓渦輪承受能力，噴氣式發(fā)動機工作需要空氣由壓氣機送入燃燒室，而高壓壓氣機由高壓渦輪帶動，因此高壓渦輪需要承受高溫高速燃氣帶來的沖擊，還要高速旋轉帶動高壓壓氣機，對于材料要求極高，所以高壓渦輪與燃燒室、高壓壓氣機被稱為發(fā)動機“核心機”三大件就是這個原因。

高壓渦輪的耐心受能力直接決定著發(fā)動機渦輪前溫度高低

高壓渦輪又要帶動高壓壓氣機，要求一定的機械性能，這樣就形成了限制

    現(xiàn)代航空發(fā)動機高壓渦輪普遍采用鎳基高溫合金，它的最高工作溫度大約是1100度，四代航空發(fā)動機渦輪前溫度已經達到1600度，抵達材料表面溫度也有1100度，在這樣高溫度下材料會變軟，無法承受高速運動產生的應力，實際上未來發(fā)動機燃氣溫度有可能超過2000度，抵達材料表面溫度在1500度以上，僅憑鎳基高溫合金本身已經不能適應要求，需要熱障涂層來進一步降低材料工作溫度。

    現(xiàn)代航空發(fā)動機高壓渦輪熱障涂層主要采用陶瓷材料，陶瓷優(yōu)點就是熔點高、強度大、熱導率低，傳統(tǒng)發(fā)動機熱障涂層多采用氧化鋯基陶瓷材料，它可以使材料承受的溫度降低100度，這樣加上鎳基高溫合金本身1100度，再加上氣膜冷卻技術還能提供400度左右的冷即效果，那么航空發(fā)動機渦輪前溫度可以達到1600度左右。這個溫度正是第四代航空發(fā)動機F119渦扇發(fā)動機渦輪前溫度。

F-22優(yōu)異的性能來源兩部先進的發(fā)動機，后者又依靠材料進步

    隨著航空發(fā)動機性能繼續(xù)提高，人們預測第五代航空發(fā)動機渦輪前溫度可能會達到達到2000度，這樣熱聯(lián)涂層需要提供氧化鋯陶瓷材料提供更好的防護效果，遺憾是實驗發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，氧化鋯陶瓷材料迅速下降，熱導率增加，材料氧化，進而導致涂層失效，所以人們一直在尋找性能更好的熱障涂層材料，為此中國相關單位研制成功稀土鉭酸鹽高溫鐵彈相變陶瓷材料，它與傳統(tǒng)氧化鋯陶瓷材料相比，效率更高，可以達到后者的2-3倍，也就是說它可以讓材料承受的溫度降低200-300度，加上鎳基高溫合金的1100度、氣膜冷卻的300-400度，可以讓發(fā)動機渦輪前溫度提到1800度以上，還有就是韌性好，傳統(tǒng)陶瓷材料最大缺點就是韌性不足夠，稀土鉭酸鹽材料比氧化鋯材料質地柔軟，可以承受更多的應力，這樣就可以大大提高材料熱循環(huán)次數(shù)，增強航空發(fā)動機可靠性。同等應力狀態(tài)稀土鉭酸鹽還可以制備更厚的熱障涂層，這樣就能達到更大的溫度梯度。

憑借新型材料，渦扇15渦輪前溫度超越F119已經不是夢

     因此稀土鉭酸鹽高溫鐵彈相變陶瓷材料研制成功，為中國航空發(fā)動機提高渦輪前溫度創(chuàng)造了有利條件，可以想像，這種發(fā)動機應用之后，國產航空發(fā)動機推力更大、推重比更高，能夠更加有效的進一步提高國產戰(zhàn)斗機作戰(zhàn)能力。

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責任編輯：王元

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