2017年5月5日14时,中国大飞机C919在浦东机场首飞。航天航空飞行器的制造,属于尖端制造领域。其发展与新材料及其成型工艺有着重大关系。特别是飞行器的发动机制造更是代表了最高水平的制造工艺。
就航天飞行器而言,其发动机组件有四高:高温、高压、高转速、高负荷”。对于这些指标的实现与进步,除了耐高温合金以外,特种陶瓷的存在也功不可没。
C919搭载的LEAP发动机采用的两级高压涡轮设计,Leap发动机第一级高压涡轮罩环由陶瓷基复合材料(CMC)制成,CMC材料的耐高温性能意味着对冷却气流需求的减少,大大减少发动机的工作负担。
此外,陶瓷基复合材料(CMC)比低密度低,制成的罩环重量只有传统罩环的三分之一,也不需要很多的支撑结构。可有效的降低油耗。
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能,而其致命的弱点是具有脆性,处于应力状态时,会产生裂纹,甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合,则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展,从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
陶瓷基复合材料将替代目前在航空发动机中应用的镍基高温合金。总的来说,发动机工作温度越高,燃油效率更高。近年来,由于金属部件采用了热障涂层,发动机工作温度不断升高。但是,涂层的耐温能力有限。另一方面,陶瓷基复合材料能够承受2700℉的高温,且不需要环境障涂层这种特殊设计的陶瓷涂层。
C919使用的CFM LEAP-1C发动机其实并非国产,因此遭许多网民吐槽C919不应称作“国产大飞机”,不过,你要知道,即使是空客、波音,他们的发动机也不是自己公司生产的。在全球化的时代里,一味讲究国产率实际上并没有太多的价值,波音737和空客A380上面也有不少零件来自于中国制造商。
从航母到国产大飞机,从无到有,慢慢突破,不断进步。中国产突破核心技术封锁不是不可能。而在发动机研发上,这些突破与开发更耐高温和具有更高损伤容限的陶瓷基复合材料有着极大关系,如果你恰好做这方面的研究,那么C919的大市场下,或许你会获得分一杯羹的机会呢。
粉体圈 作者:小白
备注:CFM是世界主要飞机发动机供应商之一,成立于1974年,由法国赛峰集团旗下斯奈克玛公司和美国通用电气集团旗下的GE航空公司各出一半股份成立的合资公司。
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