航空发动机叶片制造技术航空发动机叶片航空发动机叶片原理书( 二 ) _叶片

第二代单晶合金+复合冷却技术到了上世纪末，第五代战机提出了“超音速巡航”的要求，发动机的推重比和推力需要进一步提升。第二代单晶合金通过增肌铼、钴、钼等元素，使得涡轮叶片合金的微观结构稳定性得到进一步提升，持久强度与抗氧化腐蚀能力达到了一个较好的平衡，使其承载温度再次提高了30℃左右，达到了1100℃（约合1370K）左右的水平。

文章插图
涡轮叶片所用材料发展之路
此时，通过改善材料性能带来涡轮叶片工作温度的提升已经变得举步维艰，而单通道的气膜冷却技术也开始不够用了，多种冷却技术同时应用（对流、冲击式、气膜结构、发散冷却等）的复合冷却技术被研发了出来。目前通过对涡轮叶片进行复合冷却，可以使得叶片的工作温度（涡轮前温度）相比承载温度高出400K左右，达到1850K-1980K 。

文章插图
叶片冷却技术的发展
第二代单晶合金结合复合冷却技术的涡轮叶片，被应用到了目前主流第四代航空发动机之上（主要代表有F-119、EJ-200发动机）。
第三代单晶合金/陶瓷基复合材料+多通道双层空心壁冷却技术目前，第六代战斗机研发已经被提上了日程，但有关第五代燃气涡轮发动机的信息还比较少，按照近些年在相关技术方面取得的突破来看，进一步优化合金元素成分而来的第三代单晶合金，和新型陶瓷基复合材料将成为第五代燃气涡轮发动机叶片的首选材料，其中陶瓷基复合材料的提升更为明显（承载温度可达1200℃，重量仅为镍基单晶合金的1/3），但技术尚不成熟。

文章插图
各代发动机涡轮叶片发展
而在下一代涡轮叶片冷却技术方面，将进一步增加涡轮叶片内部中的冷却通道，使得叶片的散射更为均匀；采用双层空心壁冷却技术，在涡轮叶片双层夹板增加中空的结构，可以进一步提升冷却效率。由于多通道双层空心壁冷却技术的研究较为复杂，目前国内在这一方面的研究还相对较少。

文章插图
给涡轮叶片涂涂层
航空发动机涡轮叶片发展的总结与展望总的来说，航空发动机涡轮叶片材料的制造与优化是一个极其复杂的过程，需要大量试验才能找到最优、或者接近最优的成分配比；而涡轮叶片冷却方案优化则是建立在设计和制造的基础上的，涡轮叶片每一次的冷却技术优化也是对叶片设计、制造的巨大考验。所以，说一个单晶叶片的价格超过同重量的黄金是毫不夸张的。

文章插图
GE展出的陶瓷基复合材料涡轮叶片
【航空发动机叶片制造技术航空发动机叶片航空发动机叶片原理书】而从航空发动机涡轮叶片的发展历程来看，研发更加耐高温的涡轮叶片是提升发动机性能的关键所在。而经过数十年的发展，单晶合金叶片的潜力似乎已经挖掘殆尽，想要进一步提升航空发动机性能，寻找新的方向已成为发展涡轮叶片不得不面对的选择；航空发动机涡轮叶片冷却技术虽然还有着不小的优化空间，但无疑会进一步增加叶片的加工制造难度。

航空发动机叶片制造技术 航空发动机叶片 航空发动机叶片原理书( 二 )

航空发动机叶片制造技术航空发动机叶片航空发动机叶片原理书( 二 )