渦輪發(fā)動機(jī)復(fù)合材料葉片用增強(qiáng)織物的應(yīng)用研究

劉梓琳　鄒雄　徐讓書　王金鐸

摘 要：在航空器結(jié)構(gòu)中，渦輪發(fā)動機(jī)是其中的關(guān)鍵組成部分，用來為航空器提供連續(xù)飛行所需的動力能源。航空器的渦輪發(fā)動機(jī)是一種高度復(fù)雜并十分精密的熱力機(jī)械零件。隨著國內(nèi)外對新型復(fù)合材料的深入研究與普遍開發(fā)利用，復(fù)合材料在航空器渦輪發(fā)動機(jī)葉片制造中的應(yīng)用越來越廣泛，推動航空器渦輪發(fā)動機(jī)向“全復(fù)合材料發(fā)動”的發(fā)展方向邁進(jìn)。增強(qiáng)體是復(fù)合材料的重要組成部分，用以增進(jìn)復(fù)合材料的基本性能。本文以這一理論作為基礎(chǔ)，展開對渦輪發(fā)動機(jī)復(fù)合材料葉片用增強(qiáng)織物的深入研究，從對增強(qiáng)織物的概念及其優(yōu)勢分析入手，探究增強(qiáng)織物在渦輪發(fā)動機(jī)復(fù)合材料葉片制造中的應(yīng)用實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：航空器；渦輪發(fā)動機(jī)；復(fù)合材料；增強(qiáng)織物；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.037

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國遠(yuǎn)距離交通運(yùn)輸業(yè)得到了蓬勃發(fā)展。為了緊跟世界發(fā)展步伐，在國際社會中占據(jù)重要發(fā)展地位，我國的航空運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)在整個交通運(yùn)輸系統(tǒng)中占據(jù)很大的比重，迎接逐漸廣闊的發(fā)展前景，也同時面臨著日益嚴(yán)峻的考驗(yàn)與挑戰(zhàn)。完備的航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)不僅是現(xiàn)代旅客運(yùn)輸、尤其是遠(yuǎn)途旅客運(yùn)輸?shù)闹匾绞街?，也是國際貿(mào)易市場中生鮮、貴重或精密貨品運(yùn)輸?shù)谋匾Ｕ洗胧?/p>

1 增強(qiáng)織物的概念及其優(yōu)勢分析

航空運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，離不開航空器這一基礎(chǔ)性、核心性與關(guān)鍵性元素的科學(xué)化設(shè)計(jì)制造及規(guī)?；a(chǎn)加工。在航空器諸多組成部分中，渦輪發(fā)動機(jī)是其運(yùn)行動力的來源，也因此成為一架航空器其中一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。渦輪發(fā)動機(jī)是內(nèi)燃機(jī)的一種類型，利用旋轉(zhuǎn)的葉片從穿過機(jī)身的流動物質(zhì)中汲取動能，為大型的飛機(jī)等航空器以及船舶、車輛等提供動能，是這些大型交通工具的必備的動力裝置。本文以對航空器渦輪發(fā)動機(jī)的工作原理分析為切入點(diǎn)，由此對其制造工藝加以研究，結(jié)合當(dāng)前理論界廣泛關(guān)注的增強(qiáng)體這一研究焦點(diǎn)，著重探討增強(qiáng)織物應(yīng)用于渦輪發(fā)動機(jī)復(fù)合材料葉片的實(shí)踐科學(xué)性與可行性，以期對渦輪發(fā)動機(jī)未來的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)制造提供一定的借鑒意義。

1.1 增強(qiáng)織物的概念

增強(qiáng)織物，又被稱為fabric reinforcement，是增強(qiáng)體的一種，主要以纖維材料為基礎(chǔ)構(gòu)成，通常以織物呈現(xiàn)形式而存在。增強(qiáng)織物的種類有很多，根據(jù)其不同的化學(xué)分子構(gòu)成，可以分為有機(jī)增強(qiáng)織物與無極增強(qiáng)織物兩大類。增強(qiáng)織物是復(fù)合材料不可或缺的重要組成部分。

1.2 增強(qiáng)織物的優(yōu)勢分析

社會發(fā)展進(jìn)入21世紀(jì)后，對于先進(jìn)的新型復(fù)合材料的研究開發(fā)與應(yīng)用也隨之進(jìn)入了飛速發(fā)展的時期，復(fù)合材料在航空器用渦輪發(fā)動機(jī)葉片制造中得到廣泛應(yīng)用。復(fù)合材料葉片用增強(qiáng)織物的研究也顯得尤為重要。增強(qiáng)織物能夠有效改善復(fù)合材料的強(qiáng)度與各項(xiàng)使用性能，具有低密度、拉伸強(qiáng)度大、拉伸模量高等技術(shù)優(yōu)勢。

2 增強(qiáng)織物在渦輪發(fā)動機(jī)復(fù)合材料葉片制造中的應(yīng)用實(shí)踐

2.1 碳纖維增強(qiáng)織物的應(yīng)用

碳纖維增強(qiáng)織物具有密度低、強(qiáng)度高、模量大以及耐高溫、抗腐蝕、耐輻射等技術(shù)優(yōu)勢，應(yīng)用于航空器渦輪發(fā)動機(jī)葉片制造，使葉片整體的拉伸強(qiáng)度與彈性都得到了較大提升，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低油耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。

2.2 芳綸纖維增強(qiáng)織物的應(yīng)用

芳綸纖維是對芳香有機(jī)纖維的總稱，以芳香基代替脂肪基，使得纖維的耐熱性與初始模量得到顯著提升，同樣具有密度低、拉伸強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)，并具有優(yōu)質(zhì)的材料韌性。使用高強(qiáng)度、高韌性的芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的渦輪發(fā)動機(jī)葉片，能夠大大提高抗沖擊能力。

2.3 碳化硅纖維增強(qiáng)織物的應(yīng)用

碳化硅纖維增強(qiáng)織物具有極高的耐熱性能，能夠在近100攝氏度的高溫下保持基本性能與優(yōu)質(zhì)的材料強(qiáng)度，并能夠達(dá)到120攝氏度的耐熱問題。此外，碳化硅纖維增強(qiáng)織物還具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性與抗氧化性。應(yīng)用于航空器渦輪發(fā)動機(jī)，可以大幅度減輕自身總重量，有效降低冷卻過程使用的氣流總量，進(jìn)而提高發(fā)動機(jī)的使用性能。

3 結(jié)束語

復(fù)合化是新材料的重要發(fā)展方向，也是新材料的重要組成部分和最具生命力的分支之一。航空器渦輪發(fā)動機(jī)對新型復(fù)合材料的選用是當(dāng)前航空器零部件制造產(chǎn)業(yè)的一大發(fā)展趨勢。文章分析了碳纖維增強(qiáng)織物、芳綸纖維增強(qiáng)織物以及碳化硅纖維增強(qiáng)織物在航空器渦輪發(fā)動機(jī)葉片制造中的應(yīng)用實(shí)踐，為渦輪發(fā)動機(jī)的研究開發(fā)與制造提供了部分發(fā)展空間。當(dāng)然，在渦輪發(fā)動機(jī)的制造研發(fā)中，還應(yīng)當(dāng)充分考量不同復(fù)合材料的各自突出優(yōu)勢，切實(shí)做到揚(yáng)長避短，最大限度地發(fā)揮不同復(fù)合材料的設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)勢，以滿足不同的制造需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張卓.螺栓連接對二維機(jī)織物增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸性能的影響[D].天津工業(yè)大學(xué)，天津紡織工學(xué)院，2000.

[2]徐志偉，黃雪峰，沈星.基于PT和MFC的飛機(jī)垂直尾翼振動主動控制[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（03）.

[3]張智丹，紀(jì)松，張延松.沖擊載荷下PVDF和PZT壓電材料的動態(tài)性能研究[J].兵器材料科學(xué)與工程，2008（02）.

[4]吳永東，鐘偉芳，鄒靜等.利用SMA的SME特性改善復(fù)合材料板低速沖擊響應(yīng)性能的研究[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003（06）.

[5]劉芹，任建亭，郭運(yùn)強(qiáng)等.埋入形狀記憶合金絲的復(fù)合材料圓柱殼壁板的熱振動特性分析[J].振動與沖擊，2007（07）.

[6]滕兆春，李世榮，吳瑩.熱載荷作用下非對稱支承嵌入SMA絲復(fù)合材料彈性梁的橫向自由振動[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（02）.