连续纤维增强复合材料在民用航空发动机上的应用_沈尔明
连续纤维增强复合材料在民用航空
发动机上的应用
沈尔明，王志宏，滕佰秋，李晓欣
（中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳１１００１５）
摘要：对碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维和玻璃纤维等连续纤维增强的复合材料在民用航空发动机上的应用进行了概述，对连续纤维增强复合材料在风扇的转子叶片、出口导流叶片、机匣、风扇包容系统、帽罩前锥、消声板、反推装置、高压涡轮导向器和低压涡轮转子叶片等重要零件上的应用现状和发展趋势进行了归纳，指出了国内民用航空发动机应用连续纤维增强复合材料选材的发展方向。
关键词：复合材料；纤维；民用航空发动机
Application of Continuous Fiber Reinforced Composites in
Civil Aeroengines
SHEN Er-ming,WANG Zhi-hong,TENG Bai-qiu,LI Xiao-xin
（AVIC Shenyang Engine Design and Research Institute,Shenyang 110015,China ）
Abstract:The applications of continuous fiber reinforced composites including carbon fiber,aramid fiber,glass fiber and silicon carbide fibers in the civil aeroengines were
overviewed.The application situation and future development of continuous fiber reinforced composites on fan rotor blades,outlet guide vanes,casing,containment system,nose cone spinners,muffler board,thrust reversers,high pressure turbine vanes and low pressure turbine blades were summarized.The development direction of continuous fiber reinforced composites is pointed out in the civil aeroengines.
Key words:composites;fiber;civil aeroengines
航空发动机
Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ
沈尔明（１９７７），男，硕士，工程师，主要从事航空发动机选材设计工作。
收稿日期：２０１２－０４－０４
第３９卷第２期２０１３年４月
Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．２Ａｐｒ．２０１３
０引言
涡扇发动机具有推力大、油耗低、噪声小和可靠性高等优点，成为大型民用客运和货运飞机的主要动力装置。进入２１世纪以来，随着空客Ａ３８０、波音７８７等大型飞机的启用，作为决定大型民用飞机研制成功与否的关键因素，民用航空发动机越来越受到世界航空强国的重视。
本文详细介绍并分析了国外连续纤维增强复合材料的应用，概述了碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维和玻璃纤维等连续纤维增强的复合材料在民用航空发动机上的应用，指出了国内民用航空发动机应用连续纤维增强复合材料选材的发展方向。
１国外连续纤维增强复合材料的应用
连续纤维作为复合材料的增强体，决定着复合材
料在各种环境中的主要力学性能（沿纤维方向的性能），还影响着材料的体积、性能和其可设计性，因此成为复合材料的研发核心。连续纤维增强复合材料凭借其质量轻、结构强度高和技术较成熟等优点，在一直以减质为需求的民用航空领域备受重视，广泛应用于民用航空发动机的帽罩前锥、风扇转子静子和出口导流叶片及其机匣和包容环、发动机短舱和反推装置、消声结构和高低压涡轮叶片等部件上，如图１所示。连续纤维增强复合材料在ＧＥ、ＲＲ、ＰＷ、ＩＡＥ和ＣＦＭＩ等欧美主要发动机公司的应用情况见表１，可满足发动机对高推质比、低耗油率和低维修成本的需要。
与传统金属材料相比，连续纤维增强复合材料具有密度低、
比拉伸强度和比拉伸模量高等优点（见表２），
在航空发动机的低温和高温部件上应用都具有一
第２期
定竞争优势，如图２所示。民用航空发动机使用的连续纤维增强复合材料按增强体材料不同分为碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维和玻璃纤维增强复合材料等。
１．１碳纤维增强复合材料
碳纤维主要是由ＰＡＮ（聚丙烯腈）碳化制造的纤维状碳素材料［６］，具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀和耐化学辐射等特点，广泛用于航空结构件上。早期碳纤维的缺点是脆性大、抗冲击性和高温抗氧化性较差。为了同时满足高强度和轻质量的要求，需研制以ＩＭ７、Ｔ８００纤维等为代表的中等模量、高拉伸强度的碳纤维。
ＧＥ公司的ＧＥ９０和ＧＥｎｘ发动机的风扇叶片均采用碳纤维增强环氧树脂复合材料，其中增强体采用ＩＭ７高强中模碳纤维，基体材料采用增韧改性环氧树脂。与Ｔ３００碳纤维相比，ＩＭ７和Ｔ８００碳纤维的拉伸强度和弹性模量等都有较大提高，其中拉伸强度分别提高５３％和６７％，弹性模量分别提高２８％和３０％，断裂伸长率分别提高２７％和３３％，见表３。Ｔ３００级碳纤维已经具备国产化能力，但还应该加快开展ＩＭ７级中模量高强碳纤维的研制开发。
图１连续纤维增强复合材料在国外民用航空发动机上
的应用部位
复合材料体系
玻璃纤维增强复合材料
芳纶纤维增强复合材料
碳纤维增强复合材料
碳化硅纤维增强复合材料
应用部位
帽罩前锥
油气封严装置
消声结构
包容环
消声结构
风扇转子叶片
风扇出口导流叶片
风扇机匣、包容环
发动机短舱及反推
力装置
低压涡轮导向器
高压涡轮叶片
发动机型号
ＰＷ４０００、ＰＷ６０００
ＣＦＭ５６－３、ＣＦＭ５６－７
ＣＦＭ５６－３、ＣＦＭ５６－７
ＣＦ６－８０Ｃ２、ＧＥ９０、
ＲＢ２１１、Ｔｒｅｎｔ７００、
Ｔｒｅｎｔ８００、ＰＷ４０８４、
ＢＲ７１０
ＣＦＭ５６－３
ＧＥ９０、ＧＥｎｘ、
ＬＥＡＰ－Ｘ１Ｃ
ＰＷ４０８４、ＰＷ４１６８
ＧＥｎｘ、ＬＥＡＰ－Ｘ
Ｔｒｅｎｔ７００、Ｔｒｅｎｔ８００、
ＰＷ４１６８、Ｖ２５００
ＬＥＡＰ－Ｘ
ＬＥＡＰ－Ｘ
公司
ＰＷ
ＣＦＭＩ
ＣＦＭＩ
ＧＥ、ＲＲ、ＰＷ
ＣＦＭＩ
ＧＥ
ＰＷ
ＧＥ
ＲＲ、ＰＷ、ＩＡＥ
ＧＥ
ＣＦＭＩ
风扇机匣风扇叶片
风扇出口
导流叶片
燃烧室高压涡轮导向器
低压涡轮叶片
短舱和反推力装置
消声板
包容环
消声板
帽罩前锥
表１欧美航空发动机公司用连续纤维增强复合材料构件材料
碳纤维复
合材料
芳纶纤维
复合材料
碳化硅纤
维复合材料
玻璃纤维
复合材料
钢
钛合金
铝合金
铁基高温
合金
镍基高温
合金
密度／
（×１０－３ｋｇ／ｍ３）
１．６０
１．５０
２．３０
２．００
７．８０
４．５０
２．８０
７．９９
７．８５
拉伸模量／
ＧＰａ
１４０
９０
２２０
４０
２０６
１０３
６９
１９０
２０６
拉伸强度／
ＭＰａ
１４５０
１６５０
３１５
１６５０
４００～２５００
３６０～１４００
５５～７００
７３５～９３０
９７０
比拉伸模量／
１０５ｍ
８．７５
６．００
９．５７
２．００
２．６４
２．２９
２．４６
２．３８
２．４８～２．７３
比拉伸强度／
１０３ｍ
９．０６
１１．００
１．３７
８．２５
０．５０～３．２０
０．８０～３．１０
０．２０～２．５０
０．９２～１．１６
０．６４～１．２４表２连续纤维增强复合材料与金属材料性能比较［１－４］
注：因选择的材料具体牌号不同，具体数值有所差异。
图２连续纤维增强复合材料的使用温度与比拉伸强度［１２］１．０
０．５
比
拉
伸
强
度
（
σ
／
ρ
）
×
１
０
－
６
芳纤复合材料
玻纤复合材料
碳纤复合材料
钛
钢
碳纤／碳化硅（２Ｄ）
碳化硅／碳化硅（２Ｄ）
铝
温度／℃
２０００
１５００
１０００
５００
０
力学性能
拉伸强度／ＭＰａ
拉伸弹性模量／ＧＰａ
断裂伸长率／％
密度／（×１０－３ｋｇ／ｍ３）
纤维直径／（×１０－６ｍ）
Ｔ８００Ｈ
５５９０
２９４
１．９０
１．８１
５
ＩＭ７
５４００
３００
１．８５
１．８０
５
高强碳纤维
Ｔ３００
３５３０
２３０
１．５０
１．７６
７
中模量高强碳纤维
表３典型碳纤维性能比较［７］
沈尔明等：连续纤维增强复合材料在民用航空发动机上的应用９１
航空发动机第３９卷
用于波音７７７飞机的ＧＥ９０发动机的风扇是世界上尺寸最大的风扇之一，其直径达到３．１２ｍ，转子由２２片无凸台全复合材料叶片组成，叶片长１．２２ｍ，叶尖弦长０．５３３ｍ，榫头宽０．３０５ｍ，起飞时进入风扇的空气流量为１３１３ｋｇ／ｓ。大尺寸风扇叶片在设计时如果采用钛合金制造成空心结构，风扇整体质量很大，运转时巨大的离心力会导致轮盘无法承受而破坏，榫头强度也是难以解决的问题。为此，ＧＥ公司采用ＩＭ７碳纤维增强环氧树脂预浸料带从叶根到叶尖采用铺层逐渐减薄的方式制成风扇叶片解决了上述问题，并通过了鸟撞取证试验。ＧＥ９０发动机风扇叶片采用了复合材料后，发动机的可靠性也大大加强，如图３所示。据统计，ＧＥ９０发动机在投入使用的９年中，曾遭遇过８５次鸟撞击，但都没有对风扇叶片造成明显损伤；在ＧＥ９０－１１５Ｂ发动机累计６００万飞行小时内，只有３次因鸟撞或外物打伤而更换３片复合材料风扇叶片。经过长期使
用后，ＧＥ公司认为复合
材料风扇叶片在使用中
可以免维护，而且在抗颤
振等方面优于金属叶片，
更利于实现大涵道比，进
而达到降低油耗和提高
效率的目的［８－９］。
用于波音７８７客机的ＧＥｎｘ－１Ｂ发动机的风扇占发动机总质量的３３％，为满足减质的需要，风扇叶片采用与ＧＥ９０发动机同样的复合材料外，其风扇机匣也采用了纤维增强树脂基复合材料，这是将复合材料首次用于民用航空发动机风扇机匣上。ＧＥｎｘ发动机风扇机匣采用７．６２ｍｍ厚的３维织物以±６０°方式编织，并在边角及弯曲处与２维织物混编在一起。编织采用自动化工艺，织物绕１个风扇机匣形状的模具编织成平面状，如图４所示。在中部编织厚层作为风扇叶片的包容层。织物一经织成，便从机匣外引入树脂固化成型。其中ＧＥｎｘ－１Ｂ７０发动机的风扇尺寸为２．８２ｍ，可减质１６０ｋｇ。ＧＥ公司试验表明复合材料风扇机匣抗外物打伤能力优于铝机匣的，而且全复合材料的包容环还是１种具有回弹力、高韧性的结构，同时单一材料的应用还可减少电偶腐蚀的发生，进一步提高发动机的耐久性［９－１４］。
Ｖ２５００发动机的短舱进气道采用带有共固化加强肋的碳纤维增强环氧树脂外蒙皮和碳纤维增强环氧树脂蜂窝夹层结构，风扇整流舱门采用整体碳纤维复合材料包覆经防腐蚀处理的铝蜂窝夹芯结构，反推装置格栅采用碳纤维增强复合材料模压成型制造，反推移动罩上采用碳纤维护板。ＰＷ４１６８和Ｔｒｅｎｔ７００发动机也采用碳纤维增强环氧树脂制造反推力装置，此外，ＧＥ９０发动机的发动机短舱也采用了碳纤维增强复合材料短舱制造技术［２３－２４］。
ＰＷ公司采用碳纤维增强复合材料制造的风扇出口导流叶片。风扇机匣上的４４片导流叶片采用４片１组成型，再由空心的内外环将１１组叶片连成一体，形成静子组件。ＰＷ４０８４和ＰＷ４１６８发动机采用这一方式制造的风扇静子组件，较钛合金的质量减轻了３９％，成本降低了３８％［１５］。
１．２芳纶纤维增强复合材料
芳纶纤维是芳香族有机纤维的总称，其由芳香族基团代替脂肪族基团连接酰胺基经缩聚而成。由于芳香基代替脂肪基，分子链的柔性减小而刚性增强，反映在纤维性能方面，其耐热性和初始模量都显著增大。芳纶纤维具有低密度、高拉伸强度和拉伸刚度、低压缩性能（非线性）和优良的韧性特性。
从２０世纪７０年代开始，芳纶纤维就成为航空领域的结构材料，在民用航空涡扇发动机上大量用于需要高韧性和能量吸收性能好的风扇机匣的包容环［６－９］。欧美国家现役的民用航空发动机的包容环结构基本相似，即在金属机匣壳体的内侧或外侧用芳纶纤维增强复合材料作为包容层。以ＧＥ９０发动机为例，先在薄铝合金壳体外表面铣出格栅，再在外侧缠绕６５层芳纶纤维织成的编织带，并覆以环氧树脂制成复合材料包容环。由铝合金壳体保证机匣的圆度，利用强度高、韧性好的芳纶纤维增强环氧树脂复合材料提高对叶片断片的抗冲击能力，在具有良好包容能力的同时，大大减轻了风扇机匣的质量，其质量比金属包容环减轻近５０％［１６－１７］。芳纶纤维缠裹层是包容环的核心，当风扇叶片的断片甩出并打到该层时，由于芳纶纤维具有高的抗拉伸性能，缠裹层会因受到拉伸向外鼓出，但不易拉断，吸收断片的撞击能量，从而将断片包容住。这种结构不仅包容能力强，而且质量轻，因而得到广泛应用。ＲＲ公司的ＢＲ７１０、ＲＢ２１１－５３５Ｅ４、ＲＢ２１１－５２４Ｇ／Ｈ、Ｔｒｅｎｔ７００、Ｔｒｅｎｔ８００发
图３ＧＥ公司的复合材料
风扇叶片
图４ＧＥｎｘ－１Ｂ发动机的风扇机匣
９２
第２期
动机，ＰＷ公司的ＰＷ４０８４发动机和ＧＥ公司的ＣＦ３４、ＣＦ－８０Ｃ２、ＧＥ９０、ＧＰ７２００发动机均采用该设计方法，如图５所示。
芳纶纤维还具有抗颤振和抗声疲劳的特点，在民用航空发动机上还用于风扇机匣内侧的消声结构［２］。芳纶纤维增强复合材料的比模量高，故自振频率也高，能够更好地避免构件在工作时
产生共振。而纤维与基体界
面还具有吸收振动能量的作
用，所以芳纶纤维增强复合
材料具有很好的减振性能。
在ＣＦＭ５６系列和ＧＥ９０等
发动机上广泛使用芳纶纤维
增强复合材料制造具有消声
降噪功能的复合材料消声
板，如图６所示。
１．３碳化硅纤维增强复合材料
碳化硅纤维是１种陶瓷纤维，能在９８０℃以上的高温下保持良好的强度。其拉伸强度可达２．７ＧＰａ，模量可达１９２ＧＰａ，模量比碳纤维的低，但高于玻璃纤维的。碳化硅纤维具有以下特点：（１）耐热性能好，耐热温度可达１２００℃；（２）耐腐蚀／化学稳定性好；（３）对热塑性基体的相容性好；（４）对金属基体的浸润性好；（５）具有优异的浸润性和抗氧化性，可作为聚合物、陶瓷、金属（铝、钛、镁等）甚至碳的增强材料［２］。
ＧＥ公司在经过２５年对陶瓷基复合材料的研制开发，并在军机的静子零件和旋转部件上开展了大量的验证试验后，决定在新一代民用航空发动机Ｌｅａｐ－ｘ的高压涡轮导向器上使用碳化硅纤维增强复合材料。由于碳化硅纤维增强复合材料比高温合金更耐热，可以取消气膜孔冷却系统，因而在减轻自身总质量的同时，也降低冷却气流的使用量，提高了发动机性能。Ｓｎｅｃｍａ（ＳＡＦＲＡＮＧＲＯＵＰ）公司在ＬＥＡＰ－Ｘ发动机上也使用了碳化硅纤维增强复合材料制造的低压涡轮工作叶片。ＧＥ公司计划在未来的民用航空发动机上用碳化硅纤维增强复合材料制造燃烧室和涡轮导向器缘板［１５－１８］。
１．４玻璃纤维增强复合材料
玻璃纤维增强复合材料具有成本低、质量轻、强度高和无机非金属材料的特性，成为较早用于航空发动机上的复合材料之一，广泛用于不承担大载荷或工作应力较小的发动机零部件上［２］。如因其比金属更易于制造具有锥形结构的帽罩前锥，因此在ＲＢ２１１系列、Ｔｒｅｎｔ８００、ＰＷ４０８４和ＣＦＭ５６－３发动机帽罩前锥得到应用，如图７所示［１６，２９］；ＣＦＭ５６系列发动机的油气封严装置［３０］（如图８所示）、ＲＢ２１１发动机接线盒和加强筋［３１］也采用玻璃纤维增强复合材料。但因其刚度较小，限制了在发动机主要结构件上的应用。
与碳纤维增强复合材料相比，玻璃纤维增强复合材料的热膨胀系数和模量性能是明显缺点，因而玻璃纤维增强复合材料在民用航空发动机上应用范围小于碳纤维增强复合材料，但玻璃纤维的成本低廉是最大的优势。
２国内连续纤维增强复合材料发展方向展望
从２０世纪６０年代开始，连续纤维增强复合材料逐渐成为在民用航空发动机上应用最广泛的复合材料。分析其在国外民用航空发动机上的应用情况，可以指导国内民用航空发动机用连续纤维增强复合材料选材的发展方向，见表４。
（１）大力开展高性能高强增韧碳纤维和配套树脂的研制，在风扇叶片和风扇机匣等低温部件上应用碳纤维增强复合材料。
（２）在现阶段国产民用航空发动机上采用芳纶纤维增强复合材料作为包容结构材料。
（３）加快发展碳化硅纤维增强复合材料，该材料在不远的将来将代替高温合金。
（４）由于玻璃纤维增强复合材料成本低、使用经验丰富，可以大量用于不承担大载荷或工作应力较小的次要结构零件上。
３结束语
连续纤维增强复合材料在国外民用航空发动机
图５ＧＥ９０、ＧＰ７２００、ＣＦ３４、ＢＲ７１０发动机使用的包容环
图６复合材料消声板图７ＲＲ公司的玻璃纤维
增强复合材料风扇帽罩［１４］
图８
ＣＦＭＩ公司的玻璃纤维
增强复合材料油气封严装置沈尔明等：连续纤维增强复合材料在民用航空发动机上的应用９３
航空发动机第３９卷
上已经得到广泛应用，应用部位呈现从静止部件向转动部件、低温部件向高温部件、简单结构向复杂结构的发展趋势。迫切需要研制具有高性能的连续纤维增强复合材料，以满足未来国内民用航空发动机的发展需求。
同时，进行航空发动机结构设计时，应该针对复合材料具有的各向异性特点，扬长避短，充分发挥材料铺层结构可设计的优势。
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复合材料体系
高强碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料芳纶纤维增强复合材料碳化硅纤维增强复合材料玻璃纤维增强复合材料
使用部位
风扇叶片
风扇机匣
风扇出口导流叶片
发动机短舱和反推装置
中介机匣
包容环
消声结构
高压涡轮导向器
低压涡轮叶片
燃烧室
帽罩前锥
消声结构
油气封严结构
应用难度
难
难
易
易
难
一般
易
难
难
一般
易
易
易
表４国内民用航空发动机复合材料的选用９４
(完整word版)纤维增强复合材料
纤维增强复合材料由增强纤维和基体组成。纤维(或晶须)的直径很小，一般在l0μm以下，缺陷较少又小，断裂应变不大于百分之三，是脆性材料，容易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度和模量要低得多，但可经受较大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。 纤维增强复合材料，由纤维的长短可分为短纤维增强复合材料、长纤维复合材料和杂乱短纤维增强复合材料。纤维增强复合材料由于纤维和基体的不同，品种很多，如碳纤维增强环氧、硼纤维增强环氧、Kevlar纤维增强环氧、Kevlar 纤维增强橡胶、玻璃纤维增强塑料、硼纤维增强铝、石墨纤维增强铝、碳纤维增强陶瓷、碳纤维增强碳和玻璃纤维增强水泥等。（1新型纺织材料及应用宗亚宁主编中国纺织出版社） 纤维增强复合材料的性能体现在以下方面： 比强度高比刚度大，成型工艺好，材料性能可以设计，抗疲劳性能好。破损安全性能好。多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小、叠层复合材料的层间剪切强度和层间拉伸强度很低、影响复合材料性能的因素很多，会引起复合材料性能的较大变化、用硼纤维、碳纤维和碳化硅纤维等高性能纤维制成的树脂基复合材料，虽然某些性能很好，但价格昂贵、纤维增强复合材料与传统的金属材料相比，具有较高的强度和模量，较低的密度、纤维增强复合材料还具有独特的高阻尼性能，因而能较好地吸收振动能量，同时减少对相邻结构件的影响。 从本世纪40年代起，复合材料的发展已经历了整整半个世纪。随着技术的提高，应用领域已从航空航天和国防军工扩展到建筑与土木工程、陆上交通运输、船舶和近海工程、化工防腐、电气与电子、体育与娱乐用品、医疗器械与仿生制品以及家庭与办公用品等等各部门。复合材料在建筑上可作为结构材料、装饰材料、功能材料以及用来制造各种卫生洁具和水箱等。 纤维增强复合材料由增强材料和基体材料构成，每部分都有各自的作用，影响复合材料的性能。 作为增强材料的纤维是组成复合材料的主要成分。在纤维增强复合材料中占有相当的体积分数，同时是结构复合材料承受载荷的主要部分。增强纤维的类型、数量和取向对纤维增强复合材料的性能十分重要，它主要影响以下的方面：（1）密度；
复合材料的发展和应用
复合材料的发展和应用 复合材料的发展和应用 具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候 论文格式论文范文毕业论文 全球复合发展概况复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电气、、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。树脂基复合材料的增强材料树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。 1、玻璃纤维目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道
的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。 2、碳纤维 3、芳纶纤维 20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。 4、超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。 5、热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展起来的，主要有长纤维增强粒料、连
(完整版)航空发动机试验测试技术
航空发动机试验测试技术 航空发动机是当代最精密的机械产品之一，由于航空发动机涉及气动、热工、结构与 强度、控制、测试、计算机、制造技术和材料等多种学科，一台发动机内有十几个部件和 系统以及数以万计的零件，其应力、温度、转速、压力、振动、间隙等工作条件远比飞机 其它分系统复杂和苛刻，而且对性能、重量、适用性、可靠性、耐久性和环境特性又有很 高的要求，因此发动机的研制过程是一个设计、制造、试验、修改设计的多次迭代性过程。在有良好技术储备的基础上，研制一种新的发动机尚要做一万小时的整机试验和十万小时 的部件及系统试验，需要庞大而精密的试验设备。试验测试技术是发展先进航空发动机的 关键技术之一，试验测试结果既是验证和修改发动机设计的重要依据，也是评价发动机部 件和整机性能的重要判定条件。因此“航空发动机是试出来的”已成为行业共识。 从航空发动机各组成部分的试验来分类，可分为部件试验和全台发动机的整机试验， 一般也将全台发动机的试验称为试车。部件试验主要有：进气道试验、压气机试验、平面 叶栅试验、燃烧室试验、涡轮试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组 件的强度、振动试验等。整机试验有：整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试 验等。下面详细介绍几种试验。 1进气道试验 研究飞行器进气道性能的风洞试验。一般先进行小缩比尺寸模型的风洞试验，主 要是验证和修改初步设计的进气道静特性。然后还需在较大的风洞上进行l／6或l／5的 缩尺模型试验，以便验证进气道全部设计要求。进气道与发动机是共同工作的，在不同状 态下都要求进气道与发动机的流量匹配和流场匹配，相容性要好。实现相容目前主要依靠 进气道与发动机联合试验。 2，压气机试验 对压气机性能进行的试验。压气机性能试验主要是在不同的转速下，测取压气机特性 参数(空气流量、增压比、效率和喘振点等)，以便验证设计、计算是否正确、合理，找出 不足之处，便于修改、完善设计。压气机试验可分为： (1)压气机模型试验：用满足几何相似的缩小或放大的压气机模型件，在压气机试验台上按任务要求进行的试验。 (2)全尺寸压气机试验：用全尺寸的压气机试验件在压气机试验台上测取压气机特性，确定稳定工作边界，研究流动损失及检查压气机调节系统可靠性等所进行的试验。 (3)在发动机上进行的全尺寸压气机试验：在发动机上试验压气机，主要包括部件间的匹配和进行一些特种试验，如侧风试验、叶片应力测量试验和压气机防喘系统试验等。 3，燃烧室试验 在专门的燃烧室试验设备上，模拟发动机燃烧室的进口气流条件(压力、温度、流量) 所进行的各种试验。主要试验内容有：燃烧效率、流体阻力、稳定工作范围、加速性、出 口温度分布、火焰筒壁温与寿命、喷嘴积炭、排气污染、点火范围等。 由于燃烧室中发生的物理化学过程十分复杂，目前还没有一套精确的设计计算方法。因此，燃烧室的研制和发展主要靠大量试验来完成。根据试验目的，在不同试验器上，采 用不同的模拟准则，进行多次反复试验并进行修改调整，以满足设计要求，因此燃烧室试 验对新机研制或改进改型是必不可少的关键性试验。
2020年航空发动机行业分析报告
2020年航空发动机行业分析报告 2020年2月
目录 一、我国航空发动机国产化势在必行，产业链各环节企业将迎来重大 发展机遇期 (5) 1、国家级基金战略扶持：预计2017年启动的国家级两机专项计划投入规模 6在3000亿以上 ........................................................................................................ 2、国家安全战略重要保障：两机是工业领域皇冠上的明珠，是国家安全的重 7要战略保障 .............................................................................................................. 3、产业链条足够长、市场空间足够大：预计未来10年全球两机市场规模将 达到6000亿美元，产业链各环节企业发展空间巨大 (8) 二、我国航空发动机产业发展现状及标的梳理 (12) 1、航空发动机产业发展特点：技术壁垒高、经济回报高、研制周期长 (12) （1）技术壁垒高 (12) （2）经济回报高 (13) （3）研制周期长、研制投入大 (13) 2、我国国产军用航空发动机发展现状 (14) （1）仿制和改进 (14) （2）部分自主设计 (15) （3）拥有自主知识产权 (15) 3、我国航空发动机等两机产业链标的梳理 (16) 三、两机产业链：全球维度看切入两机供应体系，国内维度看自主可 控加速技术与产品落地 (17) 1、航发动力：我国航空发动机制造龙头企业，整机制造处垄断地位 (18) 2、应流股份：两机叶片千亿美金赛道，从此有了中国制造 (19)
东华携手商飞,培养民用航空复合材料拔尖人才
东华携手商飞,培养民用航空复合材料拔尖人才 日前，纺织之光科技教育基金会秘书长张翠竹、中国纺织服装教育学会秘书劳斌一行，赴东华大学对“纺织之光” 2017 年度中国纺织工业联合会教师奖、学生奖及教育教学成果奖项目进行回访考察。在东华大学，张翠竹一行与东华大学有关领导、获奖教师和学生进行了座谈。本刊记者还对2017 年度教育教学成果一等奖项目完成人孙宝忠教授进行了采访。 成果名称：民用航空复合材料拔尖创新人才实验 ―一种突出知识型实践能力培养的复合型拔尖人才培养模式创新 成果完成人：孙宝忠、韩哲宇、黄朝阳、余木火、潘利剑、孙泽玉、魏毅、朱姝、刘夏慧 成果完成单位：东华大学 2017 年度中国纺织工业联合会纺织教育教学成果一等奖民用航空复合材料由于 跨学科、跨专业和突出工程能力的特点，其发展对研究 者的实践能力、解决问题能力和创造力提出更高要求， 同时对人才知识储备自动升级的要求也大大提高。
所获奖项：“纺织之光” 为了适应民用航空复合材料发展需求，东华大学于2012 年批文成立二级机构“民用航空复合材料东华大学协同创新中心”（以下简称“协同创新中心”）。中国商飞落户上海后，协同创新中心在与东华大学教务处、中国商飞等多次沟通后，决定在优质资源的基础上建立民用航空复合材料拔尖创新人才实验班（以下简称“实验班”），以更好地为商飞和民用航空复合材料服务。通过搭建实践平台，引进商飞工程师指导学生实践及组队参加科创杯赛，改善拔尖创新人才培养效果。经过四年的实践，形成了一套拔尖人才选拔、教学体系，同时培养了一支教学队伍，并开始逐步建立教材体系。该项目荣获“纺织之光” 2017 年度中国纺织工业联合会纺织教育教学成果一等奖。 理论结合实际，完善人才培养体系实验班立足复合材料专业学科发展的实际，引入了纺织、材料、机械和化工等专业，结合中国商飞民用航空复合材料的需求，充分探索出一种突出知识型实践能力培养的复合型拔尖人才培养模式。东华大学纺织学院教授、该项目完成人孙宝忠介绍道，该实验班强调理论和实践的结合，形成了系统的教学体系，组建了多学科、高水平、宽领域的教学队伍，并通
先进航空发动机关键制造技术研究
ARTICLES 学术论文 引言 航空发动机的设计、材料与制造技术对于航空工业的发展起着关键性的作用，先进的航空动力是体现一个国家科技水平、军事实力和综合国力的重要标志之一。随着航空科技的迅速发展，面对不断提高的国防建设要求，航空发动机必须满足超高速、高空、长航时、超远航程的新一代飞机的需求。 近年来，航空工业发达国家都在研制高性能航空发动机上投入了大量的资金和人力，实施一系列技术开发和验证计划，如“先进战术战斗机发动机计划（ATFE ）”、“综合高性能涡轮发动机技术（IHPTET ）计划”及后续的VAATE 计划、英法合作军用发动机技术计划（AMET ）等。在这些计划的支持下，美国的F119、欧洲的 EJ200、法国的M88和俄罗斯的AL-41F 等推重比10 一级发动机陆续问世。 为了提高发动机的可靠性和推力，先进高性能发动机采用了大量新材料，且结构越来越复杂，加工精度要求越来越高，对制造工艺提出了更高的要求。而且，在新一代航空发动机性能的提高中，制造技术与材料的贡献率为 50%~70%，在发动机减重方面，制造技术和材料的贡献率占70%~80%，这也充分表明先进的材料和工艺是航空发动机实现减重、增效、改善性能的关键。 1 航空发动机的材料、结构及工艺特点 在提高发动机可靠性和维护性的同时，为了提高发动机的推力和推重比，航空发动机普遍采用轻量化、整体化结构，如整体叶盘、叶环结构。钛合金、镍基高温合金，以及比强度高、比模量大、抗疲劳性能好的树脂基复合材 先进航空发动机关键制造技术研究 黄维，黄春峰，王永明，陈建民 （中国燃气涡轮研究院，四川 江油 621703） Key manufacturing technology research of advanced aero-engine HUANG Wei ，HUANG Chun-feng ，WANG Yong-ming ，CHEN Jian-min （China Gas Turbine Establishment ，Jiangyou 621703，China ） Abstract ：This paper describes the features of aero-engine material ，structure and technology ，and then ，development status and trend of key manufacturing technology for advanced aero-engine was analyzed. Finally ，the development of advanced aero-engine manufacturing technology in China is introduced and some proposals are put forward. Key Words ： aero-engine ，manufacturing ，summarization 作者简介： 黄维（1982—），男，四川仁寿人，中国燃气涡轮研究院助理工程师，主要从事工艺技术研究。E-mail ：huangwei611@https://www.wendangku.net/doc/7515879692.html,
碳纤维及其复合材料的发展及应用_上官倩芡
第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用 上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料 中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类 碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
复合材料在飞机上的应用
复合材料在飞机航空中的应用与发展 学校：西安航空职业技术学院 专业：金属材料与热处理技术 姓名：郭远 摘要 复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一；复合材料构件的整体成型、共固化技术不断进展，复杂曲面构件不断扩大应用；复合材料的数字化设计，设计、制造一体化，以及基于三维模型铺层展开的专用设计／制造软件等技术的开发是先进复合材料发展的基本技术保障. 复合材料在飞机航空中的应用与发展 复合材料大量用于航空航天工业和汽车工业，特别是先进碳纤维复合材料用于飞机尤为值得注意。不久前，碳纤维复合材料只能在军用飞机用作主结构，但是，由于技术发展的进步，先进复合材料已开始在民航客机止也应用作主结构，如机身、机翼等。 一．飞机结构用复合材料的优势 现今新一代飞机的发展目标是“轻质化、长寿命、高可靠、高效能、高隐身、低成本”。而复合材料正具备了上面的几个条件，成为实现新一代飞机发展目标的重要途径。
复合材料具有质轻、高强、可设计、抗疲劳、易于实现结构/功能一体化等优点，因此，继铝、钛、钢之后迅速发展成为四大飞机结构材料之一。 复合材料在飞机结构上的应用首先带来的是显着的减重效益，复合材料尤其是碳纤维复合材料其密度仅为cm3左右，如等量代替铝合金，理论上可有42%的减重效果。 近年来随着复合材料技术的深入研究和应用实践的积累，人们清楚地认识到：复合材料在飞机结构上应用效益绝不仅仅是减重，而且给设计带来创新舞台，通过合理设计，还可提供诸如抗疲劳、抗振、耐腐蚀、耐久性和吸透波等其它传统材料无法实现的优异功能特性，可极大地提高其使用效能，降低维护成本，增加未来发展的潜力和空间。尤其与铝合金等传统材料相比，可明显减少使用维护要求，降低寿命周期成本，特别是当飞机进入老龄化阶段后效果更明显，据说B787较之B767机体维修成本会降低30％，这在很大程度上应归功于复合材料的大量应用。同时，大部分复合材料飞机构件可以整体成型，大幅度减少零件数目，减少紧固件数目，减轻结构质量，降低连接和装配成本，从而有效地降低了总成本，如F/A-18E/F零件数减少42%，减重158kg。复合材料整体成型技术还可消除缝隙、台阶和紧固件，无疑对提高军机的隐身性能也具有非常重要的贡献。 二．飞机结构用复合材料的发展过程 先进复合材料于上世纪60年代中期一问世，即首先用于飞行器结构上。30多年来先进复合材料在飞机结构上应用走过了一条由小到大、由次到主、由局部到整体、由结构到功能、由军机应用扩展到民机应用的发展道路。 1.复合材料在军用飞机上的发展过程
复合材料的发展前景,发展与应用
复合材料的发展及应用 随着科学技术迅速发展，特别是尖端科学技术的突飞猛进，对材料性能提出越来越高,越来越严和越来越多的要求。在许多方面，传统的单一材料已不能满足实际需要。这时候复合材料就出现在了这百家争鸣的舞台上。 基本概论 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。此定义来自ISO。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。从上述定义中可以看出，复合材料是两个或多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合，复合后的产物为固体时才称为复合材料。所以我们可根据增强材料与基体材料的名称来给复合材料命名，增强基体复合材料。如：玻璃钎维环氧树脂复合材料，可写作玻璃/环氧复合材 料。 分类与性能 按增强材料形态分类可分为（1）连续纤维复合材料；（2）短纤维复合材料；（3）粒状填料复合材料；（4）编织复合材料。按增强纤维种类分类可分为（1)玻璃纤维复合材料；（2）碳纤维复合材料；（3）有机，金属，陶瓷纤维复合材料。在此篇文章中主要讨论以基体材料分类的几种复合材料。1.聚合物基复合材料——比强度，比模量大；耐疲劳性好；减震性好；过载时安全性好；具有多种功能性；
有很好的加工工艺性。2金属基复合材料——高比强度，高比模量；导热，导电性能；热膨胀系数小，尺寸稳定性好；良好的高温性能；耐磨性好；良好的疲劳性能和断裂韧性；不吸潮，不老化，气密性好。此外还有陶瓷，水泥基复合材料，都有与上类似的特点。 基体材料 一：金属材料 选择基体的原则：使用要求，组成特点，基体金属与增强物的相 容性。 结构复合材料的基体：450℃以下的轻金属基体（“铝基和镁基”用于航天飞机，人造卫星，空间站，汽车发动机零件，刹车盘等）；450-700℃的复合材料的金属基体（“钛合金”用于航天发动机）；1000℃以上的高温复合材料的金属基体（“镍基，铁基耐热合金和金属间化合物”用于燃气轮机）。 二：陶瓷材料 陶瓷是金属和非金属元素的固体化合物，其键合为共价键或离子键，与金属不同，它们不含有大量的电子。一般而言，陶瓷具有比金属更高的熔点和硬度，化学性质非常稳定，耐热性，抗老化性皆佳。常用的陶瓷基体主要包括玻璃（无机材料高温烧结），玻璃陶瓷，氧化物陶瓷（MgO，Al2O3，SiO2，莫来石等），非氧化物陶瓷（氮化物，碳化物，硼化物和硅化物等）。 三：聚合物材料
航空发动机制造技术专业简介
航空发动机制造技术专业简介 专业代码560603 专业名称航空发动机制造技术 基本修业年限三年 培养目标 本专业培养德、智、体、美全面发展，具有良好职业道德和人文素养，掌握航空发动机制造技术、精密加工、特种加工和航空发动机工艺装备等基本知识，具备精密加工、超精加工、特种加工工艺参数选择和航空零部件工艺装备制造的能力，以及数控加工工艺规程的编制和数控加工程序的编制的能力，从事数控机床操作、数控电加工机床操作、数控编程、机械加工工艺等工作的高素质技术技能人才。 就业面向 主要面向航空发动机研发、制造企业，在数控机床操作、数控电加工机床操作、机械加工工艺等岗位群，从事工艺装备的制造、精密机床和特种加工设备的操作（包括电火花成型机床、线切割机床、电化学加工机床、激光加工机床和快速成型机床）等工作。 主要职业能力 1.具备对新知识、新技能的学习能力和创新创业能力； 2.具备航空零件识图能力和计算机绘图能力； 3.具备材料选用与热处理方法选择能力； 4.具备数控编程和操作数控机床加工航空零部件的能力； 5.具备对航空发动机零部件进行测绘的能力，具备 CAD/CAM 软件应用能力； 6.具备精密加工、超精加工、特种加工工艺参数选择能力； 7.具备操作数控电加工机床加工机械零件的能力。
核心课程与实习实训 1.核心课程 包括机械制造工艺与机床夹具、金属切削与机床、数控特种加工概述、数控电火花加工、数控电火花线切割加工、先进制造技术、航空发动机制造新技术等。 2.实习实训 在校内进行数控机床操作、数控电加工机床、UG 制图员培训、数控手工编程等实训。在航空发动机研发、制造企业进行实习。 职业资格证书举例 机修钳工制图员数控设备装调维修工数控线切割操作工数控电加工机床操作工 衔接中职专业举例 飞机维修机械加工技术 接续本科专业举例 无
碳纤维增强复合材料概述
碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、
原来航空发动机的这些部位都应用了树脂基复合材料!
原来航空发动机的这些部位都应用了树脂基复合材料！ 核心提示大型客机的发展是新一代商用航空发动机技 术不断发展的动力，在性能、涵道比、耗油率、制造与维护成本、噪声、长寿命等方面都对新一代航空发动机提出了更高的要求。这也导致国际民用航空发动机市场竞争日趋激烈，航空发动机领域技术发展也愈加迅速。世界航空发动机OEM巨头GE、RR、PW为保持各自市场份额，维持其霸主地位，分别加快推进新一代民用航空发动机研制步伐。以GEnx、PW1000G、Leap-X、Trent1000等为代表的新型大涵道比民用涡扇航空发动机为应对市场发展的挑战，均采用了多项新技术、新材料，以保证其产品的高性能、良好经济性、高可靠性和环保性，这在客观上也为未来大涵道比民用涡扇航空发动机的技术发展确立了新的标准和发展方向，也可以说是为民用涡扇航空发动机设立了新的更高的准入门槛。在不改变目前涡扇航空发动机结构布局的前提下，新材料的应用和新的结构方案是实现航空发动机先进性的重要技术手段。树脂基复合材料以其具有高比强度、比模量、抗疲劳、耐腐蚀、具有可设计性、材料/设计/制造一体性、低成本等一系列优点，已经成为航空发动机设计与制造商所青睐的高性能冷端部件的重要候选材料，并逐渐开始在航空发动机冷端部件、短舱和反推部件上得到应用。什么是树脂基复合材
料树脂基复合材料是以树脂材料为基体、高性能连续纤维为增强材料，通过复合工艺制备而成，具有明显优于原组分性能的一类新材料。目前广泛应用的树脂主要包括环氧树脂、双马树脂和聚酰亚胺树脂，增强纤维主要包括碳纤维、玻璃纤维，工程上更习惯将碳纤维增强复合材料称为先进树脂基复合材料。 发展历程 树脂基复合材料在航空涡扇发动机上的应用研究始于20世纪50年代，经过60余年的发展，GE、PW、RR以及MTU、SNECMA等公司投入了大量精力进行树脂基复合材料研发，取得了很大进展，已经将其工程化应用到现役航空涡扇发动机，并且还有进一步扩大应用量的趋势。 树脂基复合材料在航空发动机上的应用部位树脂基复合材 料的服役温度一般不超过350℃。因此，树脂基复合材料主要应用于航空发动机的冷端。树脂基复合材料在国外先进航空发动机上的主要应用部位如图1所示。 图1 树脂基复合材料在国外先进航空发动机冷端上的主要应用部位风扇叶片发动机风扇叶片是涡扇发动机最具代表性的重要零件，涡扇发动机的性能与它的发展密切相关。据统计，风扇段质量约占发动机总质量的30%～35%，降低风扇段质量是降低发动机质量和提高发动机效率的关键手段，采用更大、更轻的风扇叶片已成为发动机的发展趋势。风扇
复合材料的发展和应用的论文
复合材料的发展和应用的论文 全球复合材料发展概况 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。 随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商ppg公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国gdp增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。 从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达万吨，汽车等领域的用量仅为万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。 另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。 树脂基复合材料的增强材料 树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。 1、玻璃纤维 目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃
先进航空发动机关键制造技术发展现状与趋势
先进航空发动机关键制造技术发展现状与趋势 一、轻量化、整体化新型冷却结构件制造技术1 整体叶盘制造技术整体叶盘是新一代航空发动机实现结构创新与 技术跨越的关键部件，通过将传统结构的叶片和轮盘设计成整体结构，省去传统连接方式采用的榫头、榫槽和锁紧装置，结构重量减轻、零件数减少，避免了榫头的气流损失，使发动机整体结构大为简化，推重比和可靠性明显提高。在第四代战斗机的动力装置推重比10 发动机F119 和EJ200上，风扇、压气机和涡轮采用整体叶盘结构，使发动机重量减轻20%~30%，效率提高5%~10%，零件数量减少50% 以上。目前，整体叶盘的制造方法主要有：电子束焊接法；扩散连接法；线性摩擦焊接法；五坐标数控铣削加工或电解加工法；锻接法；热等静压法等。在未来推重比15~20 的高性能发动机上，如欧洲未来推重比15~20 的发动机和美国的IHPTET 计划中的推重比20的发动机，将采用效果更好的SiC 陶瓷基复合材料或抗氧化的C/C 复合材料制造整体涡轮叶盘。2 整体叶环（无盘转子）制造技术如果将整体叶盘中的轮盘部分去掉，就成为整体叶环，零件的重量将进一步降低。在推重比15~20 高性能发动机上的压气机拟采用整体叶环，由于采用密度较小的复合材料制造，叶片减轻，可以直接固定在承力环上，从而取消了轮盘，使结构质量减轻70%。目前正
在研制的整体叶环是用连续单根碳化硅长纤维增强的钛基复合材料制造的。推重比15~20 高性能发动机，如美国XTX16/1A 变循环发动机的核心机第3、4 级压气机为整体叶环转子结构。该整体叶环转子及其间的隔环采用TiMC 金属基复合材料制造。英、法、德研制了TiMMC 叶环，用于改进EJ200的3级风扇、高压压气机和涡轮。3 大小叶片转子制造技术大小叶片转子技术是整体叶盘的特例，即在整体叶盘全弦长叶片通道后部中间增加一组分流小叶片，此分流小叶片具有大大提高轴流压气机叶片级增压比和减少气流引起的振动等特点，是使轴流压气机级增压比达到3 或3 以上的有发展潜力的技术。4 发动机机匣制造技术在新一代航空发动机上有很多机匣，如进气道机匣、外涵机匣、风扇机匣、压气机机匣、燃烧室机匣、涡轮机匣等，由于各机匣在发动机上的部位不同，其工作温度差别很大，各机匣的选材也不同，分别为树脂基复合材料、铁合金、高温合金。树脂基复合材料已广泛用于高性能发动机的低温部件，如F119 发动机的进气道机匣、外涵道筒体、中介机匣。至今成功应用的树脂基复合材料有PMR-15（热固性聚酰亚胺）及其发展型、Avimid（热固性聚酰亚胺）AFR700 等，最高耐热温度为290℃~371℃，2020 年前的目标是研制出在425℃温度下仍具有热稳定性的新型树脂基复合材料。树脂基复合材料构件的制造技术是集自动铺带技术（ATL）、自动纤维铺放
2016-2022年中国航空发动机产业现状调查及十三五运营管理深度分析报告
2016-2022年中国航空发动机产业现状调查及十三五运营管理深度分析 报告 中国报告网
2016-2022年中国航空发动机产业现状调查及十三五运营管理深度分析报告 ?【报告来源】中国报告网—https://www.wendangku.net/doc/7515879692.html, ?【关键字】市场调研前景分析数据统计行业分析 ?【出版日期】2016 ?【交付方式】Email电子版/特快专递 ?【价格】纸介版：7200元电子版：7200元纸介+电子：7500元 中国报告网发布的《2016-2022年中国航空发动机产业现状调查及十三五运营管理深度分析报告》内容严谨、数据翔实，更辅以大量直观的图表帮助本行业企业准确把握行业发展动向、市场前景、正确制定企业竞争战略和投资策略。本报告依据国家统计局、海关总署和国家信息中心等渠道发布的权威数据，以及我中心对本行业的实地调研，结合了行业所处的环境，从理论到实践、从宏观到微观等多个角度进行市场调研分析。它是业内企业、相关投资公司及有关部门准确把握行业发展趋势，洞悉行业竞争格局，规避经营和投资风险，制定正确竞争和投资战略决策的重要决策依据之一。本报告是为了了解行业以及对本行业进行投资不可或缺的重要工具。 本研究报告数据主要采用国家统计数据，海关总署，问卷调查数据，商务部采集数据等数据库。其中宏观经济数据主要来自国家统计局，部分行业统计数据主要来自国家统计局及市场调研数据，企业数据主要来自于国统计局规模企业统计数据库及证券交易所等，价格数据主要来自于各类市场监测数据库。 第一章：中国航空发动机行业发展综述13 1.1 航空发动机的相关概述13 1.1.1 航空发动机的定义13 1.1.2 航空发动机的分类13 1.1.3 航空发动机属“四高”行业14 （1）高技术14 （2）高投入15 （3）高风险15 （4）高壁垒16 1.1.4 航空发动机价值拆分情况17 （1）发动机占飞机价值的30% 17 （2）发动机生命周期费用拆分18 （3）航空发动机部件价值拆分19 （4）航空发动机制造成本拆分20 1.2 我国航空发动机行业的发展综述21 1.2.1 航空发动机是航空工业的短板21 1.2.2 航空发动机行业发展历程分析22 1.2.3 航空发动机行业生命周期分析23
民用航空复合材料成型
[摘要] 针对民用航空复合材料成型中使用到的可剥布的定义分类、来源供应、评价方法、控制与选用等做了系统的介绍。分析了各类可剥布的应用与优缺点，重点介绍了用于制备胶接表面的干、湿2种可剥布的评价指标，对民用航空制造企业对于可剥布的选用程序和控制方法做了详细的说明。 关键词: 民用航空复合材料可剥布 [ABSTRACT] This article introduces the definition, classification, supply, evaluation methods, quality control and selection of peel ply in the fabrication process of civil aviation composite. The advantages and disadvantages of the application is analyzed. This paper also introduced the evaluation method and index of both dry and wet peel ply , which are used for the preparation of joint surface. The collection instructions and the quality control methods of peel ply are explained for civil aviation manufacturing en-terprises in detail. Keywords: Civil aviation Composite material Peel ply DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.19.088 复合材料已经成为当今航空、航天、体育、能源、船舶等各领域普遍采用的高性能材料之一。在复合材料成型过程中，可剥布是一种重要的工艺材料，可以用于形成复合材料的胶接表面，也可以用作复合材料热压罐成型的导气层、导胶层等，不同种类的可剥布其性能与评价方法不同。鉴于军事保密和技术水平限制，国内军用航空器制造商选用的复合材料基本都是国产材料，包括预浸料、胶膜和可剥布等；而国内民用航空材料目前依靠进口。国产材料的表观质量和性能稳定性都明显不如进口材料。就可剥布而言，国内可剥布的生产企业较少，且大多侧重于风电、船舶领域，目前还没有类似湿可剥布的产品。本文将就民用航空复合材料成型用的可剥布的定义、分类、供应、评价以及选用做简要的介绍。1?可剥布的定义与分类 1.1 可剥布的定义 在各类文献资料中，对于可剥布的称呼不尽相同，大部分国外的文献将可剥布称为“Peel ply”，也有少部分生产商将表面带有脱模剂的可剥布划分到“Release Fibric”一类。由于将可剥布从成型后的制件表面去除时的状态，国内有些生产商也形象地将其称之为“扒皮布”，也有些文献中将其称为“可去除的保护层”，无论如何称呼，可剥布指的是“为保持制件表面清洁完整，而置于待胶接表面的织物层”[1]。 1.2 可剥布的分类 可剥布分类方法较多，通常可以按照用途、材质或使用温度进行划分。按照用途的不同，可剥布大致可以分为用于胶接前表面处理的和用于表面保护2类；在用于胶接的可剥布中，按照表面是否被树脂浸润，还可以分为干态和湿态。按材质的不同，可剥布可分为聚酯、尼龙和玻璃布3类；而按照使用温度还可以分为低温、中温、高温和超高温4种类型。 （1）按用途分类。 按照用途将可剥布分为2类，第一类用于复合材料胶接表面的胶接前处理，这类可剥布的主要作用是使表面变得粗糙并具有化学活性[2]，增加胶接的强度。目前这类用于胶接的可剥布主要向“干可剥布”和“湿可剥布”2个发展方向。 干可剥布表面不含有其他涂层或杂质，在使用过程中不会对胶接面带来任何污染。相较于湿可剥布，它的优点是无储存期限和温度的限制，质量轻，便于贮存和运输；缺点是在从制件表面移除后会带走表面的一层树脂，容易引起制件表面贫胶，严重时可能引起表面纤维的裸露甚至剥离。目前，国内航空企业主要使用干可剥布。 湿可剥布表面浸润有一层树脂，与干可剥布相比，湿可剥布最大的优点是避免了制件表层树脂的损失，并且可粘结工装，避免滑移。固化后易于剥离，可以节约生产的工时和成本。但此类可剥布使用时必须与制件的基材树脂体系相匹配，因此单一种类的可剥布不具备 民用航空复合材料成型用可剥布评价与选用* Evaluation Methods and Selection of Peel Ply in Fa brication Process of Civil Aviation Composites 上海飞机制造有限公司 王 旭 陈璐圆 陈 萍 顾灵聪 * 企业创新专项科研课题：复合材料成型用工艺材料的评价方法。