文档介绍：高温合金
金材112 尚稚轩
航空发动机
航空发动机是飞机的心脏,是飞机性能的决定因素之一。由于战斗机发动机要在高温､高压､高转速和高负荷的环境中长期反复地工作,而且还要求具有重量轻､体积小､推力大､使用安全可靠及经济性好等特点,因此,目前世界上真正具备独立研制发动机只有美､俄､英､法､中等少数几个国家。中国航空发动机的研制是在新中国成立后一片空白的基础上发展起来的,从最初的仿制､改进､改型到今天可以独立设计制造高性能航空发动机,走过了一条布满荆棘的发展道路。
发动机
发动机的分类
活塞式发动机
是一种把燃料的热能转化为机械功带动螺旋桨转动的热机。

空气喷气发动机可分为:
a. 有压气机式,包括涡轮喷气发动机,涡轮螺旋发动机,涡轮风扇发动机。
,包括脉冲空气喷气发动机,冲压式空气喷气发动机。
涡轮喷气发动机涡轮风扇发动机冲压喷气发动机涡轮轴发动机
升力原理:
飞机是比空气重的飞行器,因此需要消耗自身动力来获得升力。而升力的来源是飞行中空气对机翼的作用。 
在下面这幅图里,有一个机翼的剖面示意图。机翼的上表面是弯曲的,下表面是平坦的,因此在机翼与空气相对运动时,流过上表面的空气在同一时间(T)内走过的路程(S1)比流过下表面的空气的路程(S2)远,所以在上表面的空气的相对速度比下表面的空气快(V1=S1/T >V2=S2/T1)。根据帕奴利定理——“流体对周围的物质产生的压力与流体的相对速度成反比。”,因此上表面的空气施加给机翼的压力 F1 小于下表面的 F2 。F1、F2 的合力必然向上,这就产生了升力。
从机翼的原理,我们也就可以理解螺旋桨的工作原理。螺旋桨就好像一个竖放的机翼,凸起面向前,平滑面向后。旋转时压力的合力向前,推动螺旋桨向前,从而带动飞机向前。当然螺旋桨并不是简单的凸起平滑,而有着复杂的曲面结构。老式螺旋桨是固定的外形,而后期设计则采用了可以改变的相对角度等设计,改善螺旋桨性能。
飞行需要动力,使飞机前进,更重要的是使飞机获得升力。早期飞机通常使用活塞发动机作为动力,又以四冲程活塞发动机为主。这类发动机的原理如图,主要为吸入空气,与燃油混合后点燃膨胀,驱动活塞往复运动,再转化为驱动轴的旋转输出:
单单一个活塞发动机发出的功率非常有限,因此人们将多个活塞发动机并联在一起,组成星型或V型活塞发动机。
现代高速飞机多数使用喷气式发动机,原理是将空气吸入,与燃油混合,点火,爆炸膨胀后的空气向后喷出,其反作用力则推动飞机向前。下图的发动机剖面图里,一个个压气风扇从进气口中吸入空气,并且一级一级的压缩空气,使空气更好的参与燃烧。风扇后面橙红色的空腔是燃烧室,空气和油料的混和气体在这里被点燃,燃烧膨胀向后喷出,推动最后两个风扇旋转,最后排出发动机外。而最后两个风扇和前面的压气风扇安装在同一条中轴上,因此会带动压气风扇继续吸入空气,从而完成了一个工作循环。
涡轮喷气发动机这类发动机的原理基本与上面提到的喷气原理相同,具有加速快、设计简便等优点。但如果要让涡喷发动机提高推力,则必须增加燃气在涡轮前的温度和增压比,这将会使排气速度增加而损失更多动能,于是产生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大,对于商业民航机来说是个致命弱点。
涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机吸入的空气一部分从外部管道(外涵道)后吹,一部分送入内涵道核心机(相当于一个纯涡喷发动机)。最前端的“风扇”作用类似螺旋桨,通过降低排气速度达到提高喷气发动机推进效率的目的。同时通过精确设计,使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道,同样解决了排气速度过快的问题,从而降低了发动机的油耗。由于该风扇设计要兼顾内外涵道的需要,因此难度远大于涡喷发动机。
对材料的要求
足够的持久强度及良好的抗热疲劳性能
尽可能高的高温抗氧化和抗燃气腐蚀能力
高的导热性和尽可能低的热膨胀系数
良好的工艺性,如铸造性能、热加工性和切削加工性
从发动机关键材料看:高温合金仍然是主要材料(>50%)。作为涡轮叶片,单晶加发汗冷却,可以满足2000℃以上。
陶瓷有可能用于燃烧室和导向叶片。
钛合金(1600℃-650℃)及钛铝基中间化物(600℃-1000℃)可用于机匣,压气机叶片。
C/C复合材料虽然在比强度,比刚度和高温有特殊优越性,但抗氧化问题须解决。
树脂基复合材料目前使用温度已达290-345℃,正向425℃发展。