好消息,中国率先攻克了铌合金技术,这也就意味着,发动机卡脖子问题即将解决,甚至还有望造出第六代航空发动机。
中国航发“心脏病”顽疾
香港《南华早报》称,这三年多以来,中国航天员一直在天宫空间站开展一项秘密实验,这个实验近期已经有了结果。根据太空得出的实验数据,科学家进行分析后发现已经首次制造出了符合工业应用要求的“铌合金”,这一突破或许将彻底治愈中国航发的“心脏病”顽疾!
众所周知,航空发动机一直是中国航空发展中的一个“心病,航发不仅是工业中技术难度最大、要求最为严苛的部件,也是国家安全与科技进步的重要标志。而这其中,“高温合金”以其独特的地位,成为了决定航发性能的关键因素。
航空发动机最重要的就是高压涡轮,目前的涡轮转速每分钟可达1万转以上,产生的温度高达1800℃,普通材料根本承受不住。所以,中国在研发新型战斗机之初,发动机常常都要靠进口,比如歼-11B、歼-10C、歼-15这些战斗机,一开始都是用的俄制发动机。就连歼-20早期安装的发动机也是俄制AL-31F,被军迷称为“三姨夫”。
虽说目前国产战机已经实现了自主化,而铌合金的出现,将会让其性能更上一层楼,且军事和高端制造领域也会占据巨大的优势。
航发“卡脖子”问题将解决
据报道,由铌合金制成的涡扇发动机叶片能够承受超过1700℃的高温,这种材料比目前常用的镍或者钛合金更轻,且在高温下的抗压强度是它们的三倍之多。所以说,用这种材料制成的发动机,将能突破现有技术无法实现的速度和运行速率。
目前,根据基体元素的不同,高温合金可以划分为铁基、镍基和钴基三大类别。其中,铁基高温合金是最弱的,很少在航空发动机里使用,钴基高温合金在航空发动机里属于选择性使用,而镍基高温合金由于其出色的综合性能被广泛适用于航空发动机。
比如,美国被誉为“一代神发”的F-119发动机,主要就是其涡轮叶片能承受高达1700℃温度下,仍能保持其稳定性能的原因。而承受高温的关键,就是采用了铼合金。徕的熔点足足有着3186℃,有了它,发动机也相当于有了一大助力。
不过,铼资源在全世界都很短缺,全球铼储量仅有2500吨,中国已探明的储量还不到300吨,这无疑会对未来发动机的发展带来严重的制约。但铌就不一样了,全球可开采的铌储量有着400万吨。中国铌矿资源储量虽说仅占全球0.4%左右,但换算出来也有着8.6万吨,比铼要多得多。
所以一旦铌合金能实现大规模量产,那燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘等利用高温合金制造的核心部件,也能够更加高效稳定的运行,还能顺便解决“卡脖子”的问题。像六代航发提出的“旋转抱震发动机”,未来得到应用后,想必性能也会大放异彩。
参考文献:
[1] 赵猛.铌合金表面高温抗氧化涂层及其性能研究[D].东北大学,2010.
[2] 肖来荣,易丹青,殷磊,等.铌及铌合金高温涂层研究进展[J].材料导报,
[3] 微重力环境优势独特 中国空间站超高温合金材料研究获新进展——光明日报
[4] 刘大响,LIU,Da-xiang,等.一代新材料,一代新型发动机:航空发动机的发展趋势及其对材料的需求[J].材料工程, 2017.
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