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从高温合金到单晶合金+复合冷却， 航空发动机叶片( 二 )


此时，通过改善材料性能来提高涡轮叶片的工作温度已经变得很困难，单通道气膜冷却技术开始显得力不从心 。采用多种冷却技术(对流、冲击、气膜结构、发散冷却等)的复合冷却技术 。)已经开发出来了 。目前涡轮叶片的联合冷却可以使叶片的工作温度(涡轮前的温度)比负载温度高400K左右，达到1850 K-1980 K 。
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已应用于主流的第四代航空空发动机(主要是F-119和EJ-200发动机) 。
第三代单晶合金/陶瓷基复合材料+多通道双层空芯壁冷却技术目前，第六代战斗机的研发已经提上日程，但是关于第五代燃气涡轮发动机的资料还比较少 。根据近年来相关技术取得的突破，合金元素成分进一步优化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) 。
不同代发动机涡轮叶片的发展
另一方面，在下一代涡轮叶片冷却技术中，涡轮叶片中的冷却通道将进一步增加，以使叶片散射更加均匀 。采用双层空芯壁冷却技术，在涡轮叶片双层夹板上增加空结构，可以进一步提高冷却效率 。由于多通道双层空芯壁冷却技术的研究相对复杂，目前国内这方面的研究相对较少 。
涂覆涡轮叶片
航空空发动机涡轮叶片发展综述与展望总的来说，航空空发动机涡轮叶片材料的制造和优化是一个极其复杂的过程，需要进行大量的实验才能找到最优或接近最优的成分配比 。涡轮叶片冷却方案的优化是以设计和制造为基础的，涡轮叶片冷却技术的每一次优化对叶片设计和制造也是一次极大的考验 。所以说单晶刃的价格超过同等重量的黄金一点都不为过 。
GE公司展出的陶瓷基复合材料涡轮叶片
从aero 空发动机涡轮叶片的发展历史来看，研制更耐高温的涡轮叶片是提高发动机性能的关键 。然而，经过几十年的发展，单晶合金叶片的潜力似乎已经耗尽 。为了进一步提高aero 空发动机的性能，寻找新的方向成为发展涡轮叶片的选择 。虽然aero 空发动机涡轮叶片的冷却技术还有很大的优化空间空，但无疑会进一步增加叶片的制造难度 。


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