陶瓷基发动机复合材料（什么是陶瓷基复合材料）

文|大model

编辑|大model

引言：

“航空发动机不仅仅是一个高精度的仪器，更是一个国家在航空航天领域的试金石。”

航发的重要地位以及中国现状

不论是现在的民航还是较为常见的五代机，它们往往都少不了一个“心脏”，那就是航空发动机。

而按照用途来分，这些航发又分为军用航发和民用航发。

尽管两者只是名字上的区别，但是在技术上却不能相提并论，因为军用航发的指标远远大于民用航发。

航空发动机之所以被称之为“心脏”，除了能够给飞机提供一定的动力，另外一点就是航发也是促进航空领域发展的重要推力。

历史上，每一次的航空变革都和新型航空发动机的诞生脱离不了关系。只不过，我国的航发都是处于比较劣势的地位，远远没有美国和俄罗斯的航发先进。

但是我国虽然有着差距，科研人员也正在努力地去弥补这个差距，像“太行”，“峨眉”甚至涡扇-18以及涡扇-20等军用航发。

图为涡扇-20和涡扇-18

虽然有了这些发动机，但是在性能指标上还远远达不到预期的效果。

中国军用航发有所突破，普天同庆

而在2022年的第一天，我国的军用航发便有了新的好消息。说夸张点，这个好消息能够拉近我们的六代机进程。

早在元旦那一天，西北工业大学里面的超高温复合材料重点实验团队，进行了一场关于陶瓷基复合材料整体涡轮盘的实验。

要知道这次实验是首次空中实验，并且该实验还圆满的成功了，可以看出，我国在该方面有了突破性的进展。

另外，这个陶瓷基复合材料还是我国自主研制的，不存在一点外国的技术含量，这也从侧面验证了我国的陶瓷基复合材料能否应用航空发动机上。

最为重要的是，为以后六代机的航发研制，打下了坚实的基础。

可是为什么说，这个实验拉近了我国六代机的进程呢？而什么是陶瓷基复合材料呢？

陶瓷基复合材料，航空航天领域的“黄金”

在战机领域最为先进的便是五代机了，而五代机的优势则在于超音速巡航能力以及隐身性能。

可是超音速巡航能力往往能够让飞机的速度，轻而易举地达到2马赫以上，而更为先进的六代机，说实话，那速度快得不是一点半点。

速度一快，那么机身和空气摩擦会产生高温，发动机的温度也必然会升高。于是乎，研究一些耐高温的材料就成为了重中之重。

另外，当发动机的推重比达到一定程度的时候，其材料也必须要选择更换。正是在这种背景之下，耐高温新型材料的研发被提上了日程。

其实陶瓷基复合材料是被认为是航空材料里面最有前景的材料之一，是高新技术材料的一个重要的分支，也是最有可能保证发动机先进性能的材料之一。

航发的工作原理

航空发动机作为一种热力机械，其推力的来源就是空气受热膨胀而产生的能量，一般经过四个步骤，也就是进气，加压，燃烧，排气这四个阶段。

而能够决定航空发动机的关键性能，其进排气是一个关键指标，一旦高温高压燃气，在尾喷管中能继续膨胀，那么对于飞机来说，就等于获得了反作用的推力。

而一个航空发动机是由，进气道，压气机，燃烧室，涡轮以及尾喷管组成。

自适应变循换发动机

关键材料承受温度有限，掣肘了发动机的推重比

想要提高发动机推重比只有两种办法，第一种就是设计一款全新的大尺寸的发动机，或者提高进气口温度或者提高燃烧室出口温度等。

这个方法对于我们来说并不太现实，还起不到立竿见影的效果。

而另外一种比较有效的办法就是提高材料的高温承受能力。

根据发动机的组装顺序以及四个阶段来看，当燃烧室里面的空气受热膨胀之后，第一个接触到的零部件便是高温涡轮，而高温涡轮最重要的部位就是涡轮叶片以及涡轮盘。

所以，涡轮叶片和涡轮盘的高温承受能力，很大程度上决定了航空发动机的性能。说到这里，后面的部分就很容易明白了。

又因为涡轮叶片虽然是由高温合金制成的，但是能够承受的最大高温也是比较有限的，所以，这很大程度上掣肘 了航发的推重比。

再加上，高温涡轮能够承受的温度越高，那么获得的反作用推力会越大，而发动机的推重比也会越高。

有专业人员估计，当涡轮叶片的承受极限提高一百度时，那么获得的推重比能够大约增加8%，这样一来，不论是五代机还是六代机，在速度上都会有着飞跃的增长。

所以，我们在这一方面有着很长的研究，历经多年，终于突破了这个难题。

什么是陶瓷基复合材料

而陶瓷基复合材料，也就是以先进耐高温的陶瓷为基体，然后加入一些具有高强度，高弹性的纤维进行复合。

最开始的时候，陶瓷基复合材料有一个致命的缺点，那就是比较脆弱，在受到的力量强度非常大的时候，它往往会先变形，等到力量无法承受了，则会进行断裂。

为了改变这一现象，专家们又研制出了新型的复合材料，也正是西北工业大学所实验的材料。

而新材料重量轻，有着良好的韧性，如果要应用到航空发动机上，那么未来航空发动机的推重比也会越来越高。

实验成功，预示着六代机进入关键研发

西北工业大学的陶瓷基复合材料整体涡轮盘的实验，其目的就是为了验证，陶瓷基复合材料能否在后来运用到航空发动机当中。

而涡轮盘又是连接多个涡轮叶片的关键零部件，是一个传递功率的重要零部件。

涡轮盘

这个实验的圆满成功，也预示着航发已经进入到了关键阶段，如果关键部位研制成功了，那么核心机还会远吗？

当然了，这是需要很长时间的沉淀，是能够做到的。

尽管有新型复合材料，但仍需要冷却技术相辅相成

只不过最难的问题在于涡轮叶片制冷技术，尽管涡轮叶片承受的温度非常的高，可是没有相关的制冷技术，使用寿命仍然达不到预期目标。

只有提高了涡轮叶片的冷却能力和对耐高温材料的转变，那么发动机的推重比才能够有明显的提升。

怎样提高涡轮叶片的高温承受能力，以及对涡轮叶片冷却技术的创新，都已经成为了现如今研究的热点领域之一。

因为，涡轮叶片不论是更换材料，还是增加冷却技术，这两者都是相辅相成的。

如果只更换材料，不增加冷却技术，那么其温度仍然会达不到预期的目标。而不更换材料，增加冷却技术，其温度一样达不到要求。

所以，这两个东西，少了哪一样都不行。

毕竟，先进的冷却技术能够让涡轮叶片或者其余部分，可以承受更高的温度，提高它们的热循环效率，从而延长发动机的使用寿命。

举一个最简单的例子，一个发动机的涡轮部分没有冷却技术，那么它的燃烧温度大约只能在一千多度，但是如果增加了先进的冷却技术，那么温度最少也在两千度以上。

由此可见，不论是陶瓷基复合材料的实验还是关于冷却技术的开展，这对于未来的六代机来说，都是必不可少的一个环节。

而排出的温度越高，那么战斗机获得的反作用推力也会越大，只有这样，才能够符合六代机的速度标准。

因为，五代机的速度就已经超过了2马赫，那么未来的六代机速度必然有着质的飞跃，因此，陶瓷基复合材料的实验，大大地拉近了我国六代机的研制历程。

关于冷却技术，这一点暂时还没有更多的消息。只知道的是，关于涡轮叶片的冷却技术，已经成为了当下科研人员所研究的热点。

涡轮叶片冷却技术

陶瓷基复合材料的具体应用

而关于陶瓷基复合材料，美国也正在努力的寻求突破，在美国的GE9X最大航发上，美国就曾采用了这种特殊的复合材料用于尾喷管上。

当然我国在涡扇-15上，也已经用到了这种陶瓷基复合材料当作尾喷管调节片。不仅如此，陶瓷基复合材料，在航空航天领域非常受欢迎，有着广阔的市场前景。

尽管我国起步较晚，但是有 了突破那就是好事，这种突破倒是为我国六代机的研制打下了一个坚实的基础。

但与欧美仍有差距，无法做到产业化

虽然我国发动机处于劣势，但我们最终会慢慢突破相关的障碍，毕竟能够独立研制大涵道比的军用航发，放在全球也没有几个国家能够独立研制，但我国就是其中一个。

从这也就可以看出，我国正在努力地赶超欧美国家，只不过我国在陶瓷基复合材料上，还无法做到产业化，这才是和欧美的差距。

可以夸张点说，如果我们技术一旦成熟，或许研制的东西比老美的还要好，并且好很多。毕竟中国人的智慧是不容小觑的。

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