國產900度鈦鋁合金研成:性能超發達國家助航發升級

作者署名：小飛豬的防務觀察

國產太行發動機，航空發動機進步很大程度依靠材料進步

近日有消息說中國相關單位已經研製成功新一代鈦鋁合金。這種合金能夠耐受900度左右高溫，可以用於國產航空發動機，有效提高國產航空發動機性能。

鈦鋁合金具備較好的伸縮性，材料強度高，高溫環境下抗蠕變好。主要應用在航空發動機壓氣機葉片和低壓渦輪等方面，新型鈦鋁合金研製成功，爲國產航空發動機提高推重比打下了堅實的基礎。

國產材料進步爲國產航空發動機升級提供了物質基礎

衆所周知，航空發動機從原理上屬於熱機，它利用熱能加熱空氣，後者受熱膨脹將熱能轉化爲動能。因此航空發動機能量來源於進/排氣溫度差，後者就是我們常說的（高壓）渦輪前溫度，在技術條件相當情況下，渦輪前溫度越高，發動機推力越大。不過這樣就會產生一個問題，那就是渦輪前溫度增加，發動機內部環境也會增加，這樣就對發動機部件提出了更高要求。

另外一方面，航空發動機又是飛機最主要系統，它的重量直接決定着飛機結構重量。根據相關資料，航空發動機增加1公斤，飛機結構可能會增加2公斤左右。因此航空發動機發展趨勢就是推力越來越大，重量越來越輕，具體表現就是發動機推重比越來越高。現代航空發動機推重比已經超過10，並且還在向上提高。

航空發動機高壓壓氣機葉片

目前航空發動機壓氣機和低壓渦輪廣泛採用高溫合金是鎳基高溫合金。它在600-1000度範圍之內具備較高的強度和抗腐蝕能力，不過缺點就是重量相對較大，從而增加了發動機整體重量，而發動機整體重量增加又會讓飛機結構重量進一步增加，所以各國和地區航空發動機技術人員希望採用新一代高溫合金替代鎳基合金，這就是新一代耐高溫鈦鋁合金。

此前鈦鋁合金已經在航空發動機上面得到運用，但是早期鈦鋁合金在工作溫度超過600度之後，各方面性能就會迅速下降，無法滿足航空發動機運轉需要。因此上世紀90年代之後發達國家投入大量資源用於提高鈦鋁合金工作溫度，經過努力取得了技術突破，研製成功工作溫度超過900度鈦鋁合金，並且進入實用。例如新一代客機發動機LEAP就採用了鈦鋁合金葉片，新葉片重量比原來採用鎳基高溫合金葉片降低50%，可以說效果顯著。

國產鈦鋁合金一體成型葉片

中國相關單位也非常重視鈦鋁合金在航空發動機領域運用，上世紀90年代國產鈦鋁合金工作溫度已經提高到550度，進入新世紀國產鈦鋁合金再接再厲突破600度大關，前面說過國內外材料界普遍認爲這個指標是鈦鋁合金“熱障溫度”，在這個溫度之下鈦鋁合金各方面性能較好，但是超過這個溫度各種方面性能變差。爲了提高國產航空發動機性能，國內相關單位着手研製耐溫度性能更好的鈦鋁合金，經過努力，相關單位突破一系列技術難關，研製成功能夠耐受900度高溫的鈦鋁合金，某些性能甚至要比發達國家同類型材料還要好，例如在室溫塑性上相對於美國單晶合金材料的2%還要高上4.9%，這種新材料誕生也爲國產航空發動機技術升級打下了堅實的基礎。