发动机喷出的东西越多,产生推力的速度就越快,但燃料和炸药的爆炸速度已经接近分子间信息传递的理论极限。如果基础物理没有突破,那么为了提高推力,只能拼命往发动机里加更多的燃料。燃油多了,空气就不够燃烧了,只好装“排气扇”。这是发动机的基本原理:压缩更多的空气燃烧更多的燃料。
压缩机压缩高压空气,进入燃烧室,与雾化燃料混合燃烧,然后产生强大的气流喷向尾部涡轮...
航空发动机反复以这种方式运转,涡轮叶片承受巨大的外应力和几十万摄氏度的高温。一旦使用的材料达不到相应的指标,就容易断裂变形,甚至导致机器损坏。
南京理工大学陈光教授团队在国家973计划的支持下,经过长期研究,在航空航天新材料钛铝合金方面取得了突破性进展。相关成果在《自然材料》网上发表。其室温拉伸塑性、屈服强度、高温抗蠕变性、高温承载能力等关键性能指标均处于世界领先地位,比美国同类材料高出1-2个数量级。
高压压缩机是一个“排气风扇”,它与后涡轮集成在一起。风扇先将空气吹入,压缩机高速旋转将空气压缩到燃烧室。燃烧产生的强大气流向外喷射,产生飞机的动力,同时带动后面的涡轮旋转,带动前面的压缩机旋转,继续压缩更多的空气。
晕的同学可以再刷刷眼睛:压缩机旋转的动力来自涡轮,涡轮旋转的动力来自燃料燃烧,燃料燃烧的空气来自压缩机压缩。这个三角恋已经够复杂了。
这是钛铝合金首次用于航空发动机。此前,以钛铝合金为代表的金属间化合物的研究已经持续了30年,但进展缓慢。它最大的两个缺点,一是室温拉伸塑性低,加工困难;二是高温强度不足,使用温度范围有限。
GE使用的4822合金并不完美,室温拉伸塑性小于2%。虽然优于其他金属间化合物,但与镍基合金相比还是太脆。所以GE已经将其应用到环境温度和风险系数最低的末端二级叶片上,这样即使断裂也不会造成整架飞机失控。
当然,美国人这样做不是为了炫耀,而是要注意钛铝合金的密度只有镍基合金的一半。在以克为单位的飞机发动机上,GE将单个发动机的重量减轻了200磅左右,成为当时航空和材料领域轰动性的进步。