超級金屬錸研發
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航空發動機研制是一個系統工程,不會單靠“錸”就有大的突破,其僅是增加發動機材料性能的因素之一。稀有、高溶點、結實難開裂先看看“錸”的前世今生。錸,一種金屬元素,是高熔點金屬之一!
航空發動機研制是一個系統工程,不會單靠“錸”就有大的突破,其僅是增加發動機材料性能的因素之一。
稀有、高溶點、結實難開裂
先看看“錸”的前世今生。
錸,一種金屬元素,是高熔點金屬之一。根據權威專業書籍《蘭氏化學手冊》,錸是僅次于鎢(3308攝氏度)的第二難熔金屬,熔點為3180攝氏度。
百度百科查詢,錸還是一個真正的稀有元素,在地殼中的含量僅僅大于鏷和鐳。再加上它不形成固定礦物,通常與其他金屬伴生,使它成為自然界最后被發現的稀有元素。
據《蘭氏化學手冊》,除高熔點外,錸有極高的強度且塑形很好(俗稱“既結實又難以開裂”),在高溫、急速冷卻和猛烈加熱并帶有強烈機械沖擊和振動的條件下,“錸”也具備極佳的長時間工作抵御變形和開裂能力。
增加渦輪葉片合金材料性能的元素之一
渦輪葉片為現代航空發動機中一個關鍵部件,在發動機工作時不僅需同時承受約1600度高溫、數十個大氣壓和以每分鐘數萬的轉速,還要承受強大離心力的持續作用。
“如此嚴苛的工作條件,發動機所用材料仍需做到不能熔化,不能變形,不能斷裂。而錸的一系列特性,使之成為極佳選材之一!蓖豕馇镎f,比起上一代航空發動機采用的定向結晶的普通葉片,新一代則普遍采用單晶葉片,這可增加200攝氏度左右的渦輪燃燒溫度,有錸加入單晶葉片,可以增強材料各方面的性能。
“航空發動機有上萬個零部件,渦輪葉片是其中一個關鍵部件,即使有錸加入,需要在合金中怎么加,加多少,這些都是要認真研究的課題!蓖豕馇镎f。
新一代發動機總效率是熱效率和推進效率之積
“航空發動機是一個綜合的系統工程,其總效率是熱效率和推進效率之積!蓖豕馇镎f,增加航空發動機的效率來自兩個部分,分別是熱效率和推進效率。目前最新一代發動機的熱效率大約是50%,推進效率約為80%。
王光秋告訴記者,以目前最先進的波音787和空客350為例,其使用的發動機總效率即略高于40%。
兩種效率各占多少,也是研制航空發動機的難點!巴ㄟ^提高燃氣溫度,相應也增加了氮氧化物的排放;溫度高又增加空氣流速,噪聲也加大了。”王光秋說。
航空發動機工作原理顯示,一臺航空發動機包括低壓壓氣機、高壓壓氣機、高壓渦輪和低壓渦輪,中間還有一個環形燃燒室。“這些結構,工作的溫度、壓力環境都不一樣,其使用的材料也不同。而金屬錸,則主要是針對主壓渦輪葉片!蓖豕馇镎J為,由于物理條件的限制,通過增加溫度提高熱效率比較困難,現代航空發動機,主要是通過增大涵道比提高推進效率,從而達到提高發動機總效率,并實現節能減排的目標。
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