航空发动机修理技术第章修理工厂工艺

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一、目前的发展趋势
衡量发动机技术先进性重要指标：
①推重比 70~80年代，加力涡扇推重比为8， F100，F110等
②涡轮前燃气温度 F110为1728K T3温度的 提高需要依靠耐高温的材料和先进的冷却技术 来保证
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二、材料工艺技术的地位和作用
风扇
燃烧室
低压涡轮
喷管
高压压气机 高压涡轮 加力燃烧室
航空动力的特点：
•航空动力在“高温、高压、高转速、高负荷”条件下工作
• 要求高可靠、长寿命、低油耗、低成本、易维护
• 航空动力技术复杂，是多学科、综合性、高科技系统工程
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材料工艺技术的地位和作用： • 材料工艺是航空发动机的基础和先导技术 • 材料和制造工艺是航空发动机性能提高的基础 • 材料和工艺技术的发展促进了航空发动机的更新换代
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材料工艺是航空发动机的基础和先导技术
钢
镍 钛 铝
金属基复合材料
陶瓷基复合材料 树脂基复合材料
图1 不同年代发动机用材料变化趋势
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材料和工艺技术的发展促进了航空发动机更新换代
➢ 第一、二代发动机的主要结构件均为金属材料 ➢ 第三代发动机开始应用复合材料及先进的工艺技术 ➢ 第四代发动机广泛应用复合材料及先进的工艺技术
冷却降温 材料耐温
1200K
1450K
1650K
1950K (涂层50-100K)
无冷却 锻件
对流+气膜 冲击+对流+发散 超冷、铸冷
定向结晶
单晶叶片
第三代单晶
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衡量发动机技术先进性重要指标： ③高增压比 此项技术要求压气机部件有较高的级间增压比、 大喘振裕度和轻重量 WP7，π=9 F100-PW-229， π=33.6 A-300 π=19
第一章 概述
第一节 航空发动机的现状与发展
航空发动机是飞机的动力装置，其工作 条件为高温高压，异常恶劣，工作具备条件 为无故障、耐久性和安全性。航空发动机的 研制、维护和修理涉及材料学科、制造修理 工艺、检测技术和管理。所以航空产业是一 项专业技术，高科技的综合技术产品。
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• • • • F100 F404 F110
AL-31F
•TF30 •Spey
•M53
• M88-2 • EJ200
K
1300
J79
•• AL-7 J85
• • 1200
RD-9
1100
1000 1950
1960
1970
1980
1990
2000
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材料/工艺与冷却结构对涡轮进口温度的影响
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多斜孔冷却结构
（加力隔热屏N）UM: 12
我国航空发动机 “三步走”的发展战略：20 年攀登三个技术台阶
抓紧研制FWS-10第三代发动机
积极开展推重比10的第四代发动机的研究 和发展
着手组织推重比12～15的先进航空发动机 的基础研究
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Baidu Nhomakorabea
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高温陶瓷和C-C复合材料燃烧室、涡轮和喷管等高温部件 树脂类复合材料风扇机匣 粉末冶金高压压气机盘 高温钛合金压气机叶片、机匣、作动筒、油管 双性能热处理涡轮盘 单晶涡轮叶片 金属间化合物喷管调节片
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材料和制造工艺是航空发动机性能提高的基础
结构减重 %
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二、航空发动机的发展趋势
目前航空发动机的发展趋势为发展推重比为 15~20的发动机。
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第四代推重比10发动机的主要材料工艺
AlloyC阻燃钛合 金压气机机匣等， 减重10％
IMI834/Ti1100 等钛合金压气 机叶片及轮盘， 减重20％
对航空发动机来说，性能的改进1/2靠材料。据预测，新材
料、新工艺和新结构对推重比12-15发动机的贡献将达50％ 以
上，从未来发展《来航看空，发甚动至机可结占构2/与3。原理 》
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先进冷却设计、工艺和材料大大提高了 涡轮的工作温度
2000
•F119
1900
涡 轮 1800 进 1700 口 1600 温 1500 度 1400
浮动壁燃烧室
CMSX－ 4G/PWA1484+T BCs涡轮叶片， T4*提高 50~100℃，寿命 提高2～3倍
高能焊接技术（电子束、 等离子、激光、摩擦等） 和先进涂层，可显著提高 结构效率和疲劳寿命
SPF/DB钛合金空心风扇叶 片抗震及减重效果显著
Rene88DT/N18涡轮盘和压气机 盘，减重10％，寿命延长1倍 整体叶盘减重20％～30％，提 高气动效率0.1～0.2%
部分成果有望用于新一代推重比15~20发动机
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推重比15~20发动机主要技术参数和特征
风扇出口温度 500～650K
压气机出口温度 900～1000K
燃烧室出口燃气温度 2100～2200K
✓ 1级风扇+1级高压轴驱动的增压级+3级高压压气机
✓ 高温升、长寿命、浮壁燃烧室
三、新一代航空动力材料工艺技术需求
美国IHPTET和VAATE计划，西欧ACME和AMET计划等， 列出许多新材料、新结构研究和验证项目
➢ 有机复合材料机匣 ➢ Ti2AlNb压气机转子叶片 ➢ CMC碳化硅复合材料涡轮导向器 ➢ CMSX－4单晶涡轮叶片＋NF3粉末盘整体涡轮 ➢ CMC和C/C复合材料涡轮转子 ➢ γ－TiAl扩压器和陶瓷复合材料全环燃烧室等
维护：定期对发动机进行检查、清洁、准备以 保证飞行安全。 修理：当维修不能排除故障，必须返回工厂进 行分解、排故、检查和试验，合格后再出厂。
贵州5707，成都5701、5719，陕西5702 ，长沙
5712 ，襄樊5713，安徽芜湖 5720
✓ 两级对转超级冷却/铸冷涡轮
✓ 超短加力燃烧室
✓ 推力矢量喷管
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第二节 航空修理工厂介绍
航空发动机的工作条件：磨损、腐蚀、 振动、疲劳、高温、高速和高压
性能会发生偏离，比如零件损坏、老化、 断裂和漏油等故障，故必须定期维修。
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