涡轮发动机复合材料叶片用增强织物的应用研究
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摘 要：在航空器结构中，涡轮发动机是其中的关键组成部分，用来为航空器提供连续飞行所需的动力能源。航空器的涡轮发动机是一种高度复杂并十分精密的热力机械零件。随着国内外对新型复合材料的深入研究与普遍开发利用，复合材料在航空器涡轮发动机叶片制造中的应用越来越广泛，推动航空器涡轮发动机向“全复合材料发动”的发展方向迈进。增强体是复合材料的重要组成部分，用以增进复合材料的基本性能。本文以这一理论作为基础，展开对涡轮发动机复合材料叶片用增强织物的深入研究，从对增强织物的概念及其优势分析入手，探究增强织物在涡轮发动机复合材料叶片制造中的应用实践。
关键词：航空器；涡轮发动机；复合材料；增强织物；应用
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.037
随着我国社会经济的飞速发展，我国远距离交通运输业得到了蓬勃发展。为了紧跟世界发展步伐，在国际社会中占据重要发展地位，我国的航空运输产业在整个交通运输系统中占据很大的比重，迎接逐渐广阔的发展前景，也同时面临着日益严峻的考验与挑战。完备的航空运输网络不仅是现代旅客运输、尤其是远途旅客运输的重要方式之一，也是国际贸易市场中生鲜、贵重或精密货品运输的必要保障措施。
1 增强织物的概念及其优势分析
航空运输产业的健康发展，离不开航空器这一基础性、核心性与关键性元素的科学化设计制造及规模化生产加工。在航空器诸多组成部分中，涡轮发动机是其运行动力的来源，也因此成为一架航空器其中一项重要技术指标。涡轮发动机是内燃机的一种类型，利用旋转的叶片从穿过机身的流动物质中汲取动能，为大型的飞机等航空器以及船舶、车辆等提供动能，是这些大型交通工具的必备的动力装置。本文以对航空器涡轮发动机的工作原理分析为切入点，由此对其制造工艺加以研究，结合当前理论界广泛关注的增强体这一研究焦点，着重探讨增强织物应用于涡轮发动机复合材料叶片的实践科学性与可行性，以期对涡轮发动机未来的创新性设计制造提供一定的借鉴意义。
1.1 增强织物的概念
增强织物，又被称为fabric reinforcement，是增强体的一种，主要以纖维材料为基础构成，通常以织物呈现形式而存在。增强织物的种类有很多，根据其不同的化学分子构成，可以分为有机增强织物与无极增强织物两大类。增强织物是复合材料不可或缺的重要组成部分。
1.2 增强织物的优势分析
社会发展进入21世纪后，对于先进的新型复合材料的研究开发与应用也随之进入了飞速发展的时期，复合材料在航空器用涡轮发动机叶片制造中得到广泛应用。复合材料叶片用增强织物的研究也显得尤为重要。增强织物能够有效改善复合材料的强度与各项使用性能，具有低密度、拉伸强度大、拉伸模量高等技术优势。
2 增强织物在涡轮发动机复合材料叶片制造中的应用实践
2.1 碳纤维增强织物的应用
碳纤维增强织物具有密度低、强度高、模量大以及耐高温、抗腐蚀、耐辐射等技术优势，应用于航空器涡轮发动机叶片制造，使叶片整体的拉伸强度与弹性都得到了较大提升，进而实现降低油耗、提高经济效益的目标。
2.2 芳纶纤维增强织物的应用
芳纶纤维是对芳香有机纤维的总称，以芳香基代替脂肪基，使得纤维的耐热性与初始模量得到显著提升，同样具有密度低、拉伸强度大的优点，并具有优质的材料韧性。使用高强度、高韧性的芳纶纤维增强复合材料的涡轮发动机叶片，能够大大提高抗冲击能力。
2.3 碳化硅纤维增强织物的应用
碳化硅纤维增强织物具有极高的耐热性能，能够在近100摄氏度的高温下保持基本性能与优质的材料强度，并能够达到120摄氏度的耐热问题。此外，碳化硅纤维增强织物还具有较好的化学稳定性与抗氧化性。应用于航空器涡轮发动机，可以大幅度减轻自身总重量，有效降低冷却过程使用的气流总量，进而提高发动机的使用性能。
3 结束语
复合化是新材料的重要发展方向，也是新材料的重要组成部分和最具生命力的分支之一。航空器涡轮发动机对新型复合材料的选用是当前航空器零部件制造产业的一大发展趋势。文章分析了碳纤维增强织物、芳纶纤维增强织物以及碳化硅纤维增强织物在航空器涡轮发动机叶片制造中的应用实践，为涡轮发动机的研究开发与制造提供了部分发展空间。当然，在涡轮发动机的制造研发中，还应当充分考量不同复合材料的各自突出优势，切实做到扬长避短，最大限度地发挥不同复合材料的设计技术优势，以满足不同的制造需求。
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