所周知，航空發(fā)動(dòng)機最重要的性能指標就是其推重比，也就是發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生的推力與其質(zhì)量之比，而發(fā)動(dòng)機推重比的不斷提升，也使飛機的性能不斷產(chǎn)生飛躍。例如早期的噴氣式發(fā)動(dòng)機的推重比只有2至3，現在已能到達10以上，飛機最大速度由原來(lái)的不超過(guò)音速發(fā)展到現在的2到3倍音速，并可長(cháng)時(shí)間不開(kāi)加力超音速巡航飛行，這都是航空發(fā)動(dòng)機推重比不斷提高的功勞。而要提高推重比，除了不斷提高發(fā)動(dòng)機的渦輪工作溫度以外，持續減輕發(fā)動(dòng)機重量也是一個(gè)重要途徑。鈦的密度比鋼輕約40%，而強度與之相當，熔點(diǎn)為1668℃，按理說(shuō)應該是一種十分優(yōu)異的航空發(fā)動(dòng)機用高溫金屬材料。但是在實(shí)際應用中，鈦合金材料只能用于溫度較低的航空發(fā)動(dòng)機前端風(fēng)扇和低壓壓氣機中，用其制成的葉片、盤(pán)件、機匣工作溫度區間一般為350至400℃，一般不超過(guò)600℃。

2018年7月27日，國內某雜志曝光了一張2021號殲-20換裝改進(jìn)型太行發(fā)動(dòng)機試飛的“高清大圖”。雖然從去年9月份開(kāi)始就一直有殲-20換裝太行發(fā)動(dòng)機的圖片傳出，不過(guò)這次的圖片還是第一次如此清晰地曝光了發(fā)動(dòng)機噴口的細節。從去年9月以來(lái)，換裝了國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機的殲-20原型機進(jìn)行了密集的試飛，這也表示出中國確實(shí)有意讓殲-20批量換裝這種發(fā)動(dòng)機。不過(guò)“太行殲-20”是否適應中國空軍未來(lái)的發(fā)展？本期《出鞘》我們就來(lái)談?wù)剼?20發(fā)動(dòng)機的那些事。

這是因為當鈦的表面溫度超過(guò)600℃時(shí)，將在空氣環(huán)境中發(fā)生極快的氧化反應，外層抑制燃燒的氧化膜迅速脫落，使其高溫性能受到明顯破壞，甚至會(huì )產(chǎn)生致命的“鈦火”現象。為了提高鈦合金的使用溫度，開(kāi)發(fā)新型耐高溫鈦合金或者鈦化鋁合金、使用新型高效氣冷葉片技術(shù)和研制新型高溫抗氧化涂層，成為耐高溫鈦合金研究領(lǐng)域的3大主要任務(wù) 。據國內公開(kāi)資料披露，我國航空發(fā)動(dòng)機在役和在研的主要高溫鈦合金使用溫度呈不斷提高的發(fā)展趨勢，現役發(fā)動(dòng)機上使用的鈦合金主要有TC-4，TC-11，TC-14等，主要用于發(fā)動(dòng)機風(fēng)扇和壓氣機低溫段工作的葉片、盤(pán)、機匣等零件，工作溫度區間為400-500℃。上世紀90年代為當時(shí)新研制的渦扇發(fā)動(dòng)機配套研制了耐550℃高溫鈦合金TA-12，但工程化時(shí)遇到較大的技術(shù)問(wèn)題，后經(jīng)成分優(yōu)化，去除了稀土元素釹，重新命名為T(mén)A-32。

近年來(lái)，隨著(zhù)推比10等新一代發(fā)動(dòng)機對高溫鈦合金的迫切需求，600℃高溫鈦合金、阻燃鈦合金、鈦化鋁合金和碳化硅纖維增強鈦復合材料成為新型高溫鈦合金的發(fā)展重點(diǎn)。國內幾家科研院所在600℃高溫鈦合金方面開(kāi)展了大量研究。如北京航空材料研究院研制的新一代600℃高溫鈦合金TA-29，其制成的鈦合金整體葉盤(pán)零件已通過(guò)了高溫超轉破裂、低循環(huán)疲勞、葉片振動(dòng)疲勞強度考核。TA-29鈦合金大規格棒材、整體葉盤(pán)鍛件和零件已具備小批生產(chǎn)能力。公開(kāi)資料稱(chēng)，TA-29鈦合金具有十分優(yōu)良的高溫性能，在其他性能滿(mǎn)足設計要求時(shí)，還可延伸至620℃左右長(cháng)期使用。除在航空發(fā)動(dòng)機領(lǐng)域具有很好的應用潛力外，TA-29鈦合金在750至800℃仍能保持較高的抗拉強度，可在此溫度區間短時(shí)使用，在航天領(lǐng)域，可應用于超高聲速導彈、火箭、飛行器、空天飛機等裝備的機體構件、蒙皮，以及航天發(fā)動(dòng)機的高溫部件。

鈦化鋁（TiAl）合金因其熔點(diǎn)高、比強度高、高溫蠕變性能好及抗高溫氧化能力好等優(yōu)點(diǎn)，成為最具應用潛力的高溫結構材料之一。在700至850℃溫度范圍內，鈦化鋁合金的比強度顯著(zhù)高于普通鈦合金和鎳基高溫合金等材料。美國GE公司研制的GEnx發(fā)動(dòng)機，法美合資的CFM公司最新研制生產(chǎn)的LEAP發(fā)動(dòng)機均采用了鈦化鋁渦輪葉片，試驗證明可顯著(zhù)減輕發(fā)動(dòng)機重量，提高發(fā)動(dòng)機性能和節省約15%的燃油消耗。中國科學(xué)院沈陽(yáng)金屬研究所采用離心精密鑄造方法制造的國產(chǎn)γ-TiAl合金低壓渦輪葉片，已在英國羅羅公司的Trent XWB大推力大涵道比發(fā)動(dòng)機上完成了覆蓋一個(gè)大修周期的1750次模擬飛行循環(huán)考核試驗。有關(guān)專(zhuān)家稱(chēng)，沈陽(yáng)金屬所研制的γ-TiAl合金在航空航天發(fā)動(dòng)機用低壓渦輪葉片和高壓壓氣機葉片、汽車(chē)增壓渦輪和排氣閥等高溫結構部件都有著(zhù)廣泛的應用前景。

另?yè)_(kāi)資料披露，華中科技大學(xué)的有關(guān)科研人員采用激光合金化新技術(shù)在普通鈦合金板材表面制備出了耐1000℃高溫的鈦化硅/鈦化鋁復合涂層，其高溫抗氧化性能比普通鈦材和鈦合金基體提高了12.3倍，在保持鈦合金固有性能優(yōu)點(diǎn)的條件下有效解決了其高溫抗氧化性能差，易產(chǎn)生“鈦火”的難題。