摘要：在航空发动机中，涡轮叶片位于温度最高，应力最复杂，环境最恶劣的组件上，被标记为第一个主要组件，称为“王冠珍珠”。涡轮叶片的性能水平，特别是承受温度的能力，已成为模型发动机先进水平的重要标志，并且在某种意义上，也已成为航空工业水平的重要标志。
关键字；飞机发动机叶片高温合金铸件的单晶涂层
航空发动机一直在追求高推重比，并且由于改性超级合金和铸造超级合金难以满足日益增长的温度和性能要求，因此自1970年代以来，它们开始在国外开发新的超级合金并且具有出色的方向性高温合金，单晶高温合金等具有良好高温性能的新材料；单晶高温合金发展了3代。在1980年代，开发了陶瓷叶片材料，并对叶片应用了耐腐蚀和隔热的涂层技术。
1.改进的高温合金叶片
1.1叶片材料
改性超合金的发展已有50多年的历史，并且材料性能不断提高，但是随着家用飞机发动机叶片中常用的改性超合金中铝，钛，钨和钼的含量不断增加，热量也随之增加。处理性能降低。加入昂贵的合金元素钴后，可以改善材料的整体性能，并可以改善高温结构的稳定性。最常用的一种是铬镍改性的超级合金叶片。
1.2制造技术
叶片是航空发动机不可或缺的一部分，约占机器总产量的三分之一。飞机发动机叶片很薄，很容易变形。当前，如何高效，高质量地控制变形和过程是叶片制造行业的重要主题之一。随着数控机床的出现，叶片的制造工艺发生了巨大变化，数控叶片加工技术的精度高，制造周期短，在国内（半成品）通常为6-12个月，在国外通常为3-6个月。没有保证金待遇）。
2.铸造高温合金叶片
2.1叶片材料
半个多世纪以来，铸造涡轮机叶片的耐温能力已从1940年代的约750°C增加到1990年代的约1700°C，这一伟大成就被称为叶片合金化，铸造工艺，叶片设计和加工。通过共同开发表面涂层的各个方面，它做出了共同的贡献。北洋航空材料研究院，钢铁研究院和沉阳金属研究院是超合金铸造研究单位。
2005年，中国一些新材料的开发和应用（芳族固化高温合金，单晶高温合金，金属间化合物基高温合金等）也逐步提高到世界先进水平。但是，没有与此相关的材料性能数据，因此在材料应用，飞机发动机材料的选择和设计方面存在很大的挑战。
2.2制造技术
真空熔融技术。真空熔炼可以显着减少高温箱中有害于机械性能的杂质和气体的含量，并精确控制合金成分。
精铸工艺。国内外熔模铸造技术的发展已将铸造叶片从原始的实心叶片发展为空心叶片，将加工公差叶片转变为无叶片叶片，以及定向（单晶）空心叶片无叶片。内腔变得越来越复杂。中空风冷叶片的外观不仅减轻了叶片的重量，而且提高了叶片的耐温能力。
定向凝固技术。该技术的发展极大地提高了铸造高温合金的温度支撑能力，从具有最高温度支撑能力的等轴合金到最高第三代单晶合金。
铸造合金固有的低屈服强度和疲劳性能通常无法满足叶片设计要求。近年来，出现了诸如“微粒铸造技术”之类的技术：控制铸型和铸造温度，以及在固化过程中使用机械电磁学。如何称板，旋转浇铸并添加成核剂以实现颗粒细化。
3.超塑性成形钛合金叶片
3.1叶片材料
当前，Ti6Al4V和Ti6Al2Sn4Zr2Mo等钛合金是用于超塑性成形叶片的最常用的钛合金。旋转零件（例如飞机发动机叶片）使用钛合金作为材料。
由于担心二氧化碳排放和全球石油资源枯竭，人们提高了飞机效率并减轻了飞机重量。尽管复合材料的应用正在增加，但是存在诸如高制造成本，不可回收性和高温性能的缺点。钛合金仍是飞机发动机叶片等超小型成型零件的主要材料。
中国耐热钛合金的开发和应用落后于其他发达国家，英国600°C高温钛合金IMI834正式用于各种航空发动机，美国的Ti-1100也已用于T55-712的改装。在中国用于制造压缩机盘和叶片的发动机和高温钛合金仍在开发中。其他项目，例如纤维增强钛基复合材料，阻燃钛合金和Ti-Al金属间化合物也已开始研究，但实际应用过程仍然存在。
3.2制造技术
1970年代初，钛合金超小型成型技术被应用于美国军用飞机和欧洲康科德飞机。在接下来的十年中，开发了用于军用飞机机架和发动机的新型超紧凑钛和铝合金。军用飞机和先进的民用涡扇发动机叶片采用超紧凑成型技术制造，并通过扩散连接进行组装。
3.3阻尼减振技术
减少和抑制叶片盘结构系统动力响应的各种阻尼和减振措施是减少叶片高周疲劳的重要手段之一。
叶片的阻尼主要包括材料阻尼，空气动力学阻尼和界面摩擦阻尼。
现代飞机发动机叶片常用的材料（钛合金和镍基合金）的阻尼比非常低，降低叶片振动的效果非常小。在IHPT和其他程序中，可以将粘弹性约束膜阻尼系统（CLD）技术应用于风扇/压缩机叶片，这可以显着降低目标激励模式下的动态应力水平，并大大提高高级旋转组件的阻力。疲劳能力。在这方面，应该进行探索性研究。
气动阻尼来自叶片振动与气流的相互作用。提出了一种考虑叶片的马赫数，叶片几何形状，外倾角和相角的流量及其影响因素的空气动力阻尼分析和预测方法。不同间距，不同流角的静叶片叶栅的气动阻尼技术可以有效地减小和抑制叶片的振动，并研究了其阻尼机理和设计技术。
相反，界面（节点）摩擦阻尼是一种经济有效的方法。通过人为地增加接触表面与叶片和轮之间的界面之间的干摩擦，可以将能量消散在振动中，从而减少和抑制叶片盘系统的振动。该方法不受温度限制，结构简单，阻尼效果明显，已得到广泛应用。通常用于飞机发动机叶片的摩擦阻尼结构包括叶栅结构，冠状结构，翼板和叶根阻尼结构。对于具有摩擦阻尼结构的叶片，要解决的主要问题是选择合理的阻尼材料和结构参数以准确确定摩擦阻尼参数（切向刚度和摩擦系数），优化设计并确定摩擦阻尼叶片的动力响应。这是一种预测和最大化影响的方法。限制叶片振动控制。由于干摩擦过程中存在很强的非线性，因此很难研究这个问题。到目前为止，还没有完美的理论模型可以准确地解决这些问题。要研究减振机理和设计技术，您需要从理论分析，数值模拟和实验研究入手。所研究的涡轮风扇发动机肩部的第1阶段风扇叶片在工作速度范围内具有第8次弯曲扭转共振，振动模式节点位于肩部，极大地减轻了肩部振动。叶片断裂动作。
经过深入的理论，计算和实验研究，将法兰板阻尼器安装在风扇根部，并通过整个机器的台式测试对叶片的振动应力进行了多次测量，从而产生了比不使用法兰板阻尼器更高的应力水平。的。幅度减小并且可以消除缺陷。
4.新型材料叶片
4.1碳纤维/钛合金复合材料叶片
美国通用汽车公司生产的GE90-115B发动机，叶片主体为碳纤维聚合物材料，叶片边缘为钛合金材料，涡轮风扇叶片共22个，单重30-50磅，总重2000磅。它可以提供最佳的推力重量比，是目前波音777飞机上使用的最大飞机喷气发动机叶片，并于2010年9月在纽约现代艺术博物馆展出。
4.2金属间复合材料叶片
尽管高温合金已经在飞机发动机叶片中使用了50多年，但是这些材料具有出色的机械性能，并且材料研究人员仍然可以提高性能，从而使设计工程师能够在更高的温度和效率下进行开发和工作。做。更高的喷气发动机。但是，出现了新型的金属间化合物材料，它们可以完全替代高温合金。
由于高温条件下高温合金会产生γ相，这是材料高温强度，抗蠕变性和抗氧化性的主要原因。因此，人们开始研究金属间化合物，并且仅具有高温合金密度的一半的金属间化合物至少可以用于低压裂口来代替高温合金。
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