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2、香港理工大学顶刊综述:基于粉末的金属增材制造中的多尺度缺陷
干货!军事工业用新材料大盘点,总结的很全了!
新材料,又称先进材料(Advanced Materials,是指新近研究成功的和正在研制中的具有优异特性和功能,能满足高技术需求的新型材料,人类历史的发展表明,材料是社会发展的物质基础和先导,而新材料则是社会进步的里程碑,碳-碳复合材料。
在兵器工业中,坦克车辆使用的铅酸蓄电池因容量低、自放电率高而需经,此时维护和搬运十分不便,放电输出功率容易受电池寿命、充电状态和温度的影响,在寒冷的气候条件下。
坦克车辆起动速度会显著减慢,甚至不能起动,这样就会影响坦克的作战能力,贮氢合金蓄电池具有能量密度高、耐过充、抗震、低温性,在未来主战坦克蓄电池发展过程中具有广阔的应用前景。
-Material Science ---,近年来,国外在提高与改进传统隐身材料的同时,正致力于多种新材料的探索,晶须材料、纳米材料、陶瓷材料、手性材料、导电高分子,使涂层更加薄型化、轻量化,纳米材料因其具有极好的吸波特性,同时具备了宽频带、兼容性好、厚度薄等特点。
发达国家均把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和开,国内毫米波隐身材料的研究起步于80年代中期,研究单位主要集中在兵器系统,经过多年的努力,预研工作取得了较大进展,该项技术可用于各类地面武器系统的伪装和隐身。
如主战坦克、155毫米先进加榴炮系统及水陆两用坦克,1,1.4.1,1.9 结构陶瓷,纳米材料,注:本文为有色金属结构材料独家发布,若需转载请联系作者。
未经许可转载者将追究其责任,1.4.2,陶瓷基复合材料,2,2.3 阻尼减震材料。
材料技术一直是世界各国科技发展规划之中的一个十分重,它与信息技术、生物技术、能源技术一起,被公认为是当今社会及今后相当长时间内总揽人类全局的,材料高技术还是支撑当今人类文明的现代工业关键技术,也是一个国家国防力量最重要的物质基础,国防工业往往是新材料技术成果的优先使用者。
新材料技术的研究和开发对国防工业和武器装备的发展起,陶瓷基复合材料是以纤维、晶须或颗粒为增强体,与陶瓷基体通过一定的复合工艺结合在一起组成的材料的,由此可见,陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相组元构成的多。
它克服了陶瓷材料固有的脆性,已成为当前材料科学研究中最为活跃的一个方面,陶瓷基复合材料具有密度低、比强度高、热机械性能和抗,是未来军事工业发展的关键支撑材料之一,陶瓷材料的高温性能虽好。
但其脆性大,改善陶瓷材料脆性的方法包括相变增韧、微裂纹增韧、弥,陶瓷基复合材料主要用于制作飞机燃气涡轮发动机喷嘴阀,它在提高发动机的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的,近年来,铝合金在航空航天业中的用量有所减少,但它仍是军事工业中主要的结构材料之一,铝合金的发展趋势是追求高纯、高强、高韧和耐高温。
在军事工业中应用的铝合金主要有铝锂合金、铝铜合金(,1.5 超高强度钢,高温合金是航空航天动力系统的关键材料,高温合金是在600~1200oC高温下能承受一定应,它是航空航天发动机涡轮盘的首选材料,按照基体组元的不同,高温合金分为铁基、镍基和钴基三大类,发动机涡轮盘在60年代前一直是用锻造高温合金制造。
典型的牌号有A286和Inconel 718,70年代,美国GE公司采用快速凝固粉末Rene95合金制作了,大大增加了它的推重比,使用温度显著提高,从此,粉末冶金涡轮盘得以迅速发展,最近美国采用喷射沉积快速凝固工艺制造的高温合金涡轮。
与粉末高温合金相比,工序简单,成本降低,具有良好的锻造加工性能,是一种有极大发展潜力的制备技术。
一、前 言,2,碳-碳复合材料是由碳纤维增强剂与碳基体组成的复合材,碳-碳复合材料具有比强度高、抗热震性好、耐烧蚀性强,碳-碳复合材料的发展是和航空航天技术所提出的苛刻要,80年代以来,碳-碳复合材料的研究进入了提高性能和扩大应用的阶段,在军事工业中。
碳-碳复合材料最引人注目的应用是航天飞机的抗氧化碳,用量最大的碳-碳产品是超音速飞机的刹车片,碳-碳复合材料在宇航方面主要用作烧蚀材料和热结构材,具体而言,它是用作洲际导弹弹头的鼻锥帽、固体火箭喷管和航天飞,目前先进的碳-碳喷管材料密度为1.87~1.97克。
环向拉伸强度为75~115兆帕,近期研制的远程洲际导弹端头帽几乎都采用了碳-碳复合,1.1 铝合金,1.2 镁合金,铝合金在航空工业中主要用于制造飞机的蒙皮、隔框、长,在航天工业中,铝合金是运载火箭和宇宙飞行器结构件的重要材料。
在兵器领域,铝合金已成功地用于步兵战车和装甲运输车上,最近研制的榴弹炮炮架也大量采用了新型铝合金材料,金属基复合材料,4,钨的熔点在金属中最高,其突出的优点是高熔点带来材料良好的高温强度与耐蚀性。
在军事工业特别是武器制造方面表现出了优异的特性,在兵器工业中它主要用于制作各种穿甲弹的战斗部,钨合金通过粉末预处理技术和大变形强化技术,细化了材料的晶粒,拉长了晶粒的取向,以此提高材料的强韧性和侵彻威力。
我国研制的主战坦克125Ⅱ型穿甲弹钨芯材料为W-N,采用变密度压坯烧结工艺,平均性能达到抗拉强度1200兆帕,延伸率为15%以上,战技指标为2000米距离击穿600毫米厚均质钢装甲,目前钨合金广泛应用于主战坦克大长径比穿甲弹、中小口,这使各种穿甲弹具有更为强大的击穿威力,军事高技术的发展要求材料不再是单一的结构材料。
在这种条件下,国在先进复合材料的研制和应用方面取得了很大的成绩,它在“十五”期间的发展会更加引人注目,21世纪复合材料的发展方向是低成本、高性能、多功能,1.3 钛合金,2.4 隐身材料,钛是20世纪五十年代发展起来的一种性能优异、资源丰。
随着军事工业对高强低密度材料需求的日益迫切,钛合金的产业化进程显著加快,在国外,先进飞机上钛材重量已达到飞机结构总重的30~35%,我国在“九五”期间,为满足航空、航天、舰艇等部门需要。
国家把钛合金作为新材料的发展重点之一,预计“十五”将成为我国钛合金新材料新工艺的高速发展,现代攻击武器的发展,特别是精确打击武器的出现,使武器装备的生存力受到了极大的威胁。
单纯依靠加强武器的防护能力已不实际,采用隐身技术,使敌方的探测、制导、侦察系统失去功效,从而尽可能地隐蔽自己,掌握战场的主动权,抢先发现并消灭敌人。
已成为现代武器防护的重要发展方向,隐身技术的最有效手段是采用隐身材料,国外隐身技术与材料的研究始于第二次世界大战期间,起源在德国,发展在美国并扩展到英、法、俄罗斯等先进国家。
目前,美国在隐身技术和材料研究方面处于领先水平,在航空领域,许多国家都已成功地将隐身技术应用于飞机的隐身,在常规兵器方面,美国对坦克、导弹的隐身也已开展了不少工作。
并陆续用于装备,如美国M1A1坦克上采用了雷达波和红外波隐身材料,前苏联T-80坦克也涂敷了隐身材料,镁合金作为最轻的工程金属材料,具有比重轻、比强度及比刚度高、阻尼性及导热性好,电磁屏蔽能力强、以及减振性好等一系列独特的性质,极大的满足了航空航天、现代武器装备等军工领域的需求。
镁合金在军工装备上有诸多应用,如坦克座椅骨架、车长镜、炮长镜、变速箱箱体、发动机,战术防空导弹的支座舱段与副翼蒙皮、壁板、加强框、舵,歼击机、轰炸机、直升机、运输机、机载雷达、地空导弹,镁合金重量轻、比强度和刚度好、减振性能好、电磁干扰,在航空航天和国防建设中占有十分重要的地位。
是飞行器,卫星,导弹,以及战斗机和战车等武器装备所需的关键结构材料,三、军用新材料的现状与发展,树脂基复合材料具有良好的成形工艺性、高的比强度、高。
广泛应用于军事工业中,树脂基复合材料可分为热固性和热塑性两类,热固性树脂基复合材料是以各种热固性树脂为基体,加入各种增强纤维复合而成的一类复合材料,而热塑性树脂则是一类线性高分子化合物。
它可以溶解在溶剂中,也可以在加热时软化和熔融变成粘性液体,冷却后硬化成为固体,树脂基复合材料具有优异的综合性能,制备工艺容易实现,原料丰富,在航空工业中,树脂基复合材料用于制造飞机机翼、机身、鸭翼、平尾和。
在航天领域,树脂基复合材料不仅是方向舵、雷达、进气道的重要材料,而且可以制造固体火箭发动机燃烧室的绝热壳体,也可用作发动机喷管的烧蚀防热材料,近年来研制的新型氰酸树脂复合材料具有耐湿性强,微波介电性能佳。
尺寸稳定性好等优点,广泛用于制作宇航结构件、飞机的主次承力结构件和雷达,复合材料,1.4.4,军用新材料是新一代武器装备的物质基础,也是当今世界军事领域的关键技术,而军用新材料技术则是用于军事领域的新材料技术。
是现代精良武器装备的关键,是军用高技术的重要组成部分,世界各国对军用新材料技术的发展给予了高度重视,加速发展军用新材料技术是保持军事领先的重要前提,近年来,国内外对军用发动机用结构陶瓷进行了内容广泛的研究工。
如发动机增压器小型涡轮已经实用化,美国将陶瓷板镶嵌在活塞顶部,使活塞的使用寿命大幅度提高,同时也提高了发动机的热效率,德国在排气口镶嵌陶瓷构件,提高了排气口的使用效能,国外红外热成像仪上的微型斯特林制冷机活塞套和气缸套,其寿命长达2000小时。
导弹用陀螺仪的动力靠火药燃气供给,但燃气中的火药残渣对陀螺仪有严重损伤,为消除燃气中的残渣并提高导弹的命中精度,需研究适于导弹火药气体在2000oC下工作的陶瓷过,在兵器工业领域,结构陶瓷广泛应用于主战坦克发动机增压器涡轮、活塞顶,是新型武器装备的关键材料。
目前,20~30毫米口径机关枪的射频要求达到1200发/,这使炮管的烧蚀极为严重,利用陶瓷的高熔点和高温化学稳定性能有效地抑制了严重,陶瓷材料具有高的抗压和抗蠕变特性。
通过合理设计,使陶瓷材料保持三向压缩状态,克服其脆性,保证陶瓷衬管的安全使用,某些过渡簇金属。
合金和金属间化合物,由于其特殊的晶格结构的原因,氢原子比较容易透入金属晶格的四面体或八面体间隙位中,形成了金属氢化物,这种材料称为贮氢材料,金属基复合材料具有高的比强度、高的比模量、良好的高。
铝、镁、钛是金属基复合材料的主要基体,而增强材料一般可分为纤维、颗粒和晶须三类,其中颗粒增强铝基复合材料已进入型号验证,如用于F-16战斗机作为腹鳍代替铝合金,其刚度和寿命大幅度提高,碳纤维增强铝、镁基复合材料在具有高比强度的同时。
还有接近于零的热膨胀系数和良好的尺寸稳定性,成功地用于制作人造卫星支架、L频带平面天线、空间望,碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有良好的高温性能和抗磨,可用于制作火箭、导弹构件,红外及激光制导系统构件,精密航空电子器件等,碳化硅纤维增强钛基复合材料具有良好的耐高温和抗氧化。
是高推重比发动机的理想结构材料,目前已进入先进发动机的试车阶段,在兵器工业领域,金属基复合材料可用于大口径尾翼稳定脱壳穿甲弹弹托,反直升机/反坦克多用途导弹固体发动机壳体等零部件。
以此来减轻战斗部重量,提高作战能力,新型铝锂合金应用于航空工业中,预测飞机重量将下降8~15%,铝锂合金同样也将成为航天飞行器和薄壁导弹壳体的候选,随着航空航天业的迅速发展,铝锂合金的研究重点仍然是解决厚度方向的韧性差和降低。
先进复合材料是比通用复合材料有更高综合性能的新型材,它包括树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材,它在军事工业的发展中起着举足轻重的作用,先进复合材料具有高的比强度、高的比模量、耐烧蚀、抗,是国防工业发展中最重要的一类工程材料,新材料。
又称先进材料(Advanced Materials,是指新近研究成功的和正在研制中的具有优异特性和功能,能满足高技术需求的新型材料,人类历史的发展表明,材料是社会发展的物质基础和先导,而新材料则是社会进步的里程碑,应用于军事工业中的新材料均具有较高的技术含量。
因而军用新材料的产业化速度普遍比较缓慢,世界范围内的军用新材料正向功能化、超高能化、复合轻,由此看来,钛合金、复合材料和纳米材料在军事工业中具有十分良好,光电功能材料是指在光电子技术中使用的材料,它能将光电结合的信息传输与处理。
是现代信息科技的重要组成部分,光电功能材料在军事工业中有着广泛的应用,碲镉汞、锑化铟是红外探测器的重要材料,硫化锌、硒化锌、砷化镓主要用于制作飞行器、导弹以及,氟化镁具有较高的透过率、较强的抗雨蚀、抗冲刷能力,它是较好的红外透射材料,激光晶体和激光玻璃是高功率和高能量固体激光器的材料。
典型的激光材料有红宝石晶体、掺钕钇铝石榴石、半导体,材料技术一直是世界各国科技发展规划之中的一个十分重,它与信息技术、生物技术、能源技术一起,被公认为是当今社会及今后相当长时间内总揽人类全局的,材料高技术还是支撑当今人类文明的现代工业关键技术,也是一个国家国防力量最重要的物质基础,国防工业往往是新材料技术成果的优先使用者。
新材料技术的研究和开发对国防工业和武器装备的发展起,金属间化合物具有长程有序的超点阵结构,保持很强的金属键结合,使它们具有许多特殊的理化性质和力学性能,金属间化合物具有优异的热强性,近年来已成为国内外积极研究的重要的新型高温结构材料,在军事工业中。
金属间化合物已被用于制造承受热负荷的零部件上,如美国普奥公司制造了JT90燃气涡轮发动机叶片,美国空军用钛铝制造小型飞机发动机转子叶片等,俄罗斯用钛铝金属间化合物代替耐热合金作活塞顶,大幅度地提高了发动机的性能,在兵器工业领域,坦克发动机增压器涡轮材料为K18镍基高温合金。
因其比重大、起动惯量大而影响了坦克的加速性能,应用钛铝金属间化合物及其由氧化铝、碳化硅纤维增强的,可以大大改善坦克的起动性能,提高战场上的生存能力,此外,金属间化合物还可用于多种耐热部件。
减轻重量,提高可靠性与战技指标,目前,世界上正在研制的第四代超音速歼击机,其机体结构采用复合材料、翼身融合体和吸波涂层。
使其真正具有了隐身功能,而电磁波吸收型涂料、电磁屏蔽型涂料已开始在隐身飞机,美国和俄罗斯的地对空导弹正在使用轻质、宽频带吸收、,可以预见,隐身技术的研究和应用已成为世界各国国防技术中最重要。
隐身材料有毫米波结构吸波材料、毫米波橡胶吸波材料和,它们不仅能够降低毫米波雷达和毫米波制导系统的发现、,而且能够兼容可见光、近红外伪装和中远红外热迷彩的效,1.4 复合材料,阻尼是指一个自由振动的固体即使与外界完全隔离,它的机械性能也会转变为热能的现象,采用高阻尼功能材料的目的是减震降噪。
因此阻尼减震材料在军事工业中具有十分重要的意义,随着现代航空技术的发展,飞机装载质量不断增加,飞行着陆速度不断提高,对飞机的紧急制动提出了更高的要求。
碳-碳复合材料质量轻、耐高温、吸收能量大、摩擦性能,用它制作刹车片广泛用于高速军用飞机中,1.7 钨合金,陶瓷材料是当今世界上发展最快的高技术材料,它已经由单相陶瓷发展到多相复合陶瓷,结构陶瓷材料因其耐高温、低密度、耐磨损及低的热膨胀,在军事工业中有着良好的应用前景,3。
1.4.3,超高强度钢是屈服强度和抗拉强度分别超过1200兆帕,它是为了满足飞机结构上要求高比强度的材料而研究和开,超高强度钢大量用于制造火箭发,压容器和一些常规武器。
由于钛合金和复合材料在飞机上应用的扩大,钢在飞机上用量有所减少,但是飞机上的关键承力构件仍采用超高强度钢制造,目前,在国际上有代表性的低合金超高强度钢300M,是典型的飞机起落架用钢。
此外,低合金超高强度钢D6AC是典型的固体火箭发动机壳体,超高强度钢的发展趋势是在保证超高强度的同时,不断提高韧性和抗应力腐蚀能力,1.8 金属间化合物,(内容来源于:有色金属结构材料,关注查看更多详情),纳米技术是现代科学和技术相结合的产物。
它不仅涉及到现有的一切基础性科学技术领域,而且在军事工业中有着广泛的应用前景,随着未来战争突然性的急剧增大,各种探测手段越来越先进,为适应现代化战争的需要,隐身技术在军事领域占有十分重要的地位。
纳米材料对雷达波的吸收率较高,从而为兵器隐身技术的发展提供了物质基础,军用新材料按其用途可分为结构材料和功能材料两大类,主要应用于航空工业、航天工业、兵器工业和船舰工业中,1.6 先进高温合金。
一个有温度的平台一个有深度的平台,2.2 贮氢材料,来源:智造未来微刊,2.1 光电功能材料,我国军用新材料的产业化趋势,树脂基复合材料。
二、军用新材料的战略意义,钛合金,1,铝合金一直是军事工业中应用最广泛的金属结构材料,铝合金具有密度低、强度高、加工性能好等特点,作为结构材料,因其加工性能优良。
可制成各种截面的型材、管材、高筋板材等,以充分发挥材料的潜力,提高构件刚、强度,所以,铝合金是武器轻量化首选的轻质结构材料。
国外金属阻尼材料的应用主要集中在船舶、航空、航天等,美国海军已采用Mn-Cu高阻尼合金制造潜艇螺旋桨,取得了明显的减震效果,在西方,阻尼材料及技术在武器上的应用研究工作受到了极大的关。
一些发达国家专门成立了阻尼材料在武器装备上应用的研,80年代后,国外阻尼减震降噪技术有了更大的发展,他们借助CAD/CAM在减震降噪技术中的应用,把设计-材料-工艺-试验一体化,进行了整体结构的阻尼减震降噪设计,我国在70年代前后进行了阻尼减震降噪材料的研究工作。
并取得了一定的成果,但与发达国家相比,仍有一定的差距,阻尼材料在航空航天领域主要用于制造火箭、导弹、喷气,在船舶工业中,阻尼材料用于制造推进器、传动部件和舱室隔板,有效地降低了来自于机械零件啮合过程中表面碰撞产生的,在兵器工业中。
坦克传动部分(变速箱,传动箱)的振动是一个复杂振动,频率范围较宽,高性能阻尼锌铝合金和减振耐磨表面熔敷材料技术的应用,大大减轻了主战坦克传动部分产生的振动和噪声。
香港理工大学顶刊综述:基于粉末的金属增材制造中的多尺度缺陷
图 5,典型的固态裂纹(a–c)LPBFed CM247L,DED Inconel 738合金中DDC型固态裂,e)三重结点处的DDC和(f)液化裂纹末端的DDC,*感谢论文作者团队对本文的大力支持,图 7,典型的柱状颗粒。
沿BD具有,织构(a)LBPFed SS316L(b)铬镍铁合,(e)凝固微观结构示意图,作为温度梯度和生长速率的函数,图 1,粉末基增材制造金属和合金中多尺度缺陷的分类,近日。
来自香港理工大学、西北工业大学和香港中文大学的傅铭,阐明了各种缺陷形成的潜在机制,讨论了原材料、几何设计、工艺参数或/和系统设置方面,总结了多尺度缺陷的破坏性和非破坏性检测方法,为了预测和进一步了解缺陷的形成,简要介绍了多尺度缺陷建模的当前进展,总结和讨论了每种缺陷对增材制造部件的拉伸性能和疲劳。
从材料、几何控制、工艺参数的原位操纵、后处理或合金,最后讨论了有关多尺度缺陷的最新研究空白,并基于所描述的多尺度缺陷的三个方面提供了未来展望,该综述论文以题为“Multi-scale defe,中科院一区),在了解缺陷形成机理的基础上,提出了各种控制方法。
对工艺参数进行深入优化,可以获得无裂纹和无孔的 AMed 零件,还采用包括热处理或/和HIP在内的后处理来消除残余,然而,这两种方法在减轻纹理柱状晶粒等缺陷方面的能力有限。
后热处理甚至不可避免地导致微观结构的粗化,还介绍了其他一些新颖的控制方法,添加适当的纳米颗粒可以细化晶粒结构并减少微裂纹和微,将其他加工技术与增材制造(主要是 DED)相结合的,图 3,LPBF中的阶梯效应(a)基于表面的晶格和(b)基,(c)LPBFed SS316L的(c)顶部表面和,(f)金属AM期间飞溅的液滴示意图。
表面裂纹(g)和晶体结构(h)在SLMed CM2,简而言之,几何相关缺陷主要包括由宏观残余应力引起的部件变形和,而与表面完整性相关的缺陷则是由于阶梯效应、粉末部分,对于微观结构缺陷,第一种形式是内部裂纹。
分为与液膜形成相关的热裂纹和,以及与材料脆性和残余应力相关的固态裂纹,二是内部气孔,包括不完全熔化孔洞、冶金孔、锁孔和缩孔,一般由不适当或不稳定的熔融引起。
另一种是由外延生长和晶粒竞争生长的耦合作用形成的织,最后,成分缺陷包括氧化、合金元素损失和微偏析,位错胞是由增材制造过程中的热膨胀和收缩形成的,图 2。
(a–c)与几何形状有关的典型缺陷,包括变形和分层,(d)由微尺度LPBF和常规LPBF制造的悬臂变形,缺陷,是金属增材制造的一项关键挑战,为获得理想及合格的产品质量和力学性能。
应全面了解各种缺陷的形成机制、对力学性能的影响及其,最近,有一些关于金属增材制造工艺和由此产生的缺陷的综述工,然而,大多数相关综述在上述关于缺陷的三个问题方面存在不足。
因此,目前对金属增材制造缺陷的形成机理、影响及控制方法等,缺陷的存在通常对增材制造零件的机械性能有害,宏观残余应力、表面缺陷和内部气孔和裂纹会降低材料的,疲劳性能也可能受到影响,因为这些缺陷可能会促进疲劳裂纹扩展并降低疲劳寿命,织构柱状晶粒会导致机械性能的严重各向异性。
包括屈服强度和延展性、疲劳寿命和疲劳裂纹扩展速率,特别是,微偏析的缺陷可能因原材料而异,一方面,微偏析会导致脆性相。
例如镍基高温合金中的 Laves 相和 NiTi ,从而导致不良性能,另一方面,在一些AMed FCC材料中,以微偏析和位错为特征的胞状结构可以高度强化材料并提,图 6,典型的内孔:(a)LoF孔隙和冶金孔隙。
(b)锁孔孔和(c)收缩孔,(d)DED工艺中孔隙形成机理的示意图,图 8,(a)LPBFed SS316L的胞状结构显示微观,(b)在DED和SLM具有1D,2D和3D约束的条件下。
位错胞的形成示意图,图 4,典型的热裂纹:(a,b)凝固裂纹显示不规则的树枝状形态(c,d)无树突特征的液化裂纹,(e。
f)凝固裂纹和(g,h)液化裂纹区域的形貌和晶粒取向差,(i-k)LPBFed AA7075合金的单道,显示出不同的熔池形状和热裂纹敏感性,论文链接:。
https://doi.org/10.1016/j,本文来自微信公众号“材料科学与工程”,欢迎转载请联系,未经许可谢绝转载至其他网站。
F414的设计与研制特点|F/A
该机已于1994年6月17日通过了关键设计评审(C,1998年12月第1架生产型交付美国海军,2001年进入服役,它是美国于20世纪末投产的唯一新型战斗机,美国海军与海军陆战队计划到2015年共购置1000。
避免了由于装配不当造成榫头的磨蚀、裂纹及锁片的损坏,与F404相比,风扇、高压压气机的零件数目减少了484个,有利于可靠性的提高,图3、 F414高压压气机2,3级整体叶盘焊接成一个整体转子。
低压涡轮也是单级、气冷结构,与高压涡轮一样,工作叶片和导向器叶片均用单晶材料制成,并有PVDTBC涂层,1992年10月进行的低压涡轮试验表明,所有的性能指标均达到或超过了预期值,表1、F414发动机的风扇试验结果,2.1 风 扇。
1993年完成了 F414风扇的第一阶段试验,并运行了 282h,试验结果表明,风扇的流量、效率、喘振裕度和抗进气畸变能力均超过或,但第2,3级工作叶片的应力值过大。
现已修改了设计,整体叶盘采用ECM加工与用五坐标数控铣床铣削叶片相,加工时间可减少约85%(对长叶片省时更多),还可避免叶片中产生残余加工应力,发动机吸入鸟、冰块或其他外来物时。
会损伤风扇与压气机叶片,其可能的形式有:卷边、裂纹、掉块等,如图3(a)所示,针对这些情况,GE公司发展了如图3(b)所示的修理方法。
F404系列的风扇具有高增压比、低展弦比、高稠度和,设计转速下的喘振裕度为23%~30%,采用可调静叶来控制非设计状态的性能,F414的风扇继承了这些特点,但空气流量比F404大16%,因而进口直径有所加大(图2示出了F404、F414。
增压比比 F404高15%,是GE公司研制的3级风扇中的最高者,且具有较好的抗鸟与外物击伤的能力,为了加大 F/A-18航程并大大改善其工作能力,以便作为21世纪的主力飞机。
经过美国海军、麦道公司及诺斯诺普公司的研究,决定将F/A-18C/D改型为F/A-18E/F,环形燃烧室的火焰筒采用了多孔冷却结构,不仅提高了使用寿命,而且降低了重量,在GE公司为波音777发展的 GE90发动机中。
火焰筒采用了 GTD222精铸环形件,并加工出了为数众多的冷却孔,现在还不清楚F414的多孔火焰筒是否与此相同,例如对前缘小卷边,可以先予以去除,然后进行打磨使之圆滑过渡。
对于大的卷边,则首先将其切掉,用电子束焊焊上一块补片,再按叶型量规进行修磨,为保持与F404相同的长度与后部直径,并使性能获得大幅度提高及减少风险,在 F414的设计中,每个部件均采用了经过验证的先进技术。
整体叶盘的粗加工(即在坯料开出叶槽)、半精加工和精,加工后不必再进行手工抛光,加工出的叶型厚度公差为±0.10mm,型面公差为0.10mm,风扇为3级。
1级工作叶片带中间凸肩,2,3级为焊成一体的整体叶盘结构,它是在吸取F404系列发动机(F404-GE-40,F414后2级风扇、前3级高压压气机采用整体叶盘后,两部件的重量分别减少了20.43kg与3.632k,消除了气流在榫头中的逸漏。
使效率有所提高,F414风扇后2级整体叶盘和高压压气机前二级材料为,两者的2级盘均焊为一体,用Incl718制成的高压压气机第3级盘则与后面的,GE公司在设计F414发动机时充分吸取了 F404,采用了 GE23A、YF120、F412以及其他军,运用了“并行工程”的研制方法。
建立了40多个“多功能小组”,负责较复杂的部件设计研制工作,图1、 F414发动机结构总图,2.2 高压压气机,陈光/文,GE公司于70年代末,在T700发动机上采用了整体叶盘,开始时。
采用五坐标数控铣床加工叶片,高压涡轮是在F412的基础上发展的单级结构,工作叶片与导向器叶片均采用单晶材料制成,叶身上有一层物理气相沉积隔热涂层(PVDTBC),高压压气机共7级,采用了F412的设计,但前3级转子换用了整体叶盘结构。
与常规(用燕尾型榫头将叶片固定到轮盘燕尾型榫槽中),整体叶盘结构省去了榫头部分,因而减轻了转子以至部件的结构重量,2.4 高低压涡轮,3级静子叶片与工作叶片均按三元流设计,这对复杂结构的第1级工作叶片与第3级静子叶片特别重,第2。
3级转子采用了整体叶盘结构,以减少通过榫头的漏气量,从而提高了效率,用F404-GE-400作动力(每架装2台)的舰载,已有1300多架装备使用,这些措施不仅使F414的研制工作投资少。
耗时短,而且发动机性能较 F404提高很多:推力增加了35,达到98kN,推重比由F404 GE 400的7.5,F404 GE 402的8.0(1988年定型)提。
1985年,与 Lehr PrecisionInc公司合作发展,用以加工 T700的钢制整体叶盘,随后这种方法用于加工为“先进战术战斗机”ATF(即,对于一些小的掉块。
可用氩弧焊补修,所有这些修理过程均可在发动机上完成,并可保证以最少的费用使磨损严重的整体叶盘重新投入使,2.3 燃烧室,根据F404外场使用中外物打伤叶片的统计,对F414采用整体叶盘结构后的全寿命期费用(LCC,结果表明,采用整体叶盘后不会增加F414的 LCC。
另外,GE公司还发展了针对整体叶盘的叶片修理方法,因而,采用整体叶盘后为F414带来的收益大大高于付出的代,采用整体叶盘结构特别是两个整体叶盘焊为一体时,要考虑叶片在被外物打伤后的维修问题,除了设计中要保证整体叶盘叶片的前缘具有较小的振动应,还应发展可行的整体叶盘修理方法。
为满足美国海军对F/A-18(大黄蜂)战斗/攻击机,美国 GE公司在F404和F412发动机的基础上,于1991年开始发展推力加大的(比 F404大 3,如图1所示,F414的整体叶盘是在整体锻坯上用电化学加工(EC。
两个整体叶盘焊成一体(见图3),整体叶盘与转子其他锻件也实行焊接连接,图2、 F404(左)、F414(右)风扇第1级工,2 主要设计特点。
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