La construction aéronautique est le domaine le plus concentré de la haute technologie et appartient à la technologie de fabrication avancée. Par exemple, le moteur F119 développé par Pratt & Whitney des États-Unis, le moteur F120 de General Electric Company, le moteur M88-2 de la société SNECMA de France et le moteur EJ200 développé conjointement par le Royaume-Uni, l'Allemagne , Italie et Espagne. Il convient de mentionner que ces moteurs d'avion représentant le niveau le plus avancé au monde ont pour caractéristique commune d'utiliser de nouveaux matériaux, de nouveaux procédés et de nouvelles technologies. Les sept nouveaux matériaux utilisés sont introduits respectivement comme suit :
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Composite carbone/carbone
Que sont les composites carbone/carbone ? C'est un matériau composite à matrice carbone renforcé par de la fibre de carbone et son tissu, de faible densité (<2.0g/cm3), high strength, high specific modulus, high thermal conductivity, low expansion coefficient, good friction performance, and good thermal shock resistance , high dimensional stability, etc., especially the few candidate materials used above 1650 °C, the highest theoretical temperature is as high as 2600 °C, so it is considered to be one of the most promising high-temperature materials in the world.
Bien que les composites carbone/carbone aient de nombreuses excellentes propriétés à haute température, ils subissent des réactions d'oxydation dans un environnement aérobie avec une température supérieure à 400 degrés, entraînant une forte baisse des propriétés du matériau. Par conséquent, l'application de composites carbone/carbone dans des environnements aérobies à haute température doit comporter des mesures de protection contre l'oxydation. La protection contre l'oxydation des composites carbone/carbone se fait principalement par les deux voies suivantes, c'est-à-dire que la modification de la matrice et la passivation des points actifs de surface peuvent être utilisées pour protéger les composites carbone/carbone à des températures plus basses ; à mesure que la température augmente, la méthode de revêtement doit être utilisée pour isoler le matériau composite carbone/carbone du contact direct avec l'oxygène, afin d'atteindre l'objectif de protection contre l'oxydation. À l'heure actuelle, la méthode de revêtement est la méthode la plus utilisée. Avec les progrès continus de la science et de la technologie, on s'appuie de plus en plus sur les performances à ultra-haute température des matériaux composites carbone/carbone, et la seule solution de protection contre l'oxydation réalisable dans des conditions de température ultra-élevée ne peut être que la protection du revêtement. .
Il convient de mentionner que les matériaux composites à base de C/C sont un nouveau matériau avec une résistance à la température plus élevée qui a reçu le plus d'attention dans le monde ces dernières années. Parce que seuls les matériaux composites C/C sont considérés comme les seuls matériaux successeurs pour les aubes de rotor de turbine avec un rapport poussée/poids supérieur à 20 et une température d'entrée du moteur de 1930-2227 degrés. L'objectif stratégique le plus élevé poursuivi par les pays industriels avancés.
Le matériau composite dit à base de C/C est un matériau composite à base de carbone renforcé de fibres de carbone, qui combine les propriétés réfractaires du carbone avec la haute résistance et la grande rigidité de la fibre de carbone, ce qui la rend non cassante. Parce que les matériaux composites à base de C/C ont un poids léger, une résistance élevée, une stabilité thermique supérieure et une excellente conductivité thermique, ils sont aujourd'hui les matériaux résistants aux hautes températures les plus idéaux, en particulier dans les environnements à haute température de 1000-1300 degré C Non seulement la force n'a pas diminué, mais elle a pu augmenter. Surtout quand il est inférieur à 1650 degrés, il conserve toujours la force et la grâce à température ambiante. Par conséquent, les composites à base de C/C ont un grand potentiel de développement dans la fabrication aérospatiale.
Il convient de mentionner que l'un des principaux problèmes des matériaux composites à base de C/C dans l'application des moteurs aéronautiques est la faible résistance à l'oxydation. Par conséquent, ces dernières années, les États-Unis ont adopté une série de mesures technologiques pour résoudre ce problème, et progressivement appliquées au nouveau moteur. Par exemple, la tuyère arrière de la postcombustion du moteur américain F119, la tuyère et la tuyère de la chambre de combustion du moteur F100 et certaines parties de la chambre de combustion de la machine de vérification F120 ont été réalisées en matériaux composites à base de C/C. Un autre exemple est le moteur français M88-2, et la tige d'injection de carburant de postcombustion, l'écran thermique et la buse du moteur Mirage 2000 utilisent également des matériaux composites à base de C/C.
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Nouveau matériau en acier ultra-haute résistance
Qu'est-ce que l'acier à ultra haute résistance ? Au milieu-1940 des années, les États-Unis ont développé l'acier Cr-Mo (AISI4130) et l'acier Cr-Ni-Mo (AISI 4340). Après trempe et revenu à basse température, les résistances à la traction étaient respectivement de 170 et 190 kgf/mm2. Au début des années 1950, Si et V ont été ajoutés à l'acier AISI 4340 pour fabriquer du 300M avec une résistance à la traction de 190 ~ 210 kgf/mm2. En 1960, l'International Nickel Company a fabriqué de l'acier maraging avec une résistance à la traction d'environ 180 kgf/mm2, une ténacité à la rupture jusqu'à 390 kgf/mm. Dans les années 1970, les États-Unis ont réduit C et augmenté Si sur la base de 300M, amélioré la ténacité et développé l'acier HP310 ; sur la base de l'acier maraging, il s'est développé en acier AF1410, avec une résistance à la traction de 170kgf/mm2 et une ténacité à la rupture de 400kgf/mm2 mm.
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Il convient de noter que l'acier à ultra-haute résistance doit avoir une résistance à la traction élevée et maintenir une ténacité suffisante. Il nécessite également une grande résistance spécifique (rapport de résistance à la densité) et un rapport d'élasticité élevé (σs/σb) pour réduire le poids du composant, et doit avoir une bonne soudabilité et formabilité et d'autres propriétés de procédé. L'acier à très haute résistance a des exigences très élevées en matière de qualité métallurgique et est souvent fondu par un four à arc électrique et une refusion sous laitier électroconducteur. Les types d'acier nécessitant une grande pureté sont principalement fondus dans des fours à induction sous vide ou des fours à arc électrique consommables sous vide. Les aciers à ultra-haute résistance moyennement et faiblement alliés doivent être empêchés de décarburation pendant le traitement thermique ; les aciers maraging et les aciers inoxydables à durcissement par précipitation peuvent être traités en solution solide dans des fours de chauffage ordinaires. Le soudage sous gaz de protection ou le soudage à l'arc sous argon et tungstène doit être utilisé pour le soudage. Certains aciers faiblement alliés à très haute résistance et à haute teneur en carbone (environ 0,4 %) doivent subir un recuit de détente immédiatement après le soudage.
Il convient de mentionner que l'acier à ultra-haute résistance est utilisé comme matériau pour le train d'atterrissage des avions. Par exemple, le train d'atterrissage utilisé dans l'avion de deuxième génération est en acier 30CrMnSiNi2A avec une résistance à la traction de 1700MPa. Ce type de train d'atterrissage a une courte durée de vie d'environ 2000 heures de vol.
Un autre exemple est que la conception de l'avion de chasse de troisième génération nécessite que la durée de vie du train d'atterrissage dépasse 5,000 heures de vol. Dans le même temps, en raison de l'augmentation des équipements embarqués, le coefficient de poids de la structure de l'avion diminue et des exigences plus élevées sont imposées à la sélection des matériaux de train d'atterrissage et à la technologie de fabrication. Les États-Unis et nos chasseurs de troisième génération utilisent la technologie de fabrication de trains d'atterrissage en acier 300M (résistance à la traction 1950MPa).
En fait, l'amélioration de la technologie d'application des matériaux favorise la prolongation de la durée de vie du train d'atterrissage et l'expansion de l'adaptabilité. Par exemple, le train d'atterrissage de l'avion européen Airbus A380 adopte une technologie de forgeage intégrale super large, une nouvelle technologie de traitement thermique de protection de l'atmosphère et une technologie de pulvérisation à la flamme à grande vitesse, de sorte que la durée de vie du train d'atterrissage puisse répondre aux exigences de conception. Par conséquent, l'introduction de nouveaux matériaux et techniques de fabrication a assuré le remplacement des avions.
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Comme nous le savons tous, la conception à longue durée de vie des avions dans un environnement résistant à la corrosion impose des exigences plus élevées pour les matériaux. Par exemple, l'acier AerMet100 a le même niveau de résistance que l'acier 300M, mais sa résistance à la corrosion générale et sa résistance à la corrosion sous contrainte sont nettement meilleures que l'acier 300M. La technologie de fabrication de trains d'atterrissage correspondante a été appliquée à des avions avancés tels que F/A-18E/F, F-22 et F-35. L'acier Aermet310 à plus haute résistance a une ténacité à la rupture plus faible et est continuellement développé et amélioré. Le taux de croissance des fissures de l'acier à ultra-haute résistance tolérant aux dommages AF1410 est extrêmement lent, ce qui peut être utilisé comme joint de l'actionneur de l'aile de l'avion B-1, qui est 10,6 % plus léger que Ti -6Al-4V, avec une augmentation de 60 % des performances de traitement et une réduction de 30,3 % des coûts . Par exemple, la quantité d'acier inoxydable à haute résistance utilisée dans l'usine russe Smig-1.42 atteint 30 %. Le PH13-8Mo est le seul acier inoxydable martensitique durcissant par précipitation à haute résistance largement utilisé comme composants résistant à la corrosion. Des aciers pour engrenages (roulement) à ultra-haute résistance ont également été développés à l'échelle internationale, tels que CSS-42L, Gearmet C69, etc., et ont été utilisés dans les moteurs, les hélicoptères et l'aérospatiale.
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Matériau en alliage haute température
Que sont les matériaux de superalliage ? Les alliages haute température sont en fait divisés en trois types de matériaux : les matériaux haute température 760 degrés, les matériaux haute température 1200 degrés et les matériaux haute température 1500 degrés, avec une résistance à la traction de 800 MPa. En d'autres termes, il s'agit de matériaux métalliques à haute température qui fonctionnent longtemps sous 760-1500 degré et certaines conditions de contrainte. Ses caractéristiques importantes: il a une excellente résistance à haute température, une bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion thermique, de bonnes performances de fatigue, une ténacité à la rupture et d'autres propriétés complètes, et est devenu un matériau clé irremplaçable pour les parties chaudes des moteurs à turbine à gaz pour militaires et civils utiliser dans le monde entier.
Matériaux haute température à 760 degrés Depuis la fin des années 1930, la Grande-Bretagne, l'Allemagne, les États-Unis et d'autres pays ont commencé à étudier les superalliages. Pendant la Seconde Guerre mondiale, afin de répondre aux besoins des nouveaux moteurs aéronautiques, la recherche et l'utilisation des superalliages entrent dans une période de développement rapide. Au début des années 1940, le Royaume-Uni a d'abord ajouté une petite quantité d'aluminium et de titane à l'alliage 80Ni-20Cr pour former une phase ' (gamma prime) pour le renforcement, et a développé le premier alliage à base de nickel à haute -résistance à la température. Durant cette période, afin de répondre aux besoins de développement des turbocompresseurs pour moteurs aéronautiques à pistons, les États-Unis ont commencé à utiliser des alliages à base de cobalt Vitallium pour fabriquer des aubes.
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Il est à noter que les États-Unis ont également développé des alliages à base de nickel Inconel pour fabriquer des chambres de combustion pour moteurs à réaction. Plus tard, afin d'améliorer encore la résistance à haute température de l'alliage, les métallurgistes ont ajouté des éléments tels que le tungstène, le molybdène et le cobalt à l'alliage à base de nickel pour augmenter la teneur en aluminium et en titane, et ont développé une série d'alliages, tels que comme « Nimonic » au Royaume-Uni et « Nimonic » aux États-Unis. "Mar-M" et "IN", etc. ; ajouter du nickel, du tungstène et d'autres éléments aux alliages à base de cobalt pour développer une variété d'alliages à haute température, tels que X-45, HA-188, FSX-414, etc. le manque de ressources en cobalt, le développement des superalliages à base de cobalt est limité.
Dans les années 1940, des superalliages à base de fer ont également été développés. Dans les années 1950, des nuances telles que A-286 et Incoloy901 sont apparues, mais en raison d'une mauvaise stabilité à haute température, le développement a été lent. L'ex-Union soviétique a commencé à produire des superalliages à base de nickel de marque "ЭИ" en 1950, puis a produit la série "ЭП" de superalliages déformés et la série ЖС de superalliages coulés. Dans les années 1970, les États-Unis ont également adopté un nouveau processus de production pour fabriquer des aubes de cristallisation directionnelle et des disques de turbine de métallurgie des poudres, et ont développé des composants en alliage à haute température tels que des aubes monocristallines pour répondre aux besoins de l'augmentation continue de la température d'entrée de l'aéro. -turbines du moteur.
Les superalliages sont développés pour répondre aux exigences très élevées des moteurs à réaction sur les matériaux, et sont devenus un matériau clé irremplaçable pour les composants de la partie chaude des moteurs à turbine à gaz militaires et civils. Dans les moteurs aéronautiques avancés, la proportion d'alliages à haute température a atteint plus de 50 %.
Le développement des alliages à haute température est étroitement lié au progrès technologique des moteurs aéronautiques, en particulier le disque de turbine, le matériau des aubes de turbine et le processus de fabrication des parties chaudes du moteur sont des symboles importants du développement du moteur. En raison des exigences élevées en matière de résistance aux hautes températures et de capacité de charge du matériau, l'alliage Nimonic80 renforcé au Ni3 (Al, Ti) a été développé au début au Royaume-Uni, qui a été utilisé comme matériau pour l'aube de turbine du turboréacteur. De plus, l'alliage de la série Nimonic a été continuellement développé. Les États-Unis ont développé des alliages à base de nickel renforcés par dispersion contenant de l'aluminium et du titane, tels que les séries d'alliages Inconel, Mar-M et Udmit développées respectivement par les célèbres Pratt & Whitney Company, GE Company et Special Metals Company.
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Dans le processus de développement des superalliages, le processus de fabrication joue un grand rôle dans la promotion du développement des alliages. En raison de l'émergence de la technologie de fusion sous vide, l'élimination des impuretés et des gaz nocifs dans les alliages, en particulier le contrôle précis de la composition de l'alliage, a continuellement amélioré les performances des superalliages. En particulier, la recherche réussie de nouvelles technologies telles que la solidification directionnelle, la croissance monocristalline, la métallurgie des poudres, l'alliage mécanique, le noyau céramique, la filtration céramique et le forgeage isotherme a favorisé le développement rapide des superalliages. Parmi eux, la technologie de solidification directionnelle est la plus importante. L'alliage directionnel et monocristallin produit par le procédé de solidification directionnelle a une température de service proche de 90 % du point de fusion initial. Par conséquent, les aubes de moteurs d'avions de pointe du monde entier utilisent des alliages monocristallins directionnels pour fabriquer des aubes de turbine. D'un point de vue global, les superalliages coulés à base de nickel ont formé des cristaux équiaxes, des cristaux colonnaires solidifiés directionnellement et des systèmes d'alliages monocristallins. Des superalliages de poudre ont également été développés à partir de la première génération de disques de turbine à poudre de 650 degrés à 750 degrés, 850 degrés et de disques de poudre à double performance pour ces moteurs avancés à hautes performances.
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composites à matrice céramique
Que sont les Composites à Matrice Céramique ? C'est un type de matériau composite qui utilise la céramique comme matrice et diverses fibres. La matrice céramique peut être une céramique structurale haute température telle que le nitrure de silicium et le carbure de silicium. Ces céramiques avancées ont d'excellentes propriétés telles qu'une résistance à haute température, une résistance et une rigidité élevées, un poids relativement léger et une résistance à la corrosion. La faiblesse fatale est qu'ils sont cassants. Lorsqu'ils sont soumis à des contraintes, ils se fissurent ou même se cassent et provoquent une défaillance du matériau. L'utilisation d'un composite de fibre et de matrice à haute résistance et haute élasticité est une méthode efficace pour améliorer la ténacité et la fiabilité de la céramique. Les fibres peuvent empêcher les fissures de se dilater, obtenant ainsi des composites à matrice céramique renforcés de fibres avec une excellente ténacité.
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Les composites à matrice céramique ont été utilisés comme tuyères de moteurs de fusées liquides, radômes de missiles, cônes de nez de navette spatiale, disques de frein d'avion et disques de frein d'automobile haut de gamme, etc., devenant une branche importante des nouveaux matériaux de haute technologie.
Parce que les matériaux céramiques ont une excellente résistance à l'usure, une dureté élevée et une bonne résistance à la corrosion, ils ont été largement utilisés. Cependant, le plus grand inconvénient de la céramique est qu'elle est cassante et sensible aux fissures et aux pores. Depuis les années 1980, les composites à matrice céramique obtenus en ajoutant des particules, des trichites et des fibres aux matériaux céramiques ont considérablement amélioré la ténacité des céramiques.
Les composites à matrice céramique ont une résistance élevée, un module élevé, une faible densité, une résistance aux températures élevées, une résistance à l'usure et à la corrosion, ainsi qu'une bonne ténacité, et ont été utilisés dans les outils de coupe à grande vitesse et les composants de moteurs à combustion interne. Cependant, le développement de ce type de matériau est relativement tardif, et son potentiel reste encore à développer. L'objectif de la recherche est de l'appliquer aux matériaux à haute température et aux matériaux résistants à l'usure et à la corrosion, tels que les turbines améliorées pour les moteurs à combustion interne de grande puissance, les composants thermiques pour les véhicules aérospatiaux et les moteurs de véhicules au lieu des métaux, les conteneurs pétrochimiques , équipement d'incinération des déchets, etc.
Lorsqu'il s'agit de céramique, les gens pensent naturellement à sa fragilité. Il y a plus de dix ans, s'il était utilisé comme pièce porteuse dans le domaine de l'ingénierie, il était impossible pour quiconque de l'accepter. Jusqu'à présent, en ce qui concerne les matériaux composites céramiques, certaines personnes peuvent ne pas être claires, pensant que la céramique et les métaux sont à l'origine deux matériaux non pertinents. Cependant, depuis que les gens ont intelligemment combiné la céramique et les métaux, la conception de ce matériau a subi un changement fondamental, à savoir les composites à matrice céramique.
Le matériau composite à matrice céramique est un nouveau matériau structurel très prometteur dans le domaine de l'industrie aéronautique, en particulier dans l'application de la fabrication de moteurs d'avion, il montre de plus en plus son caractère unique. En plus des avantages de légèreté et de dureté élevée, les composites à matrice céramique ont également une excellente résistance à haute température et une résistance à la corrosion à haute température. À l'heure actuelle, les composites à matrice céramique ont surpassé les matériaux métalliques résistants à la chaleur en termes de résistance à haute température et ont de bonnes propriétés mécaniques et une stabilité chimique. Ce sont des matériaux idéaux et excellents pour les zones à haute température des moteurs à turbine à haute performance.
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Des pays du monde entier se concentrent sur la recherche sur les céramiques renforcées de nitrure de silicium et de carbure de silicium pour répondre aux exigences matérielles de la prochaine génération de moteurs avancés.
matériaux, et a fait de grands progrès, en particulier dans les moteurs d'avions modernes. Par exemple, le moteur F120 de la machine de vérification américaine, son dispositif d'étanchéité de la turbine haute pression et certaines pièces à haute température de la chambre de combustion sont tous en matériaux céramiques. Autre exemple, la chambre de combustion et la tuyère du moteur français M88-2 utilisent également des composites à matrice céramique.
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Nouveaux matériaux de composés intermétalliques
Que sont les composés intermétalliques ? Composés de métaux et de métaux ou de métaux et de métalloïdes (tels que H, B, N, S, P, C, Si, etc.). Les atomes des deux métaux sont combinés dans une certaine proportion pour former une composition d'alliage différente des deux réseaux cristallins d'origine. Les composés intermétalliques sont de nouveaux types de matériaux qui ont reçu une large attention.
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En fait, le développement de moteurs aéronautiques à hautes performances et à rapport poids/poussée élevé a favorisé le développement et l'application de composés intermétalliques. Les composés intermétalliques sont généralement des composés composés d'éléments métalliques binaires, ternaires ou multi-éléments. Les composés intermétalliques ont un grand potentiel dans les applications structurelles à haute température. Il a une température de service élevée, une résistance spécifique, une conductivité thermique, et surtout à haute température, il a également une bonne résistance à l'oxydation, une résistance à la corrosion et une résistance élevée au fluage. . De plus, comme le composé intermétallique est un nouveau matériau entre le superalliage et le matériau céramique, il comble l'écart entre les deux matériaux, de sorte qu'il devient l'un des matériaux idéaux pour les composants à haute température des moteurs d'avion.
Dans la structure mondiale des moteurs d'avions, la recherche et le développement se concentrent principalement sur les composés intermétalliques tels que le titane-aluminium et le nickel-aluminium. Ces composés de titane et d'aluminium ont fondamentalement la même densité que le titane, mais ont une température de service plus élevée. Par exemple, les températures de fonctionnement de TiAl sont respectivement de 816 degrés et 982 degrés. Le composé intermétallique a une liaison forte entre les atomes et une structure cristalline complexe, ce qui le rend difficile à déformer, et il est dur et cassant à température ambiante. Après des années de recherche expérimentale, un nouveau type d'alliage avec une résistance à haute température, une plasticité et une ténacité à température ambiante a été développé avec succès, et il a été installé et utilisé, et l'effet est très bon. Par exemple, le moteur F119 hautes performances aux États-Unis utilise des composés intermétalliques dans le carter et les disques de turbine, et les aubes et disques de compresseur du moteur F120 de la machine de vérification utilisent de nouveaux composés intermétalliques titane-aluminium.
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composites à matrice de résine
Que sont les composites à matrice de résine ? Il s'agit d'un matériau renforcé de fibres à base d'un polymère organique, utilisant généralement des renforts fibreux tels que la fibre de verre, la fibre de carbone, la fibre de basalte ou la fibre d'aramide. Les matériaux composites à base de résine sont largement utilisés dans les industries aéronautique, automobile et marine.
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La matrice de résine des matériaux composites est principalement une résine thermodurcissable. Dès les années 1940, les plastiques renforcés de fibre de verre étaient utilisés comme radômes sur les avions de chasse et les bombardiers. Dans les années 1960, les États-Unis utilisaient de la résine époxy renforcée de fibres de bore comme gouvernails, stabilisateurs horizontaux, bords de fuite d'ailes, portes de gouvernail, etc. sur des avions militaires tels que F-4 et F-111. En termes de fabrication de missiles, à la fin des années 1950, le boîtier du moteur-fusée solide du deuxième étage du missile sous-marin américain à moyenne portée "Polaris A-2" utilisait des pièces de bobinage en résine époxy renforcée de fibre de verre, qui sont meilleures que les boîtiers en acier. 27 % plus léger ; plus tard, la fibre de verre haute performance a été utilisée à la place de la fibre de verre ordinaire pour fabriquer "Polaris A-3", ce qui a rendu la coque 50 % plus légère que celle de la coque en acier, de sorte que la gamme de "Polaris A{{ Le missile 12}}" est passé de 2 700 000 mètres à 4 500 km. Dans les années 1970, la fibre d'aramide a été utilisée à la place de la fibre de verre pour renforcer la résine époxy, et la résistance a été grandement améliorée, tandis que le poids a été réduit. Les composites de résine époxy renforcés de fibres de carbone sont largement utilisés dans les avions, les missiles, les satellites et d'autres structures.
Les recherches sur l'application des matériaux composites à base de résine dans les turbosoufflantes aéronautiques ont commencé dans les années 1950. Après plus de 60 ans de développement, GE, PW, RR, MTU, SNECMA et d'autres sociétés ont investi beaucoup d'énergie dans la recherche et le développement de matériaux composites à base de résine, et réalisé De grands progrès ont été réalisés, et son ingénierie a été appliqué aux turbosoufflantes actives de l'aviation, et il y a une tendance à étendre encore son application.
La température de service des composites à matrice de résine ne dépasse généralement pas 350 degrés. Par conséquent, les composites à matrice de résine sont principalement utilisés dans la partie froide des moteurs aéronautiques.
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composites à matrice métallique
Que sont les composites à matrice métallique ? C'est un matériau composite auquel on associe artificiellement du métal et son alliage comme matrice et un ou plusieurs renforts métalliques ou non métalliques. La plupart de ses matériaux de renforcement sont des non-métaux inorganiques, tels que la céramique, le carbone, le graphite et le bore, etc., et des fils métalliques peuvent également être utilisés. Avec les composites à matrice polymère, les composites à matrice céramique et les composites carbone/carbone, il forme un système composite moderne.
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Les caractéristiques des matériaux composites à matrice métallique: en termes de mécanique, ils ont une résistance transversale et au cisaillement élevée, de bonnes propriétés mécaniques globales telles que la ténacité et la fatigue, et ont également une conductivité thermique, une conductivité électrique, une résistance à l'usure, un faible coefficient de dilatation thermique, un bon amortissement , aucune absorption d'humidité et aucune résistance à la corrosion. Des avantages tels que le vieillissement et l'absence de pollution. Par exemple, la résistance spécifique des matériaux composites en aluminium renforcé de fibres de carbone est de 3 ~ 4 × 107 mm et le module spécifique est de 6 ~ 8 × 109 mm. Par exemple, le module spécifique du magnésium renforcé de fibres de graphite peut atteindre 1,5 × 1010 mm et son coefficient de dilatation thermique est presque nul.
Il convient de mentionner que, par rapport aux matériaux composites à base de résine, les matériaux composites à base de métal ont une bonne ténacité, n'absorbent pas l'humidité et peuvent résister à des températures relativement élevées. Les fibres de renforcement des composites à matrice métallique comprennent les fibres métalliques, telles que l'acier inoxydable, le tungstène, le plomb, les composés intermétalliques nickel-aluminium, etc. ; les fibres céramiques telles que l'alumine, l'oxyde de silicium, le carbone, le bore, le carbure de silicium, etc.
Les matériaux de matrice des composites à matrice métallique comprennent l'aluminium, l'alliage d'aluminium, le magnésium, les alliages Chin et Chin, les alliages résistants à la chaleur, les alliages de diamant, etc. Parmi eux, les matériaux composites à base d'alliages d'aluminium, d'alliages d'aluminium et d'alliages de fer sont actuellement les principaux choix. . Par exemple, des composites à matrice en alliage Chin renforcés de fibres de SiC peuvent être utilisés pour fabriquer des aubes de compresseur. Des composites à matrice de magnésium ou d'alliage de magnésium renforcés de fibres de carbone ou d'alumine peuvent être utilisés pour fabriquer des aubes de turboréacteur. Un autre exemple est que les composites à matrice d'alliage à base de nickel renforcé de fibres de nickel-chrome-aluminium-iridium peuvent être utilisés pour fabriquer des éléments d'étanchéité pour turbines et compresseurs.
De plus, les carters de ventilateur, les rotors, les disques de compresseur et d'autres pièces sont tous fabriqués à l'étranger en composites à matrice métallique. Mais l'un des plus gros problèmes avec ce type de matériau composite est qu'il est facile de réagir entre la fibre de renfort et le métal de la matrice pour produire une phase fragile, ce qui détériore les performances du matériau. Surtout lorsqu'il est utilisé pendant une longue période à une température plus élevée, la réaction de l'interface est plus importante. La solution actuelle est d'ajouter des revêtements appropriés sur la surface des fibres et d'allier le métal de la matrice selon différentes fibres et différents substrats, de manière à ralentir la réaction d'interface et à maintenir la fiabilité des performances du matériau composite.
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Matériaux utilisés dans les pales du ventilateur du moteur
L'aube de soufflante du moteur est la partie la plus représentative et la plus importante du moteur à double flux, et les performances du moteur à double flux sont étroitement liées à son développement. Par rapport aux pales de ventilateur en alliage de titane, les pales de ventilateur en matériau composite à matrice de résine présentent un avantage très évident en termes de réduction de poids. En plus des avantages évidents de réduction de poids, les pales de ventilateur composites à base de résine ont moins d'impact sur le carter de ventilateur après impact, il est donc avantageux d'améliorer le confinement du carter de ventilateur.
Les principaux représentants des pales de soufflante composites à usage commercial dans les pays étrangers sont : les moteurs de la série GE90 pour le B777, les moteurs GEnx pour le B787 et les moteurs LEAP-X pour le COMAC C919. Dès 1995, le moteur GE90-94B équipé d'aubes de soufflante en matériau composite à base de résine a été officiellement mis en service commercial, marquant la réalisation officielle de l'application technique des matériaux composites à base de résine dans les moteurs d'avion modernes à hautes performances. . Sur la base d'un examen approfondi de l'aérodynamique, des cycles de fatigue à cycle élevé et bas et d'autres facteurs, GE a développé une nouvelle aube de soufflante composite pour le moteur GE90-115B suivant.
Au 21e siècle, la forte demande des moteurs d'avions pour des matériaux composites à haute tolérance aux dommages entraîne le développement de la technologie des matériaux composites, et il est difficile de répondre aux exigences des matériaux à haute tolérance aux dommages en améliorant continuellement la ténacité de la fibre de carbone. /préimprégnés de résine époxy. En conséquence, des pales de ventilateur composites à structure tissée 3D ont commencé à apparaître.
Matériaux utilisés dans le carter du ventilateur du moteur
Le carter de soufflante du moteur est la plus grande partie fixe d'un moteur d'avion, et sa réduction de poids affectera directement le rapport poussée / poids et l'efficacité d'un moteur d'avion. Par conséquent, les équipementiers étrangers de moteurs d'avion avancés se sont toujours engagés à réduire le poids et à optimiser la structure du carter de soufflante.
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Matériaux utilisés pour les capots de soufflante du moteur
Parce qu'il s'agit d'un élément non porteur principal, le capot de soufflante est l'une des premières pièces en matériaux composites sur un moteur d'avion. Le capot de ventilateur en matériaux composites peut fournir une structure anti-givrage plus légère et simplifiée, une meilleure résistance à la corrosion et une meilleure résistance à la fatigue. Tels que le célèbre moteur RB211 de la société RR, le PW1000G et le PW4000 de la société PW utilisent des matériaux composites à base de résine pour préparer les capuchons de ventilateur.
Par rapport aux châssis principaux de moteurs aéronautiques, les matériaux composites à base de résine ont un espace d'application très large dans les nacelles de moteurs aéronautiques. Les fabricants mondiaux ont utilisé à grande échelle des matériaux composites à base de résine dans les entrées de nacelle, les carénages, les inverseurs de poussée et les revêtements antibruit. Matériel. En termes d'autres pièces, les matériaux composites à base de résine sont également appliqués à des degrés divers dans les plaques de soufflante de moteur d'avion, les couvercles d'étanchéité des roulements et les plaques de couverture.
