항공우주 제조업은 제조업에서 첨단기술이 가장 집중된 분야로 첨단제조기술에 속한다. 미국 휴렛팩커드(Hewlett-Packard)사가 개발한 F119 엔진, 제너럴일렉트릭(General Electric Company)의 F120 엔진, 프랑스 SNECMA사의 M88-2 엔진, 영국, 독일, 이탈리아, 스페인이 공동 개발한 EJ200 엔진이 있다. 이는 세계 최고 수준의 고성능 항공기 엔진을 나타내며, 공통적인 특징은 신소재, 신공정 및 신기술의 일반적인 사용입니다. 오늘 우리는 신소재를 이용한 고성능 항공 엔진에 대해 살펴보겠습니다.

01 고온합금

      고온 합금은 제트 엔진 재료의 가혹한 요구 사항을 충족하기 위해 개발되었으며 군용 및 민간용 가스 터빈 엔진 핫엔드 부품에 있어 대체할 수 없는 핵심 재료가 되었습니다. 현재 첨단 항공기 엔진에서는 고온 합금이 50% 이상을 차지합니다.

     고온 합금의 개발은 항공 엔진의 기술 진보와 밀접한 관련이 있으며, 특히 터빈 디스크의 엔진 핫 엔드 구성 요소, 터빈 블레이드 재료 및 제조 공정은 엔진 개발의 중요한 상징입니다. 재료 성능의 내열성과 응력 내성이 높은 요구 사항을 제시했기 때문에 초기 영국에서는 터보제트 엔진 터빈 블레이드 재료로 사용되는 Ni3(Al, Ti) 강화 Nimonic80 합금을 동시에 개발했으며, 계속해서 개발했습니다. 니모닉(Nimonic) 합금 시리즈 중 하나입니다. 미국은 Pratt & Whitney, GE 및 Special Metals가 개발한 Inconel, Mar-M 및 Udmit 합금 시리즈와 같이 알루미늄과 티타늄을 포함하는 확산 강화 니켈 기반 합금을 개발했습니다.

      고온 합금 개발에 있어서 제조 공정은 합금 개발을 촉진하는 데 큰 역할을 합니다. 진공 용해 기술의 출현으로 합금의 유해한 불순물 및 가스 제거, 특히 합금 조성의 정밀한 제어로 인해 고온 합금의 성능이 지속적으로 향상됩니다. 그 후, 방향성 응고, 단결정 성장, 분말 야금, 기계적 합금화, 세라믹 코어, 세라믹 여과, 등온 단조 및 기타 새로운 공정이 성공적으로 연구되어 고온 합금의 급속한 발전을 촉진했습니다. 그 중 방향성 응고 기술이 가장 두드러지며 방향성 응고 공정을 사용하여 방향성 단결정 합금을 생산합니다.그것의 온도의 사용은 초기 녹는점의 90%에 가깝습니다. 따라서 현재 국가의 첨단 항공 엔진 블레이드는 방향성 단결정 합금 제조 터빈 블레이드에 사용됩니다. 국제적인 관점에서 니켈 기반 주조 고온 합금은 등각 결정, 방향성 응고 기둥 결정 및 단결정 합금 시스템을 형성했습니다. 분말 고온 합금도 1세대부터 650℃~750℃, 850℃ 분말 터빈 디스크, 첨단 고성능 엔진용 이중 성능 분말 디스크로 개발됐다.니켈 기반 주조 고온 합금은 등각 결정, 방향성 응고 기둥 결정 및 단결정 합금 시스템을 형성했습니다. 분말 고온 합금도 1세대 650℃~750℃, 850℃ 분말 터빈 디스크, 첨단 고성능 엔진용 이중 성능 분말 디스크로 개발됐다.니켈 기반 주조 고온 합금은 등각 결정, 방향성 응고 기둥 결정 및 단결정 합금 시스템을 형성했습니다. 분말 고온 합금도 1세대부터 650℃~750℃, 850℃ 분말 터빈 디스크, 첨단 고성능 엔진용 이중 성능 분말 디스크로 개발됐다.

     항공 엔진 개발 및 생산 요구 및 개발의 발전과 함께 중국의 고온 합금. 중국의 고온 합금 사업은 중국의 1세대 및 2세대 엔진이 필요하기 전인 1970년대에 시작되었으며, 중국의 고온 합금 변형 GH 시리즈 및 주조 고온 합금 K 시리즈의 연구 개발, 진공 용해 및 주조, 중공 블레이드 주조, 등온 단조 등과 같은 다양한 새로운 제조 기술이 개발되었습니다.

     70년대 이후, 중국은 고온 합금 개발에 있어 유럽과 미국의 기술을 도입하여 개발 및 생산에 대한 외국 기술 표준, 재료의 순도 및 더 높은 요구 사항의 전반적인 성능, 높은 개발에 따라 -고온 합금의 성능 변형, 고온 합금 주조. 특히 DZ 시리즈 방향성 응고 기둥 결정 합금과 DD 시리즈 단결정 합금의 연구 개발은 생산 공정 기술 및 제품 품질 관리 분야에서 중국 내열 합금을 새로운 수준으로 끌어올렸습니다.

02 세라믹 매트릭스 복합재

    도자기라고 하면 부서지기 쉬운 특성이 있다고 생각하는 것은 당연합니다. 10여년 전에는 엔지니어링 베어링 부품 분야에서 사용되는 경우 누구도 이를 받아들이는 것이 불가능했습니다. 지금까지 세라믹 복합재에 관해서는 세라믹과 금속이 원래 두 가지라는 사실을 여전히 명확하지 않은 사람들이 있을 수 있습니다. 기본 재료와는 관련이 없지만 사람들이 세라믹과 금속을 교묘하게 결합한 이후로 이 재료의 개념이 근본적인 변화를 겪었는데, 이것이 바로 세라믹 매트릭스 복합 재료입니다.

     항공 산업 분야의 세라믹 매트릭스 복합재는 매우 유망한 새로운 구조 재료이며, 특히 항공 엔진 제조 응용 분야에서 점점 더 독특한 특성을 보여줍니다. 경량 및 높은 경도의 장점 외에도 세라믹 매트릭스 복합재는 우수한 내열성과 고온 내식성을 갖추고 있습니다. 현재, 고온을 견디는 세라믹 매트릭스 복합재는 금속 내열 재료를 능가하고 매우 우수한 기계적 특성과 화학적 안정성을 가지며 우수한 재료에 이상적인 고성능 터빈 엔진 고온 영역입니다.

     현재 재료 요구 사항에 대한 차세대 고급 엔진에 대한 세계 국가에서는 질화 규소 및 탄화 규소 강화 세라믹 재료에 대한 연구에 중점을 두고 있으며 더 큰 진전을 이루었으며 일부는 현대 항공 엔진에 적용되기 시작했습니다. 예를 들어, F120 엔진의 미국 검증에서는 고온 부품 연소실의 일부인 고압 터빈 밀봉 장치가 세라믹 재료로 사용됩니다. 프랑스의 M88-2 엔진 연소실과 노즐 등도 세라믹 매트릭스 복합 재료에 사용됩니다.

03 금속간화합물

     항공기 엔진 개발의 고성능, 높은 추력 대 중량비로 금속간 화합물의 개발 및 응용을 촉진합니다. 오늘날, 금속간 화합물은 일반적으로 2원소 또는 다원소 금속 원소로 구성된 화합물인 다양한 계열로 개발되었습니다. 금속간 화합물은 높은 사용 온도는 물론 높은 비강도, 열 전도성, 특히 고온에서 고온 구조 응용 분야에 큰 잠재력을 가지고 있을 뿐만 아니라 뛰어난 내산화성, 높은 부식 및 높은 크리프 강도도 갖추고 있습니다. 또한, 금속간화합물은 내열합금과 세라믹 소재 사이의 신소재이기 때문에 두 소재 사이의 틈을 메워주며,따라서 항공기 엔진의 고온 부품에 이상적인 재료 중 하나가 되었습니다.

     현재 항공엔진 구조에 있어서는 주로 티타늄알루미늄, 니켈알루미늄 등의 금속간화합물에 대한 연구개발이 집중되고 있다. 이러한 TiAl 화합물은 기본적으로 티타늄과 동일한 밀도를 갖지만 작동 온도는 더 높습니다. 예를 들어 TiAl과 TiB의 사용 온도는 각각 816°C와 982°C입니다. 금속간화합물은 원자간 결합이 강하고 결정구조가 복잡해 변형이 어려워 상온에서 단단하고 부서지기 쉬운 특성을 보인다. 현재 수년간의 실험 연구 끝에 고온 강도와 상온 가소성 및 인성을 갖춘 새로운 유형의 합금이 성공적으로 개발되었으며 좋은 결과를 가지고 설치 및 사용되었습니다. 예를 들어 미국'고성능 F119형 엔진 내포 매거진, 터빈 디스크는 금속간 화합물에 사용되며 검증기 F120형 엔진 압축기 블레이드 및 디스크는 새로운 티타늄-알루미늄 금속간 화합물에 사용됩니다.

04 초고강도강

    초고강도강은 항공기의 랜딩기어 소재로 사용됩니다. 랜딩 기어 재료를 사용하는 2세대 항공기는 30CrMnSiNi2A 강철, 인장 강도 1700MPa이며 이 랜딩 기어 수명은 약 2000 비행 시간으로 더 짧습니다.

     3세대 전투기 설계는 랜딩 기어 수명이 5000 비행 시간 이상인 동시에 공중 장비의 증가로 인해 항공기 구조 중량 계수가 감소하고 랜딩 기어 재료 선택 및 제조 기술이 더 높아졌습니다. 요구 사항. 미국과 중국의 3세대 전투기에는 300M강(인장강도 1950MPa) 랜딩기어 제조기술이 사용된다.

     소재 적용 기술 수준의 향상은 랜딩기어의 수명 연장과 확장의 적응성도 더욱 촉진시키고 있다는 점에 주목해야 한다. 초대형 일체형 단조 기술, 새로운 대기 보호 열처리 기술 및 고속 화염 분사 기술을 사용하는 Airbus A380 항공기 랜딩 기어와 같은 랜딩 기어 수명이 설계 요구 사항을 충족합니다. 따라서 새로운 재료와 제조 기술의 발전은 항공기의 갱신을 보장합니다.

     재료의 긴 수명 설계의 내식성 환경에 있는 항공기는 300M 강철에 비해 AerMet100 강철에 더 높은 요구 사항을 제시하고 강도 수준은 비슷하며 일반 부식에 대한 저항성 및 응력 부식 저항성은 300M 강철보다 훨씬 우수합니다. 매칭 랜딩 기어 제조 기술로 F/A-18E/F, F-22, F-35 및 기타 첨단 항공기에 적용되었습니다. 강도가 높을수록 Aermet 310 강철의 파괴 인성은 낮으며 연구 중입니다. 손상 허용 초고장력강 AF1410 균열 확장 속도가 매우 느리고 B-1 항공기 날개 액츄에이터 조인트로 사용되며 Ti-6Al-4V보다 중량 감소가 10.6%, 가공 성능이 60% 증가하고 비용이 30.3 절감됩니다. %. 러시아 MIG-1.42는 고강도 스테인리스강을 최대 30%까지 첨가합니다.PH13-8Mo는 유일한 고강도 마르텐사이트 석출경화 스테인리스강으로 내식성 부품으로 널리 사용됩니다. 초고강도 스테인리스강 국내 탐사로 초기 성과 달성

     해외에서도 CSS-42L, GearmetC69 등 초고강도 기어(베어링)강을 개발해 엔진, 헬리콥터, 항공우주 시험에 활용하고 있다. 국내 엔진, 헬리콥터 변속기 재료 기술은 매우 낙후되어 있으며 베이징 항공 재료 연구소는 초고강도 베어링 기어 강을 독립적으로 연구 개발하고 있습니다.

05탄소/탄소복합체

     C/C 매트릭스 복합재는 최근 몇 년간 가장 중요한 관심을 끄는 것 중 하나로 내열성이 더욱 뛰어난 신소재입니다. 지금까지 C/C 복합재만이 20 이상의 추력비, 엔진 입구 온도를 1930~2227℃까지 수행할 수 있는 터빈 로터 블레이드 후속 소재로 간주되어 21세기 미국에서 초점을 맞추고 있습니다. 고온 소재 개발에 있어 세계 선진 산업 국가들은 최고의 목표를 추구하기 위해 노력하고 있습니다. C/C 기반 복합재료, 즉 탄소섬유강화 탄소복합재료는 탄소의 내화성과 탄소섬유의 강도 및 강성이 높다. 탄소섬유의 고강도와 고강성이 하나로 결합되어 깨지지 않는 손상을 보여줍니다. 가벼운 무게와 높은 강도로 인해,우수한 열 안정성과 우수한 열 전도성으로 오늘날 가장 이상적인 내열성 재료입니다. 특히 1000-1300 ℃의 고온 환경에서 강도가 저하되지 않고 향상되었습니다. 1650℃ 이하에서도 실온 환경의 강도와 특성을 유지합니다. 따라서 C/C 매트릭스 복합재는 항공우주 제조 산업에서 큰 미래를 가지고 있습니다.

     항공 엔진에 적용할 때 C/C 매트릭스 복합재는 항산화 성능이 떨어지는 주요 문제입니다. 최근 미국에서는 일련의 공정 조치를 취하여 이 문제를 지속적으로 해결하고 점차적으로 새로운 엔진에 적용하고 있습니다. 예를 들어 연소실의 테일 노즐 노즐, F100 엔진 노즐 및 연소실의 미국 F119 엔진