Manufaktur penerbangan adalah bidang teknologi tinggi yang paling terkonsentrasi dan termasuk dalam teknologi manufaktur maju. Misalnya, mesin F119 yang dikembangkan oleh Pratt & Whitney dari Amerika Serikat, mesin F120 dari General Electric Company, mesin M88-2 dari SNECMA Company dari Perancis, dan mesin EJ200 yang dikembangkan bersama oleh Inggris, Jerman , Italia dan Spanyol. Perlu disebutkan bahwa mesin aero yang mewakili tingkat tercanggih di dunia ini memiliki fitur umum dalam menggunakan material baru, proses baru, dan teknologi baru. Tujuh bahan baru yang digunakan diperkenalkan masing-masing sebagai berikut:
1
Komposit Karbon/Karbon
Apa itu komposit karbon/karbon? Ini adalah bahan komposit matriks karbon yang diperkuat oleh serat karbon dan kainnya, dengan kepadatan rendah (<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.
Meskipun komposit karbon/karbon memiliki banyak sifat suhu tinggi yang sangat baik, mereka mengalami reaksi oksidasi dalam lingkungan aerobik dengan suhu lebih tinggi dari 400 derajat , mengakibatkan penurunan tajam sifat material. Oleh karena itu, penerapan komposit karbon/karbon di lingkungan aerobik suhu tinggi harus memiliki langkah-langkah proteksi oksidasi. Perlindungan oksidasi komposit karbon/karbon terutama melalui dua cara berikut, yaitu modifikasi matriks dan pasivasi titik aktif permukaan dapat digunakan untuk melindungi komposit karbon/karbon pada suhu yang lebih rendah; dengan meningkatnya suhu, metode pelapisan harus digunakan untuk mengisolasi material komposit karbon/karbon dari kontak langsung dengan oksigen, sehingga mencapai tujuan proteksi oksidasi. Saat ini, metode pelapisan adalah metode yang paling banyak digunakan. Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkelanjutan, semakin banyak ketergantungan pada kinerja suhu ultra-tinggi dari material karbon/komposit karbon, dan satu-satunya solusi perlindungan oksidasi yang layak di bawah kondisi suhu sangat tinggi hanya perlindungan pelapisan. .
Perlu disebutkan bahwa material komposit berbasis C/C adalah material baru dengan ketahanan suhu lebih tinggi yang mendapat perhatian paling besar di dunia dalam beberapa tahun terakhir. Karena hanya material komposit C/C yang dianggap sebagai satu-satunya material penerus untuk bilah rotor turbin dengan rasio dorong-ke-berat lebih dari 20 dan suhu saluran masuk mesin 1930-2227 derajat . Sasaran strategis tertinggi yang dikejar oleh negara-negara industri maju.
Yang disebut bahan komposit berbasis C / C adalah bahan komposit dasar karbon yang diperkuat serat karbon, yang menggabungkan sifat refraktori karbon dengan kekuatan tinggi dan kekakuan tinggi serat karbon, menjadikannya tidak rapuh. Karena material komposit berbasis C/C memiliki bobot yang ringan, kekuatan tinggi, stabilitas termal yang unggul, dan konduktivitas termal yang sangat baik, material ini adalah material tahan suhu tinggi yang paling ideal saat ini, terutama di lingkungan bersuhu tinggi 1000-1300 derajat C .Tidak hanya kekuatannya tidak berkurang, tetapi juga mampu meningkat. Apalagi saat berada di bawah 1650 derajat, masih mempertahankan kekuatan dan keanggunannya pada suhu kamar. Oleh karena itu, komposit berbasis C/C memiliki potensi pengembangan yang besar dalam manufaktur kedirgantaraan.
Perlu disebutkan bahwa salah satu masalah utama material komposit berbasis C/C dalam penerapan mesin aero adalah ketahanan oksidasi yang buruk. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, Amerika Serikat telah mengadopsi serangkaian tindakan teknologi untuk mengatasi masalah ini, dan secara bertahap diterapkan pada mesin baru. Misalnya, nosel ekor afterburner pada mesin F119 Amerika, nosel dan nosel ruang bakar mesin F100, dan beberapa bagian ruang bakar mesin verifikasi F120 telah dibuat dari bahan komposit berbasis C/C. Contoh lainnya adalah mesin M88-2 Prancis, dan batang injeksi bahan bakar afterburner, pelindung panas, dan nosel mesin Mirage 2000 juga menggunakan material komposit berbasis C/C.
2
Bahan baru dari baja berkekuatan sangat tinggi
Apa itu Baja Berkekuatan Ultra Tinggi? Pada pertengahan-1940s, Amerika Serikat mengembangkan baja Cr-Mo (AISI4130) dan baja Cr-Ni-Mo (AISI 4340). Setelah pendinginan dan temper suhu rendah, kekuatan tarik masing-masing adalah 170 dan 190kgf/mm2. Pada awal 1950-an, Si dan V ditambahkan ke baja AISI 4340 untuk menghasilkan 300M dengan kekuatan tarik 190~210kgf/mm2. Pada tahun 1960, Perusahaan Nikel Internasional membuat baja maraging dengan kekuatan tarik sekitar 180kgf/mm2, ketangguhan retak hingga 390kgf/mm. Pada tahun 1970-an, Amerika Serikat mengurangi C dan meningkatkan Si berdasarkan 300M, meningkatkan ketangguhan, dan berkembang menjadi baja HP310; atas dasar baja maraging, itu berkembang menjadi baja AF1410, dengan kekuatan tarik 170kgf/mm2 dan ketangguhan retak 400kgf/mm2 mm.
gambar
Perlu dicatat bahwa baja berkekuatan sangat tinggi harus memiliki kekuatan tarik tinggi dan mempertahankan ketangguhan yang memadai. Ini juga membutuhkan kekuatan spesifik yang besar (rasio kekuatan terhadap kepadatan) dan rasio hasil yang tinggi (σs/σb) untuk mengurangi berat komponen, dan harus memiliki kemampuan las dan kemampuan bentuk yang baik serta sifat proses lainnya. Baja berkekuatan sangat tinggi memiliki persyaratan kualitas metalurgi yang sangat tinggi, dan sering dilebur dengan tungku busur listrik dan peleburan kembali kerak listrik. Jenis baja yang membutuhkan kemurnian tinggi sebagian besar dilebur dalam tungku induksi vakum atau tungku busur listrik yang dapat dikonsumsi secara vakum. Baja paduan sedang dan rendah dengan kekuatan sangat tinggi harus dicegah dari dekarburisasi selama perlakuan panas; baja tahan karat dan baja tahan karat pengerasan presipitasi dapat diolah dengan larutan padat dalam tungku pemanas biasa. Pengelasan gas pelindung atau pengelasan busur argon tungsten harus digunakan untuk pengelasan. Beberapa baja paduan rendah berkekuatan sangat tinggi dengan kandungan karbon tinggi (sekitar 0,4 persen ) harus dianil tanpa tekanan segera setelah pengelasan.
Perlu disebutkan bahwa baja berkekuatan sangat tinggi digunakan sebagai bahan roda pendaratan di pesawat terbang. Misalnya, roda pendaratan yang digunakan pada pesawat generasi kedua terbuat dari baja 30CrMnSiNi2A dengan kekuatan tarik 1700MPa. Roda pendaratan jenis ini memiliki masa pakai yang singkat sekitar 2000 jam terbang.
Contoh lain adalah bahwa desain jet tempur generasi ketiga membutuhkan umur roda pendaratan melebihi 5,000 jam terbang. Pada saat yang sama, karena peningkatan peralatan udara, koefisien bobot struktur pesawat menurun, dan persyaratan yang lebih tinggi ditempatkan pada pemilihan bahan roda pendaratan dan teknologi manufaktur. Baik pesawat tempur AS dan generasi ketiga kami menggunakan teknologi pembuatan roda pendarat baja 300M (kekuatan tarik 1950MPa).
Faktanya, peningkatan teknologi aplikasi material mendorong perpanjangan lebih lanjut dari umur roda pendaratan dan perluasan kemampuan beradaptasi. Misalnya, roda pendaratan pesawat Airbus A380 Eropa mengadopsi teknologi penempaan integral super besar, teknologi perlakuan panas perlindungan atmosfer baru, dan teknologi penyemprotan api berkecepatan tinggi, sehingga masa pakai roda pendaratan dapat memenuhi persyaratan desain. Oleh karena itu, pengenalan material baru dan teknik manufaktur memastikan penggantian pesawat.
gambar
Seperti yang kita semua tahu, desain pesawat yang berumur panjang di lingkungan yang tahan korosi mengedepankan persyaratan material yang lebih tinggi. Misalnya, baja AerMet100 memiliki tingkat kekuatan yang sama dengan baja 300M, tetapi ketahanan korosi umumnya dan ketahanan korosi tegangan secara signifikan lebih baik daripada baja 300M. Teknologi manufaktur landing gear yang cocok telah diterapkan pada pesawat canggih seperti F/A-18E/F, F-22, dan F-35. Baja Aermet310 berkekuatan lebih tinggi memiliki ketangguhan retak yang lebih rendah dan terus dikembangkan dan ditingkatkan. Laju pertumbuhan retak AF1410 baja berkekuatan sangat tinggi yang tahan kerusakan sangat lambat, yang dapat digunakan sebagai sambungan aktuator sayap pesawat B-1, yang 10,6 persen lebih ringan dari Ti -6Al-4V, dengan peningkatan kinerja pemrosesan sebesar 60 persen dan pengurangan biaya sebesar 30,3 persen . Misalnya, jumlah baja tahan karat berkekuatan tinggi yang digunakan di Smig-1.42 Rusia setinggi 30 persen . PH13-8Mo adalah satu-satunya baja tahan karat pengerasan presipitasi martensitik berkekuatan tinggi yang banyak digunakan sebagai komponen tahan korosi. Baja roda gigi (bantalan) berkekuatan sangat tinggi juga telah dikembangkan secara internasional, seperti CSS-42L, Gearmet C69, dll., dan telah digunakan di mesin, helikopter, dan ruang angkasa.
3
Bahan paduan suhu tinggi
Apa itu material superalloy? Paduan suhu tinggi sebenarnya dibagi menjadi tiga jenis bahan: bahan suhu tinggi 760 derajat, bahan suhu tinggi 1200 derajat dan bahan suhu tinggi 1500 derajat, dengan kekuatan tarik 800MPa. Dengan kata lain, ini mengacu pada bahan logam bersuhu tinggi yang bekerja dalam waktu lama di bawah 760-1500 derajat dan kondisi tekanan tertentu. Fitur pentingnya: ia memiliki kekuatan suhu tinggi yang sangat baik, ketahanan oksidasi yang baik dan ketahanan korosi termal, kinerja kelelahan yang baik, ketangguhan retak dan sifat komprehensif lainnya, dan telah menjadi bahan kunci yang tak tergantikan untuk bagian ujung panas mesin turbin gas untuk militer dan sipil. gunakan di seluruh dunia.
Bahan suhu tinggi 760 derajat Sejak akhir 1930-an, Inggris, Jerman, Amerika Serikat, dan negara lain mulai mempelajari superalloy. Selama Perang Dunia II, untuk memenuhi kebutuhan mesin aero baru, penelitian dan penggunaan superalloy memasuki periode perkembangan pesat. Pada awal tahun 1940-an, Inggris Raya pertama kali menambahkan sejumlah kecil aluminium dan titanium ke paduan 80Ni-20Cr untuk membentuk fase ' (gamma prima) untuk penguatan, dan mengembangkan paduan berbasis nikel pertama dengan tinggi tinggi -kekuatan suhu. Selama periode ini, untuk memenuhi kebutuhan pengembangan turbocharger untuk mesin piston, Amerika Serikat mulai menggunakan paduan berbasis kobalt Vitallium untuk membuat bilah.
gambar
Perlu disebutkan bahwa Amerika Serikat juga telah mengembangkan paduan berbasis nikel Inconel untuk membuat ruang bakar mesin jet. Kemudian, untuk lebih meningkatkan kekuatan paduan pada suhu tinggi, ahli metalurgi menambahkan elemen seperti tungsten, molibdenum, dan kobalt ke paduan berbasis nikel untuk meningkatkan kandungan aluminium dan titanium, dan mengembangkan serangkaian paduan, seperti sebagai "Nimonic" di Inggris Raya, dan "Nimonic" di Amerika Serikat. "Mar-M" dan "IN", dll.; menambahkan nikel, tungsten, dan elemen lain ke paduan berbasis kobalt untuk mengembangkan berbagai paduan suhu tinggi, seperti X-45, HA-188, FSX-414, dll. Karena kurangnya sumber daya kobalt, pengembangan superalloy berbasis kobalt menjadi terbatas.
Pada tahun 1940-an, superalloy berbasis besi juga dikembangkan. Pada tahun 1950-an, nilai seperti A-286 dan Incoloy901 muncul, tetapi karena stabilitas suhu tinggi yang buruk, perkembangannya lambat. Bekas Uni Soviet mulai memproduksi superalloy berbasis nikel merek "ЭИ" pada tahun 1950, dan kemudian memproduksi seri "ЭП" dari superalloy cacat dan seri ЖС dari superalloy cor. Pada tahun 1970-an, Amerika Serikat juga mengadopsi proses produksi baru untuk memproduksi bilah kristalisasi terarah dan cakram turbin metalurgi serbuk, dan mengembangkan komponen paduan suhu tinggi seperti bilah kristal tunggal untuk memenuhi kebutuhan peningkatan terus menerus dalam suhu saluran masuk aero -mesin turbin.
Superalloy dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan mesin jet yang sangat menuntut pada material, dan telah menjadi material kunci yang tak tergantikan untuk komponen hot end mesin turbin gas militer dan sipil. Pada mesin aero canggih, proporsi paduan suhu tinggi telah mencapai lebih dari 50 persen.
Pengembangan paduan suhu tinggi terkait erat dengan kemajuan teknologi mesin aero, terutama piringan turbin, bahan bilah turbin, dan proses pembuatan bagian ujung panas mesin merupakan simbol penting dari pengembangan mesin. Karena persyaratan tinggi untuk ketahanan suhu tinggi dan daya dukung material, paduan Ni3 (Al, Ti) yang diperkuat Nimonic80 dikembangkan pada masa-masa awal di Inggris, yang digunakan sebagai bahan untuk bilah turbin dari mesin turbojet. Selain itu, paduan seri Nimonic terus dikembangkan. Amerika Serikat telah mengembangkan paduan berbasis nikel yang diperkuat dispersi yang mengandung aluminium dan titanium, seperti seri paduan Inconel, Mar-M dan Udmit yang masing-masing dikembangkan oleh Perusahaan Pratt & Whitney yang terkenal, Perusahaan GE dan Perusahaan Logam Khusus.
gambar
Dalam proses pengembangan superalloy, proses manufaktur memainkan peran besar dalam mendorong pengembangan paduan. Karena munculnya teknologi peleburan vakum, penghilangan kotoran dan gas berbahaya dalam paduan, terutama kontrol komposisi paduan yang tepat, terus meningkatkan kinerja superalloy. Secara khusus, penelitian teknologi baru yang sukses seperti pemadatan terarah, pertumbuhan kristal tunggal, metalurgi serbuk, paduan mekanis, inti keramik, filtrasi keramik, dan penempaan isotermal telah mendorong perkembangan pesat superalloy. Di antara mereka, teknologi pemadatan terarah adalah yang paling menonjol. Paduan kristal terarah dan tunggal yang dihasilkan oleh proses pemadatan terarah memiliki suhu layanan mendekati 90 persen dari titik leleh awal. Oleh karena itu, bilah mesin aero canggih di seluruh dunia menggunakan paduan kristal tunggal terarah untuk memproduksi bilah turbin. Dari perspektif global, superalloy cor berbasis nikel telah membentuk kristal equiaxed, kristal kolumnar yang dipadatkan secara terarah, dan sistem paduan kristal tunggal. Powder superalloy juga telah dikembangkan dari generasi pertama 650 derajat hingga 750 derajat , 850 derajat powder turbine disk dan dual performance powder disk untuk mesin canggih berperforma tinggi tersebut.
4
komposit matriks keramik
Apa itu Komposit Matriks Keramik? Ini adalah jenis material komposit yang menggunakan keramik sebagai matriks dan berbagai serat. Matriks keramik dapat berupa keramik struktural suhu tinggi seperti silikon nitrida dan silikon karbida. Keramik canggih ini memiliki sifat yang sangat baik seperti tahan suhu tinggi, kekuatan dan kekakuan tinggi, bobot yang relatif ringan, dan ketahanan terhadap korosi. Kelemahan fatal adalah bahwa mereka rapuh. Ketika mereka berada di bawah tekanan, mereka akan retak atau bahkan pecah menyebabkan kegagalan material. Penggunaan komposit serat dan matriks berkekuatan tinggi dan elastis tinggi merupakan metode yang efektif untuk meningkatkan ketangguhan dan keandalan keramik. Serat dapat mencegah retak meluas, sehingga diperoleh komposit matriks keramik yang diperkuat serat dengan ketangguhan yang sangat baik.
gambar
Komposit matriks keramik telah digunakan sebagai nosel mesin roket cair, kubah rudal, kerucut hidung pesawat ulang-alik, cakram rem pesawat dan cakram rem mobil kelas atas, dll., Menjadi cabang penting dari bahan baru berteknologi tinggi.
Karena bahan keramik memiliki ketahanan aus yang sangat baik, kekerasan tinggi dan ketahanan korosi yang baik, bahan ini banyak digunakan. Namun, kerugian terbesar keramik adalah rapuh dan sensitif terhadap retakan dan pori-pori. Sejak tahun 1980-an, komposit matriks keramik yang diperoleh dengan menambahkan partikel, pengocok, dan serat ke bahan keramik telah sangat meningkatkan ketangguhan keramik.
Komposit matriks keramik memiliki kekuatan tinggi, modulus tinggi, kerapatan rendah, ketahanan suhu tinggi, ketahanan aus dan ketahanan korosi, dan ketangguhan yang baik, dan telah digunakan dalam alat pemotong berkecepatan tinggi dan komponen mesin pembakaran internal. Namun, pengembangan bahan jenis ini relatif terlambat, dan potensinya masih harus dikembangkan lebih lanjut. Fokus penelitian adalah untuk menerapkannya pada bahan suhu tinggi dan bahan tahan aus dan tahan korosi, seperti turbin yang disempurnakan untuk mesin pembakaran internal berdaya tinggi, komponen termal untuk kendaraan ruang angkasa, dan mesin kendaraan bukan logam, wadah petrokimia , peralatan insinerasi sampah, dll.
Ketika berbicara tentang keramik, orang secara alami memikirkan kerapuhannya. Lebih dari sepuluh tahun yang lalu, jika digunakan sebagai bagian penahan beban di bidang teknik, mustahil bagi siapa pun untuk menerimanya. Sampai saat ini jika berbicara mengenai material komposit keramik, sebagian orang mungkin masih belum jelas, menganggap keramik dan logam pada awalnya adalah dua material yang tidak relevan. Namun, karena orang dengan cerdik menggabungkan keramik dan logam, konsep orang tentang bahan ini telah mengalami perubahan mendasar, yaitu komposit matriks keramik.
Material komposit matrik keramik merupakan material struktur baru yang sangat menjanjikan dalam bidang industri penerbangan, khususnya dalam penerapan manufaktur mesin pesawat, semakin menunjukkan keunikannya. Selain keunggulan bobot yang ringan dan kekerasan yang tinggi, komposit matriks keramik juga memiliki ketahanan suhu tinggi yang sangat baik dan ketahanan korosi suhu tinggi. Saat ini, komposit matriks keramik telah melampaui material tahan panas logam dalam hal ketahanan suhu tinggi, dan memiliki sifat mekanik dan stabilitas kimia yang baik. Mereka adalah bahan yang ideal dan luar biasa untuk area bersuhu tinggi dari mesin turbin berkinerja tinggi.
gambar
Negara-negara di seluruh dunia berfokus pada penelitian tentang keramik yang diperkuat silikon nitrida dan silikon karbida untuk memenuhi kebutuhan material mesin canggih generasi berikutnya
bahan, dan telah membuat kemajuan besar, terutama di mesin aero modern. Misalnya, mesin F120 dari mesin verifikasi Amerika, perangkat penyegel turbin bertekanan tinggi, dan beberapa bagian ruang bakar bersuhu tinggi semuanya terbuat dari bahan keramik. Sebagai contoh lain, ruang bakar dan nosel mesin M88-2 Prancis juga menggunakan komposit matriks keramik.
5
Bahan baru senyawa intermetalik
Apa itu senyawa intermetalik? Senyawa logam dan logam atau logam dan metaloid (seperti H, B, N, S, P, C, Si, dll.). Atom-atom dari kedua logam digabungkan dalam proporsi tertentu untuk membentuk komposisi paduan yang berbeda dari dua kisi kristal aslinya. Senyawa intermetalik adalah jenis material baru yang mendapat perhatian luas.
gambar
Faktanya, pengembangan aeroengine dengan rasio daya dorong dan berat yang tinggi telah mendorong pengembangan dan penerapan senyawa intermetalik. Senyawa intermetalik umumnya merupakan senyawa yang terdiri dari unsur-unsur logam biner, terner atau multi-elemen. Senyawa intermetalik memiliki potensi besar dalam aplikasi struktural suhu tinggi. Ini memiliki suhu servis yang tinggi, kekuatan spesifik, konduktivitas termal, dan terutama pada suhu tinggi, ia juga memiliki ketahanan oksidasi yang baik, ketahanan korosi dan kekuatan mulur yang tinggi. . Selain itu, karena senyawa intermetalik merupakan material baru antara superalloy dan material keramik, senyawa tersebut mengisi celah antara kedua material tersebut, sehingga menjadi salah satu material yang ideal untuk komponen mesin aero bersuhu tinggi.
Dalam struktur mesin aero global, penelitian dan pengembangan terutama difokuskan pada senyawa intermetalik seperti titanium-aluminium dan nikel-aluminium. Senyawa aluminium titanium ini pada dasarnya memiliki kerapatan yang sama dengan titanium, tetapi memiliki suhu layanan yang lebih tinggi. Misalnya, suhu pengoperasian TiAl masing-masing adalah 816 derajat dan 982 derajat. Senyawa intermetalik memiliki ikatan yang kuat antara atom dan struktur kristal yang kompleks, yang membuatnya sulit untuk berubah bentuk, serta keras dan rapuh pada suhu kamar. Setelah bertahun-tahun penelitian eksperimental, paduan jenis baru dengan kekuatan suhu tinggi, plastisitas dan ketangguhan suhu kamar telah berhasil dikembangkan, dan telah dipasang dan digunakan, dan efeknya sangat bagus. Misalnya, mesin F119 berperforma tinggi di Amerika Serikat menggunakan senyawa intermetalik di casing dan cakram turbin, dan bilah kompresor serta cakram mesin verifikasi mesin F120 menggunakan senyawa intermetalik titanium-aluminium baru.
6
komposit matrik resin
Apa itu komposit matrik resin? Ini adalah bahan yang diperkuat serat berdasarkan polimer organik, biasanya menggunakan penguat serat seperti serat gelas, serat karbon, serat basal atau serat aramid. Bahan komposit berbasis resin banyak digunakan dalam industri penerbangan, mobil, dan kelautan.
gambar
Matriks resin dari bahan komposit terutama adalah resin termoseting. Pada awal 1940-an, plastik yang diperkuat fiberglass digunakan sebagai kubah pada jet tempur dan pembom. Pada tahun 1960-an, Amerika Serikat menggunakan resin epoksi yang diperkuat serat boron sebagai kemudi, penstabil horizontal, ujung belakang sayap, pintu kemudi, dll. pada pesawat militer seperti F-4 dan F-111. Dalam hal pembuatan rudal, pada akhir 1950-an, selubung motor roket padat tahap kedua dari rudal kapal selam jarak menengah AS "Polaris A-2" menggunakan bagian belitan resin epoksi yang diperkuat serat kaca, yang lebih baik daripada casing baja. 27 persen lebih ringan; selanjutnya, serat kaca berperforma tinggi digunakan sebagai pengganti serat kaca biasa untuk membuat "Polaris A-3", yang membuat bobot cangkang 50 persen lebih ringan daripada cangkang baja, sehingga kisaran "Polaris A{{ 12}}" rudal diubah dari 2700 ribu meter ditingkatkan menjadi 4500 km. Pada tahun 1970-an, serat aramid digunakan sebagai pengganti serat kaca untuk memperkuat resin epoksi, dan kekuatannya meningkat pesat, sementara bobotnya berkurang. Komposit resin epoksi yang diperkuat serat karbon banyak digunakan di pesawat terbang, rudal, satelit, dan struktur lainnya.
Penelitian penerapan material komposit berbasis resin pada mesin turbofan penerbangan dimulai pada tahun 1950-an. Setelah lebih dari 60 tahun pengembangan, GE, PW, RR, MTU, SNECMA dan perusahaan lain telah menginvestasikan banyak energi dalam penelitian dan pengembangan bahan komposit berbasis resin, dan mencapai kemajuan besar telah dibuat, dan tekniknya telah telah diterapkan pada mesin turbofan penerbangan aktif, dan ada kecenderungan untuk memperluas penerapannya.
Suhu layanan komposit matriks resin umumnya tidak melebihi 350 derajat. Oleh karena itu, komposit matriks resin terutama digunakan pada mesin aero yang dingin.
7
komposit matriks logam
Apa itu komposit matriks logam? Ini adalah bahan komposit yang secara artifisial digabungkan dengan logam dan paduannya sebagai matriks dan satu atau beberapa penguat logam atau non-logam. Sebagian besar bahan penguatnya adalah non-logam anorganik, seperti keramik, karbon, grafit dan boron, dll., Dan kabel logam juga dapat digunakan. Bersama dengan komposit matriks polimer, komposit matriks keramik, dan komposit karbon/karbon, ini membentuk sistem komposit modern.
gambar
Karakteristik bahan komposit matriks logam: dalam hal mekanik, mereka memiliki kekuatan transversal dan geser yang tinggi, sifat mekanik komprehensif yang baik seperti ketangguhan dan kelelahan, dan juga memiliki konduktivitas termal, konduktivitas listrik, ketahanan aus, koefisien muai panas kecil, redaman yang baik , tidak ada penyerapan air, dan tidak ada ketahanan korosi. Keuntungan seperti penuaan dan tidak ada polusi. Misalnya, kekuatan spesifik bahan komposit aluminium yang diperkuat serat karbon adalah 3 ~ 4 × 107mm, dan modulus spesifiknya adalah 6 ~ 8 × 109mm. Misalnya, modulus spesifik magnesium yang diperkuat serat grafit dapat mencapai 1,5 × 1010mm, dan koefisien muai panasnya hampir nol.
Perlu disebutkan bahwa, dibandingkan dengan material komposit berbasis resin, material komposit berbasis logam memiliki ketangguhan yang baik, tidak menyerap kelembapan, dan dapat menahan suhu yang relatif tinggi. Serat penguat komposit matriks logam meliputi serat logam, seperti baja tahan karat, tungsten, timbal, senyawa intermetalik nikel-aluminium, dll.; serat keramik, seperti alumina, silikon oksida, karbon, boron, silikon karbida, dll.
Bahan matriks komposit matriks logam meliputi aluminium, paduan aluminium, magnesium, paduan Chin dan Chin, paduan tahan panas, paduan berlian, dll. Di antara mereka, bahan komposit berdasarkan paduan aluminium, paduan aluminium dan paduan besi saat ini menjadi pilihan utama. . Misalnya, komposit matriks paduan Chin yang diperkuat serat SiC dapat digunakan untuk membuat bilah kompresor. Serat karbon atau komposit matriks paduan magnesium atau magnesium yang diperkuat serat alumina dapat digunakan untuk membuat bilah turbofan. Contoh lain adalah bahwa komposit matriks paduan berbasis nikel yang diperkuat serat nikel-kromium-aluminium-iridium dapat digunakan untuk membuat elemen penyegel untuk turbin dan kompresor.
Selain itu, selongsong kipas, rotor, cakram kompresor, dan bagian lain semuanya terbuat dari komposit matriks logam di luar negeri. Tapi salah satu masalah terbesar dengan bahan komposit semacam ini adalah mudah bereaksi antara serat penguat dan logam matriks untuk menghasilkan fase rapuh, yang menurunkan kinerja material. Apalagi bila digunakan dalam waktu lama pada suhu yang lebih tinggi, reaksi antarmuka lebih menonjol. Solusi saat ini adalah menambahkan lapisan yang sesuai pada permukaan serat dan paduan logam matriks sesuai dengan serat yang berbeda dan substrat yang berbeda, sehingga dapat memperlambat reaksi antarmuka dan menjaga keandalan kinerja material komposit.
gambar
Bahan yang digunakan pada bilah kipas mesin
Bilah kipas mesin adalah bagian paling representatif dan sangat penting dari mesin turbofan, dan kinerja mesin turbofan terkait erat dengan perkembangannya. Dibandingkan dengan bilah kipas paduan titanium, bilah kipas bahan komposit matriks resin memiliki keunggulan yang sangat jelas dalam pengurangan berat. Selain keuntungan pengurangan berat yang jelas, bilah kipas komposit berbasis resin memiliki dampak yang lebih kecil pada wadah kipas setelah benturan, sehingga bermanfaat untuk meningkatkan penahanan wadah kipas.
Perwakilan utama bilah kipas komposit untuk aplikasi komersial di luar negeri adalah: mesin seri GE90 untuk B777, mesin GEnx untuk B787, dan mesin LEAP-X untuk COMAC C919. Pada awal tahun 1995, mesin GE90-94B yang dilengkapi bilah kipas berbahan komposit berbasis resin secara resmi dioperasikan secara komersial, menandai realisasi resmi penerapan teknik material komposit berbasis resin dalam mesin pesawat terbang modern berperforma tinggi . Atas dasar pertimbangan komprehensif terhadap aerodinamika, siklus kelelahan siklus tinggi dan rendah, serta faktor lainnya, GE telah mengembangkan bilah kipas komposit baru untuk mesin GE90-115B berikutnya.
Pada abad ke-21, permintaan yang kuat dari mesin aero untuk bahan komposit tahan-kerusakan yang tinggi mendorong pengembangan lebih lanjut teknologi bahan komposit, dan sulit untuk memenuhi persyaratan bahan tahan-kerusakan yang tinggi dengan terus meningkatkan ketangguhan serat karbon. / prepreg resin epoksi. Hasilnya, bilah kipas komposit struktur anyaman 3D mulai bermunculan.
Bahan yang digunakan dalam casing kipas mesin
Casing kipas mesin adalah bagian stasioner terbesar dari mesin aero, dan pengurangan bobotnya akan secara langsung memengaruhi rasio dorong-ke-berat dan efisiensi mesin aero. Oleh karena itu, OEM mesin aero canggih asing selalu berkomitmen pada pengurangan bobot dan optimalisasi struktural casing kipas.
gambar
Bahan yang digunakan untuk penutup kipas mesin
Karena merupakan komponen penahan beban non-utama, penutup kipas adalah salah satu bagian pertama yang terbuat dari bahan komposit pada mesin aero. Penutup kipas yang terbuat dari bahan komposit dapat memberikan bobot yang lebih ringan, struktur anti-icing yang disederhanakan, ketahanan Korosi yang lebih baik, dan ketahanan lelah yang lebih baik. Seperti mesin RB211 perusahaan RR yang terkenal, PW1000G perusahaan PW, dan PW4000 menggunakan bahan komposit berbasis resin untuk menyiapkan tutup kipas.
Dibandingkan dengan mainframe aero-engine, material komposit berbasis resin memiliki ruang aplikasi yang sangat luas di nacelles aero-engine. Pabrikan global telah menggunakan material komposit berbasis resin dalam skala besar di inlet nacelle, fairing, pembalik dorong, dan pelapis peredam kebisingan. Bahan. Dalam hal bagian lain, bahan komposit berbasis resin juga diterapkan pada berbagai tingkat di pelat pelari kipas mesin aero, penutup penyegelan bantalan, dan pelat penutup.
