航空发动机领域：进气道与尾喷管的技术挑战与材料创新

航空发动机领域：进气道与尾喷管的技术挑战与材料创新

航空发动机是飞机的心脏，其性能直接影响飞机的飞行速度、高度和航程。航空发动机主要由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷等五大部件组成。随着航空发动机推重比的提高，涡轮前温度越来越高，传统的金属结构材料已不能满足设计需求，急需发展碳化硅陶瓷基复合材料等轻质耐高温、冷却少甚至无需冷却的结构材料。

进气道

进气道是发动机进气道的重要部件，其主要作用是供给发动机一定流量的空气，而且近气流场要保证燃烧室的正常工作。随着飞行速度的增加，进气道的增压作用越来越大。因此，进气道气动型面的理论设计及制造精度对发动机稳定性有显著的影响。在高速飞行状态下，进气道直接承受高温、高压和高速气流的冲刷作用。因此，要求进气道的材料必须具有承载能力强、耐热性能好、抗烧蚀和抗冲刷性能好和易加工、具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，没有灾难性损毁等特点。

尾喷管

尾喷管的主要作用是维持推进剂正常燃烧，同时将燃气热能转换为动能，以获得预期的推力。火箭发动机喷管直接承受高温、高压和高速以及含固态粒子燃气的冲刷作用。为此，要求喷管材料必须具有承载能力强、耐热性能好、抗烧蚀和抗冲刷性能好和易加工、具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，没有灾难性损毁等特点。

碳化硅陶瓷基复合材料（C/SiC）

C/SiC材料是一种兼有金属材料、陶瓷材料和碳材料性能优点的热结构/功能一体化新型材料，具有耐高温、低密度、高强比、高比模、抗氧化、抗烧蚀，对裂纹不敏感，不发生灾难性损毁等特点。在航空发动机中，C/SiC材料主要应用于燃烧室、涡轮和尾喷构件等热端部件。

主要特点

1. 轻质化：使用性能更优异的耐高温轻质复合材料（C/SiC）可降低发动机结构的质量占比，提高有效载荷质量。
2. 高强、高模、延伸性好：提高结构的自振频率和稳定性。
3. 耐热性能高、抗烧蚀和抗冲刷性能好：可达温度1650℃、流速大于300m/s以上工作至少1500S。