涡轮发动机用陶瓷基复合材料涡轮转子研究进展

doi:10.13675/j.cnki.tjjs.200156

推进技术 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (1): 230-240.DOI: 10.13675/j.cnki.tjjs.200156

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涡轮发动机用陶瓷基复合材料涡轮转子研究进展

罗潇¹，徐友良¹，郭小军¹，刘小冲²，刘持栋²，孙肖坤³，涂建勇³，王东英³，陈旭³，何江怡³

1.中国航发湖南动力机械研究所，湖南株洲 412000;2.西北工业大学材料学院，陕西西安 710072;3.西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司，陕西西安 710117

出版日期:2021-01-15 发布日期:2021-01-15
作者简介:罗　潇，硕士，工程师，研究领域为发动机结构与强度。E-mail：luoxiaodut@163.com
基金资助:
国家自然科学基金（51702260）；装备预研中国航发联合基金（KT901）；装备预研（41422010301）。

Research Progress of Ceramic Matric Composites Turbine Rotors for Turbine Engines

1.AECC Hunan Aviation Powerplant Research Institute，Zhuzhou 412000，China;2.School of Materials Science and Engineering，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China;3.Xi’an Xinyao Ceramic Composite Materials Co.，Ltd.，Xi’an 710117，China

Online:2021-01-15 Published:2021-01-15

摘要/Abstract

摘要： 高性能飞行器对涡轮发动机性能需求不断提升，对涡轮转子的耐温性和轻质化提出了苛刻要求。而目前高温合金涡轮转子性能逼近材料极限，难以满足未来涡轮发动机大幅减重提温的需求，先进陶瓷基复合材料（CMCs）涡轮转子成为必然趋势。介绍了涡轮转子用CMCs复合材料的设计、制备、加工、检测，以及各国在CMCs涡轮转子研制方面的进展，研究表明CMCs涡轮转子在液体火箭发动机、先进航空发动机领域具有巨大优势和应用潜力。当前连续纤维增强CMCs复合材料涡轮转子的耐温性能、抗热冲击性能已初步得到验证，而材料强度和韧性不足是制约CMCs在航空发动机涡轮转子上应用的主要因素，发展高强度、高韧性涡轮转子用CMCs材料成为当前研究热点和未来必然趋势。

关键词: 涡轮发动机;陶瓷基复合材料;涡轮转子;纤维预制体;功能材料;协同设计;综述

Abstract: The demand for improving the performance of turbine engines is constantly increasing， and so higher temperature resistance and more lightweight become extremely demanding for turbine rotors. At present， the performance of superalloy turbine rotor approaches its limit， and superalloy is difficult to meet the requirements of substantially reducing weight and rising temperature of turbine rotors in the future. Therefore， fabricating turbine rotors by ceramic matrix composite （CMCs） becomes an inevitable trend. This paper introduces the design， preparation， machining and testing of CMCs turbine rotors， as well as the progresses of CMCs turbine rotors in various countries. Those researches show that CMCs turbine rotors have great advantages and potentials in application of liquid rocket engines and aero engines. The performance of heat and thermal impact resistant of turbine rotors made by the continuous fiber reinforced CMCs is preliminary verified， but the weak strength and low toughness is shortage of CMCs for aeroengine application. Improving the strength and toughness of CMCs has becomes a hot topic and inevitable trend in the future.

Key words: Turbine engine;Ceramic matrix composite;Turbine rotors;Fiber preform;Functional materials;Collaborative design;Review

罗潇，徐友良，郭小军，刘小冲，刘持栋，孙肖坤，涂建勇，王东英，陈旭，何江怡. 涡轮发动机用陶瓷基复合材料涡轮转子研究进展[J]. 推进技术, 2021, 42(1): 230-240.

LUO Xiao¹, XU You-liang¹, GUO Xiao-jun¹, LIU Xiao-chong², LIU Chi-dong², SUN Xiao-kun³, TU Jian-yong³, WANG Dong-ying³, CHEN Xu³, HE Jiang-yi³. Research Progress of Ceramic Matric Composites Turbine Rotors for Turbine Engines[J]. Journal of Propulsion Technology, 2021, 42(1): 230-240.

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Research Progress of Ceramic Matric Composites Turbine Rotors for Turbine Engines

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