三代机的推重比_生活广记

涡扇发动机双轴最常见，包含低压与高压压气机、主燃烧室、高压与低压涡轮、加力燃烧室四个部分。核心机指基准发动机上的高压系统，包括高压压气机、主燃烧室和高压涡轮三部件。在核心机上面加上不同低压系统构成各种形式的发动机。
高推：中国80年开始高性能推进系统工程预研，简称高推预研。网络通常叫做高推。
高推目标：以F404发动机为目标提供技术储备。以624所为总师单位，有全国24个厂、所、院校参加。89－92年展开三大高压部件全尺寸试验件的设计和试验研究，91-19年1月，进行核心机设计及试验研究。
中推核心机：94年1月中推核心机达到设计指标。
中推是指中推核心机，含义是中等推重比级核心机。高推项目包括中推核心机，但是也可以包括高推重比核心机。
中推核心机成果：
1．吴仲华教授三元流动理论，建立了无粘条件下准三元轴流压气机设计体系。建立了高负荷跨音速涡轮气动设计体系。初步掌握先进核心机的总体、气动、冷却、结构、强度设计技术和三大部件间的匹配技术。
2．七级高压压气机，压比7.02，效率0.839，喘振裕度24.7% 。
3．带蒸发管短环燃烧室研究，带气动雾化喷嘴的短环形燃烧室，其火焰筒长度190 mm ，出口平均温度1662K（温升850℃），温度场均匀，壁温小于900℃ 。
4．带冷气的全尺寸涡轮部件，在核心机上经受住1600～1650K和16500转/分的考验。
5．“对流－冲击－气膜”复合气冷叶片试验与一套先进设计方法和计算机程序。平均降温水平导叶361～438℃，动叶320～357℃,加上涂层的综合降温效果487℃ 。采用复合冷却技术加涂层隔热技术，能使涡轮前燃气温度达到1600～1650K 。
6．跨上推重比8一级的台阶。
高推重比核心机95年进展：
1． 84年开始推重比10发动机预研的技术论证，88年4月召开了预研选题论证会，90年正式立项开题。
2． 94年完成了6个总体方案的顶层设计，完成了项目指南和综合论证， 93～96年开展对俄合作。
3．已基本确定了推重比10发动机总体方案。有些课题，如平均级压比达1.62的三级压气机研究已经取得了良好进展。
文章中指出推重比10发动机国外进展，即高推重比核心机目标。要求高推重比、低耗油率，高可靠性和推力矢量等。美国空军推重比10发动机的循环参数范围是：涵道比0.2～0.3 ，总增压比23～27 ，节流比1.10～1.15 ，涡轮前温度1922～2033K 。国外典型代表是F119、EJ200、M88Ⅲ和P2000 。俄罗斯的P2000因经济困难已陷于停顿。刘大响认为指标接近F119、EJ200，适当安排推重比10～20的概念研究和少量关键技术研究。
中国发动机研制与美国相仿，应用基础、探索发展研究属于预研。美国预先发展阶段也属于预研，分为技术验证机与型号验证机，中国使用“先期技术演示验证”概念。以后的工程发展和使用发展两个阶段与美国相同。刘大响提议“应用研究－先进部件－核心机－验证机”的发展道路。
95年中推核心机尚没有进入“先期技术演示验证”阶段，刘大响认为这是必要时发展7500 ～10000daN级涡扇发动机的先期技术演示验证，比推重比10预研来完成这个过程要更有利。
文章留下这样的迷团：
1．推重比8与10核心机发展验证机的分岐。
2．推重比10发动机预研自行研制核心机与和俄罗斯合作的分岐。
3． ××号机和×××发动机是两个工程型号。
4．推重比10发动机预研可以采用推重比8预研，核心机和技术验证机预研为基础，吸收××× ， ×××发动机研制经验。
《航空知识》2000年第5期刊登了《心系航空动力——记航空动力专家刘大响》一文。刘大响先后出任“七五”、“八五”高性能推进系统预研和先进核心机工程研制的项目总设计师和第一总设计师。文中所述的“先进核心机工程”指中推核心机， 94年初进行了两台试验。
北京航空航天大学的《我国航空发动机发展的道路选择》论文中进一步披露，
1． 89年高推预研办公室与北京航空航天大学分析认为当时可获得性能水平与美国差距约20年，到2000年这个差距约为25年。也有文献认为到2005年我们比发达国家落后20年左右。
2． 20世纪80年代中期，在国外某核心机的基础上研制的涡扇10发动机预计到2005年可装备部队，推重比7.5，相当于国外第三代发动机的技术水平，差距缩短到20年左右。
3．突破推重比为10一级的发动机的技术关键是现实需要。国外经验是在成熟核心机上发展新机只要3～5年，经费也只有全新发动机的40%左右。
4．我国进行的国际合作主要是合作生产，尚没有达到合作研制经营与合作研究发展阶段。
5．文章认为需要“加大投入，坚定不移地根据国情发展相应水平的核心机” 。
又是刘大响院士在最近披露了黎阳公司WS13发动机的研制。文章说明：
1． WS13的原型机是外正在服役的主力战斗机动力。
可以在中推核心机基础上改型发展成WS13 。
作者：麻雀
特别声明：禁止超级大本营以任何方式使用本文。
高温合金是铁基、镍基和钴基高温合金的总称，又称超合金。铁基合金使用温度一般比镍基合金低，可做中温使用的零部件，如700℃以下使用的涡轮盘。镍基合金用来制造受力苛刻的热端部件，如涡轮叶片、导向叶片、燃烧室等，在先进的发动机中，镍基合金占总重量的一半。钴基合金因其具有良好的抗热腐蚀性能和抗冷热疲劳性能广泛用作导向叶片。
国外铸造合金随定向凝固、单晶、超纯熔炼技术的发展，从定向正发展至单晶。单晶合金也已先后研制出三代产品。单晶合金是提高涡轮前温度、高推比的必须。国外现役发动机叶片材料主要采用第二代和第三代单晶合金，目前发展低成本（少Re）三代单晶合金，发展多孔单晶发散叶片。开发出第四代单晶。
用于高推重比发动机涡轮盘的粉末合金第一代有In100、Rene95、APK-1、ЗП74НП合金等。GE用HIP，HIP+热模锻， HIP+HIF（等温锻）和EX（挤压）+HIF的Rene95粉末盘，轴等高温部件。俄罗斯研制的ЭП741HП合金用量最大，1550MPa以上， 750℃ ， 100h的持久应力达750Mpa 。主导制造工艺路用温度达700℃的ЭП962П高强合金与Rene95类似。使用母合金熔炼及电极棒浇注加工→ 等离子旋转电极制粉→ 粉末处理→ 粉末装套及封焊→ 热等静压成形→ 热处理→ 机加工→ 检验→ 成品。
推重比10发动机涡轮盘用的二代粉末合金有Rene88DT、N18、MERL-76、ЗП975合金。盘件合金实现了由高强型向耐损伤型的转变，强度稍有降低，但疲劳裂纹扩展速率下降较多，工艺性能得到改善，设计的使用温度达到750℃或更高。采用铸造及激光打孔工艺直按制造发散冷却孔道。
第三代粉末盘发展双组分（AF115+MER-76）、双重热处理组合盘。机械合金化合金，采用Y2O3（<2%）质点强化镍合金可使其在850～1200℃、1000h性能优于PWA1480，用于F100发动机叶片，寿命提高2倍，推重比提高30～50%，涡轮前温度可提高至1540～1650℃ 。已发展有MA754、MA956、MA6000E ，正在发展的有取代MA6000E的MA760 ，取代MA956的MA957，前者兼具优良的中温（760℃）性能，后者在保持抗氧化基础上提高强度。推重比10的F119-PW-100的涡轮前温度1580℃、4000循环寿命使用控制冷却效果和隔热涂层防护的三代单晶合金涡轮叶片。F119压气机、涡轮及推气系统机匣使用由In909发展的In783 。
工艺对单晶合金的发展具有极其重要的意义，八仙过海各显神通。目前和未来的高温合金的熔炼方法有：
单炼：AAM（电弧炉熔炼）， AIM（感应炉熔炼），VIM（真空感应炉熔炼），真空电弧熔炼（VAR），电渣熔炼（ESR），电子束熔炼（EBM），电子束冷室炉床熔炼（EBCHR），等离子电弧炉熔炼（PAF），等离子感应炉熔炼（PIF）。
双炼：VAR（真空电弧重熔），VADER（真空电弧双电极重熔），VIR（双真空熔炼）， EVR（真空感应加渣重熔），NER（非自耗）， PAR（等离子重熔），EBM（电子束重熔），VEB或VIM+EBCFM（真空感应加电子束）， NEB（非自耗电极加电子束）。
三次熔炼：VIM+VAR+ESR，VIM+ESR+VAR，NAV+EBM+VAR 。
氩气雾化在欧美广泛采用。粉末冷速高，晶粒非常细（－3μm），但粉末纯净度稍差，因此以热等静压直接成型为主，目前向无陶瓷细粉方向发展。等离子旋转电极雾化在俄罗斯应用较多。热等静压和热挤压是粉末成型的关键技术，可以直接成型盘件，也可制预坯再等温锻成盘件。直接热等静压成型盘件时盘件成本低得多，但要求粉末质量好，目前只是在俄国用得比较多。利用热等静压复合技术、热机械处理、热处理等研制盘芯高强度、高低周疲劳性能，盘缘持久蠕变性能好的双性能盘，可以扩展盘件的使用温度范围，双性能盘已在F119等发动机上应用。叶片和粉末盘热等静压复合的整体件也已投入使用，大幅度提高了涡轮转速。
中国航空材料工业存在“五多五少”：仿制多而创新少，低水乎多而高水乎少，立项研制的多而改进改型少，获奖励的多而真正用上的少，单一用途多而一材多用的少。高温合金又称热强合金、耐热合金或超合金，国内代号：GH前缀指变形高温合金（FGH指粉末冶炼），铸造高温合金K，定向凝固合金DZ，单晶合金DD，金属间化合物合金IC 。另外钛合金中TA代表α型钛合金，TB系列代表?型钛合金，TC系列代表α+?型钛合金。
中国650℃第一代高温合金粉冶FGH95在77年进行研制，从德国Heraeus公司引进了部分研究设备仿制Rene95合金。84年底模锻出Φ420mm的全尺寸涡轮盘，基本达到Rene95性能。展开母合金熔炼，氩气雾化制粉，粉末处理，热等静压成形，等温锻，热处理，超声检验及表面强化等研究，发现工业生产等工艺问题严重。从俄国引进工业化生产的等离子旋转电极制粉设备及盘件生产线，95年底全部投产，从根本上解决了粉冶高温合金的粉末质量问题。95年西南铝加工厂用包套锻造工艺成功地模锻出10A盘用的φ630mm的粉冶FGH95 合金涡轮盘，经过潜心研究度过了淬火关，得到快速冷却而不裂的涡轮盘。但是发现问题，以后倾向于采用HIP+等温锻（或热模锻）工艺路线。FGH95合金使用温度为650℃，拉伸强度可以达到1500Mpa 。在650℃、1035MPa应力条件下，持久寿命大于50小时。
国外目前Inconel 718与Hastoloyx粉末高温合金占先进发动机用高温合金中的60% ，抚顺钢厂、上钢五厂和长城钢厂生产GH4169（仿IN718），另外中国目前正在重点建设GH4169生产工艺和产品系列化。GH4169高性能、难变形盘件高温合金，工作温度760℃以下。国内外IN718合金过程中高温合金熔炼方法及熔炼水平：
国外 VIR,美国CM公司 O、N、S=1ppm
VIM(CaO坩埚)O、S<10ppm N=10ppm
EBCHRO、S=4～5ppm N=20～40ppm
EBR数据不详
VIM+ESR+VAR数据不详
VIM+EBRO=7ppm N=60ppm
国内 VIM+电磁搅拌 S<10ppm O=1ppm N=4ppm
VIM+VAR或VIM+ESR 数据不详
冷壁坩埚熔炼数据不详
VIM(CaO坩埚)O、N=20ppm S=5ppm
钢铁研究总院仲增墉2000年前后分别确定IN718和Waspaloy两种合金的锻造控制模型，用以控制锻造过程。贵州安大航空锻造有限责任公司2000年采用整体锻造工艺研制出了国内第一根GH4169低压涡轮轴。新艺机械厂网站的消息，中推核心机高压压气机叶片使用的是GH4169合金材料，叶片周向带有圆弧棒齿结构。在国内模锻技术转让的资料中，GH4169材料和涡轮盘生产工艺已用于型号发动机关键件的工业性试制，并装机试车，进入应用研究。同时使用“复合包套模锻”技术研制成功28种高温合金模锻件，用於急需的GH698、GH169、GH132等高温合金涡轮盘（注： GH4169属于GH169合金系列）。GH4169已经进行高性能航空发动机涡轮盘和压气机盘背景研究。
航材院的DD3和FGH95粉末盘为先进涡轴发动机提供了关键材料（均为国内首次应用）。广州有色金属研究院NiCoCrAlTaY六元合金粉末用于DD3抗高温和热腐蚀涂层，解决了急需。第一代低密变、低成本单晶合金DD3可以达到1020℃的高温。现已推广到多个机种，成为我国真正用于航空的第一代单晶合金。
目前国内展开高温合金锻件、盘件及环形件，开展第二、三代涡轮盘粉末高温合金、双性能复合粉末盘用先进粉末高温合金研究。GH586、GH742W等工艺研究、降低高性能盘成本并扩大应用。发展新一代低成本涡轮叶片单晶高温合金。现已确定高推重比发动机发动机匣用IN909、IN783，燃烧室耐高温烧蚀用氧化物弥散强化合金，耐烧蚀部件用Ni3Al基金属间化合物应用。钢铁研究总院研发FGH96、FGH97 ，可在750℃下使用。北京航空材料研究院开展第二代FGH96粉末涡轮盘材料应用研究，采用等离子旋转电极法制备预合金粉末。
WP13AII压气机第1、2级转子叶片和盘、压气机轴、第8级静子叶片为1Cr11NiW2Mo不锈钢锻件，其余各级转子叶片、盘及静子叶片均TC11 。火焰筒材料为GH3044，涂W－2高温陶瓷。安装边GH1015 。稳定器和隔热屏材料为GH3128，筒体为GH99 。高压与低压涡轮导向器叶片材料为K403 。第1级转子叶片材料K417 。第2级转子叶片材料GH4049，WP13FI为DZ4定向结晶耐热合金。
贵州新艺机械厂与北京航空材料研究院合作DZ4 合金定向凝固工艺技术，完成美国5241型定向结晶炉技改，建立了国内最大的定向凝固生产线。在WP13FI使用以后，开展“863”计划新材料IC6 合金定向凝固二级导向器叶片工程化应用研究，96年底通过坚定。IC6取代进口，随J8IIM的WP13B实际使用。IC6叶片初熔温度1310－1320℃，使用温度超过1100℃，100h，持久性能水平达到国际最高水平。试制IC6和IC6A（加Y）WP-13F发动机（500小时延寿）二级导向叶片，进行挂片试车。用IC6试制10A发动机一级导向叶片，进行地面挂片试车考核，以替代钴基合金，并对合金性能和工艺进一步改善，更好满足工程应用的要求。Ni-Al系金属间化合物的应用开发项目提高了WP-13B二级导向叶片的铸造毛坯合格率至50-60％，达到零件批产水平。“定向凝固无余量精铸FWS10发动机一、二级低压涡轮叶片的研制”获中航总公司99年科技进步三等奖（南昌航空工业学院网站）。
WP13B四种叶片已批产：
1．一级DZ4 合金三大冷却孔锯齿冠定向凝固精铸涡轮叶片。
2．二级DZ4 合金锯齿冠定向凝固精铸涡轮叶片。
3．一级DZ4 合金空心整体定向凝固导向器叶片。
4．二级IC6金属间化合物Ni3Al基高温合金整体定向凝固导向器叶片。
需要指出的是DD3和FGH95粉末盘在10A发动机上的使用没有成功的报道。WP13F1涡轮第2级转子叶片首先使用DZ4 ，然后推广到WP13B 。WP13B首先使用IC6作第2级转子叶片，而在中推核心机上率先使用了GH4169 。DD3是单晶合金，FGH95粉冶变形高温合金，DZ4是定向凝固合金，GH4169是镍基高温合金。虽然都属于高温合金，粉末盘与叶片材料发展不一致。FGH95是中国第一代粉末盘材料，DD3是第一代单晶合金；第二代粉末盘材料GH4169，第二代单晶合金是DD6 。叶片材料是定向结晶DZ4，升级产品是Ni3Al基DZ6 ，然后试用GH4169发现不稳定，再发展到IC6 。到这时候，中国的单晶合金才在叶片上粉墨登场。叶片材料的要求比粉末盘高，或者说最先进的材料首先使用在叶片材料上。从WP13的叶片发展可以看出，高低压涡轮叶片材料是不一致的，最先进的材料首先使用在高压涡轮叶片上。在技术特点上，叶片要求也与粉末盘有一些区别，另外实验室产品与工业化产品也有不同，高温材料需要先进工艺的保障，然后才能走出实验室。比如GH4169在2000年完成工业化，却早在94年以前已经应用。
昆仑发动机是中国第一个贯彻军标，按型号规范研制，具有完全自主知识产权的航空军用发动机，是第一个走完自行研制全过程的型号。采用了带气动雾化喷嘴的环型燃烧室、复合气冷定向凝固无余量精铸涡轮叶片、数字式防喘控制系统、压气机高扩稳增益技术、大功率附件传动机匣等。比J－79先进，可以改进为小涵道比涡扇发动机。由沈阳发动机设计研究所设计，黎明航空发动机司、西安航空发动机公司和红林机械有限公司等联合研制。83年初设计， 85年12月试车，86年9月达到验证机设计指标。2002年7月9日会正式设计定型。2000年获中科院科技进步一等奖有“昆仑发动机用GH761合金及其应用”项目。GH761高强变形铁镍基高温合金，从室温至700℃有高屈服强度、持久强度、抗冷热疲劳和低周疲劳性能，优异的缺口性能，长期组织和性能稳定。解决了偏析、超声探伤、合金冶炼、热加工、模锻、轧环等一系列工艺难题。可用于750℃以下工作的涡轮盘和其他高温承力零部件。
新艺机械厂DZ4、DZ17G、IC-6等制作涡轮转子和导向叶片。使用特殊陶瓷型芯制成空腔，真空气淬热处理、强力磨削精密加工、榫头喷丸强化、叶身耐高温腐蚀涂层、无损检测、振动光饰等制造工艺。TC4、TC11、GH4169、ICr11Ni2W2MoV等制作高压缩器、压气机叶片和风扇叶片，精密锻造、真空热处理、榫头和型面精密加工、榫头和型面表面喷丸强化、无损检测、榫头涂层等制造工艺。
中国正在研制DZ17G铸造合金K4169和单晶高温合金以及长程有序金属间化合物NiAlNi3al、FeAl、FeAl和TiAl等。DZ125定向凝固高温合金可用作先进航空发动机定向薄壁空心叶片，00年《航空材料学报》报道：铸造某航空发动机的具有复杂内腔的薄壁定向叶片已通过台架试车，投入小批量生产。此合金具有良好的定向铸造工艺性能和高的薄壁力学性能。
含Y2O3的MCrAIY涂层是发动机涡轮叶片、导向叶片等发动机热端部件用的可设计成分的第三代涂层，已在国外高性能、长寿命发动机上得到应用。航材院采用磁控溅射沉积工艺和多弧离子镀技术已研制成功这种涂层系列，其抗热腐蚀及综合性能已达到国外同类涂层的先进水平。该涂层系列已被高温合金、定向凝固合金、单晶合金和Ni-A1基合金涡轮叶片、导向叶片选用，作为高温抗氧化涂层已在先进发动机和地面燃气涡轮机上使用。导向叶片溅射离子镀技术表面制备NiCrAlY纳米晶涂层，可用作1150℃涡轮导向叶片和1050℃涡轮工作叶片材料，于2000年开始进入批量生产。高温材料研究所展开“863”项目相关研究，在Ti3Al、TiAl和Ti2AlNb以及Ni3Al等金属间化合物合金研究方面取得了重大进展，已为我国航天、航空及兵器部门研制成功多个重要部件，有的已成功试车。
北京航空材料研究院研制定向凝固Ni3Al基高温合金IC10，并拟用于某型号先进发动机导向叶片，与GH3039异种高温合金的钎焊。经检索，GH3039通常用作加力燃烧室的加力扩散器等，使用电子束焊或者真空钎焊。中国的先进发动机肯定不会使用固溶强化型镍基合金作燃烧室部件了，因而判断IC10型号是其他发动机使用。
北京钢铁研究总院Ti-Al中心研制成功TAC-1(TiAl24Nb14V3Mo0.5)和TAC-1B，这两种Ti3Al基合金的力学性能和工艺性能全面超过美国的同类合金水平。TAC-1突破了超塑性、焊接及薄板轧制工艺难关。TAC-1B使用的温度范围为：-100℃～700℃ 。TAC-1和TAC-1B合金具有优良的热、冷加工性能、机械切削性能，能加工成饼、棒、管、板箔等各种型材，并具有优异的超塑成形、扩散连接以及熔化焊接性能。它们是具有工程意义的先进高温轻质结构材料，在航天航空等领域应用极具潜力。北京航空材料研究院曹春晓等人优选出两个无钒的Ti3Al合金即TD3(TiAl24Nb15Mo1.5)和TD4(TiAl24Nb13Mo1.5Si0.5)，与TD2合金相比，TD3和TD4具有更好的抗氧化性、断裂韧性、塑性和高温持久性能。目前，已用Ti3Al试制了气体涡轮的燃烧器旋流器、压缩机外壳、支撑环、燃烧器，涡轮导风板。国家近十年以来的863金属间化合物高温材料的研究在解决Ti3Al和TiAl脆性和工程实用化方面取得了重大进展，铸造TiAl用于航空发动机涡流器的部件研制已成功，正作使用考核。钢铁研究总院Ti-Al中心研制的具有独立知识产权的Ni3Al基MX246系列合金。比重7.9g/cm3、优良的中高温强度、良好的室高温塑性、优良的抗汽蚀和抗烧蚀性能和优异的高温抗氧化性能，指标见表1～2，高温性能优于传统高温合金。具有良好的高温组织稳定性和优良的铸造工艺性能，适于制造大型铸件，具有更高的性价比。MX246系列合金可在1000～1200℃下长期稳定工作，目前用飞机发动机高温承力部件，为壁厚1～1.2mm、轮廓面积为500×100mm的大型复杂薄壁铸件。直接接触1800K高温燃气冲刷，并承受高温火焰矢量加力，在1200℃温度下长期工作。
傅恒志院士提出特种合金及其金属间化合物航空航天发动机叶片液态无模电磁成形和超高梯度超细化定向凝固技术属世界首创，94年领导“超高梯度电磁自约束定向技术和超细单晶及定向涡轮叶片研究”项目，初步实现了无坩埚、无铸型的合金熔炼与定向凝固成形。利用超高梯度ZMLMC定向凝固技术并引入电磁自约束成形技术就完全有可能获得设定形状的超细柱晶的铸件（叶片），从而实现具有特定三维形状的涡轮叶片的定向凝固组织的超细化。这样，定向凝固技术超高梯度电磁自约束成形，将可能成为更新一代涡轮叶片的制备技术。以大推力、超高温发动机为研究背景，自主开发耐热温度在1000℃以上的钛铝基发动机叶片的制备技术。具有超高冷却能力的新型定向及单晶技术获得无（少）偏析、组织超细化、高精确取向的高温合金或以金属间化合物为基的复合材料满足跨世纪更新一代的高推重比、长寿命、工作温度大于1200℃的航空发动机对涡轮叶片和导向叶片的要求。研究成果可迅速工程化并直接用于高性能航空发动机涡轮叶片、导向叶片的研制和生产。
750℃损伤容馅型粉末盘是我国推比10发动机必需的涡轮盘关键材料。正开展第二代、第三代单晶合金的研制。北京航空材料研究院研制的第二代单晶高温合金DD6应用于先进的涡轮发动机叶片，国内综合性能最好的单晶合金。适合制作具有复杂内腔的燃气涡轮工作叶片和在高温、高应力、氧化及腐蚀条件下工作的高温零件。1050-400℃下完全抗氧化，850-1000℃／100h条件下腐蚀速度≤0．18／平方米。DD6的拉伸、持久、抗氧化和耐热腐蚀性能达到或部分超过国外第二代单晶合金具有低成本优势。北京科技大学高温材料及应用研究室正在根据高推重比研究计划和设计部门要求，填补国内先进涡轮盘材料空白，为高推重比航空发动机材料储备关键技术，进行“十五”攻关项目高推重比发动机用粉末高温合金双性能涡轮盘研究，750-850℃难变形高性能高温合金盘材的研制。863“高熔点结构材料快速凝固喷射成形制备技术”子课题，研究喷射成形高温结构材料的特殊微观结构及其与高温蠕变和疲劳性能的关系，为应用建立基础。
中国已能小批生产中小型钛合金叶片精锻件和定向空心叶片精铸件，并已研制成功单晶合金叶片精铸件，直径570mm的钛合金机匣铸件和投影面积小于1m2的模锻件。与国际先进水平的差距甚大，与我国研制和生产先进战斗机、先进民机及其高推比发动机和机载设备对热加工技术的需求相比，其差距也很大。需要研究双合金整体叶盘结构(单晶叶片和粉末盘)热等静压复合成形技术、超纯净高温合金涡轮盘喷射成形技术及其相关技术、铝基复合材料构件喷射成形技术，为新机研制作好技术储备。针对在研和在制飞机及其发动机典型零件工业生产的需求，研究某发动机粉末合金涡轮盘直接热等静压批生产工艺及其可靠性，开发喷射成形技术在某发动机涡轮盘上的工程应用。集中力量攻克高效冷却单晶叶片精铸技术和粉末高温合金涡轮盘超塑性锻造技术等先进战斗机和先进民机及其配套发动机急需的关键热加工技术，以保证新机研制的顺利进行。
美国综合高温涡轮燃气机计划（IHPTET）和先进热机材料计划（HITEP）提出，陶瓷基复合材料目标用于1650℃以上军用和民用发动机。目前先进陶瓷制备技术和基础研究的发展趋势可大致归结为陶瓷的单晶化和复相化，块体材料的膜层化、片式化和多层化。普遍认为C/C复合材料是推重比20～30发动机1930～2227℃热端件的优选材料，重量是高温合金的1/4 ，比强度高5倍。发展方向是突破抗氧化涂层材料与工艺技术、高效低成本制备工艺，应用是时间问题。
中国研制出可工作于1300摄氏度左右的陶瓷基复合材料，主要力学性能达到了国际先进水平。突破了陶瓷基复合材料薄壁异型结构件的近净尺寸制造等技术关键，制备出了航空发动机燃烧室浮璧和矢量喷口调节片隔热板等全尺寸典型试验件，并对部分制件进行了环境模拟考核试验。目前有针对性地开展高温使用的大型陶瓷部件和复杂形状部件的烧成制造技术、微细精密陶瓷部件成型加工技术、陶瓷部件内部缺陷的无损检测技术，大幅度提高我国结构陶瓷产品的技术水平。30% Cf/Si3N4的弯曲强度达454MPa ， KIC达15.6 MPa·m1/2，断裂功达4770J/m2，显著优于国外Si3N4陶瓷。中国研制的高熔点金属间化合物SiCw(20%)/MoSi2,，弯曲强度和KIC分别达到346 MPa和4.01 MPa·m1/2 。Mo5Si3被认为是有可能用于高温的候选材料，蠕变性能已超过1300℃ 。中国已研制成功Ti-55、Ti-633G、 Ti-53311S、7715C和HT-5-Y等5种高温钛合金。研制出Ti3Al棒材、板材，并锻出φ656mm×506mm×80mm环件。断裂韧性比Ti6Al4V高31%的新型高韧Ti-451合金，已用于飞机事故记录仪壳体、防弹装甲、火焰喷射器筒体等。中国引进了6t级Al-Li合金熔铸生产线，在863计划中开展了快速凝固AlFeVSi系、过共晶Al-Si系耐热铝合金以及纤维和颗粒增强铝基复合材料研究。另外，先进的镁合金的研究与开发自20世纪90年代开始，正在迅猛发展。科学院化学研究所研制生产的KH－304热固性聚酰亚胺树脂和北京材料工艺研究所研制并生产的KH－304／HT3复合材料，耐317℃的喷气发动机外涵道。中国在高分子材料的改性、新型特种材料的研制、成型加工技术及设备、设计及制品开发等方面仍有明显差距
随着我国经济的发展以及人们生活水平的提高，安全问题成为了煤矿企业的重中之重。而在煤矿安全的工作之中，矿井通风系统占据着重要的地位，不容忽视。矿井通风是矿井安全生产的重要保障，通风状况直接影响到井下工人的生命安全和生产效率、经济效益。因此，我们需要针对现场实际情况，解决相关的矿井通风技术难题，从系统安全角度出发，提高矿井通风的管理水平，为实现真正的煤矿安全生产打下坚实的基础。
矿井通风系统在煤矿中的任务主要是向用风地点输送适量的新鲜空气，供人员呼吸、稀释和排出各种有毒有害气体和浮尘、降低作业地点的环境温度、创造良好的气候条件，特别是在发生灾变时能够根据救灾的需要控制和调度风流。为实现上述任务，每个矿井、采区和采煤工作面都必须具备完善的通风系统。合理的通风方式、可靠的控风设施、高效的局部通风机以及相应的通风设施是煤矿安全生产的基础。
1?我国煤矿的通风现状
【三代机的推重比】
目前，我国矿井通风技术虽然取得了引人注目的成果，但与发达国家相比还存在着不小的差距。从总体来看，我国矿井通风的技术水平还处于相对的落后状态，通风系统的可靠性还有待提高。尤其是近年来煤矿生产中采用的综采放顶煤采煤法，其具有开采强度大、经济效益好、机械化程度高等优点，但也导致了瓦斯涌出量大、工作面所需风量大，目前传统的通风技术及通风设备已不能适应这种生产方式。
2?通风系统中存在的问题
2.1 通风系统不合理。矿井通风系统合理与否，对矿井安全生产会产生长远的影响，不合理的矿井通风方式既不能有效的供风避免灾害的发生，又不能在发生灾害时做到有效控制并减轻灾害损失，直接威胁着井下工作人员的生命安全。
2.2 通风设施设置不合理、质量差。目前部分煤矿存在着应该构筑密闭的地方不构筑而用风门代替，使得井下风门数量增多，有的风门设在主要进、回风巷之间，两边的压差较大导致漏风严重，从而引起一系列的危害。
2.3 通风阻力大，阻力分布不合理。据统计，我国低瓦斯大型矿井的通风总阻力最大者为1962Pa、中型矿井最大为1177.2Pa、小型矿井最大为735.75Pa；高瓦斯矿大型矿井的通风总阻力最大为2452.5Pa、中型矿最大为1962Pa、小型矿最大为1569.6 Pa 。据1982年统计，全国国有重点煤矿中有40%的矿井的通风阻力属于中等和高阻力矿井，其中占矿井总数14.9%的高阻力矿井（93对）的主要通风机的电耗占全国国有重点煤矿总电耗的一半，少数几个矿的通风电耗占原煤电耗的一半以上。
在全国国有重点煤矿总风量为52300m3/s的情况下，矿井通风阻力每减阻9.8 Pa ，每年就可节电900万kW·h ，节约电费72万元以上。对设计院设计的新建矿井进行的统计分析表明，通风系统中，进风段阻力占总阻力25%、用风段阻力占总阻力45%、回风段阻力占总阻力30%为宜。实测表明，大多数矿井回风段的通风阻力占总阻力的60%~85%，只有少数矿井采区的通风阻力为总阻力的40%~50% 。造成矿井回风巷通风阻力过大的原因有断面突然扩大或缩小、巷道转弯、分岔、会合、冒顶、片帮、通风设施拆除不彻底以及煤泥堵塞等。
2.4 主要通风机运行效率低。由于选用的设备本身效率不高，或者风机性能与矿井通风阻力状况匹配程度较差，风机工作效率普遍偏低，同时造成电能的无谓消耗。
2.5 驱动风机的电机额定功率过大，电机效率低
电机的效率η和功率因数cosφ是随着其负荷率（实际输出功率与额定功率之比）的变化而变化的。负荷率在1.0附近时， η和cosφ最大；当负荷率在0.5以下时，η和cosφ迅速下降。目前有的矿井电机能力过大，形成了“大马拉小车”现象，电机负荷率低于50%，造成电机的功率低下。
2.6 通风量不足。有的矿井由于全矿或采掘面供风量不足、或风量串联使用次数过多，往往造成某些地点瓦斯积聚、矿尘浓度超标，直接威协着安全生产。原煤炭工业部1996年底调查表明，国有重点煤矿中尚有48处风量不足的矿井，至于地方煤矿和乡镇煤矿，风量不足或串联次数过多的矿井就更为普遍。
2.7 矿井漏风多。将足够的、符合质量要求的风量送往用风地点，漏风少、有效风量率高，是通风系统有效性表现之一，也是保证矿井安全生产的主要措施。可是，有的矿井外部漏风或内部漏风较大，导致有效风量率低，有的矿井的漏风量占通风机总排风量的25%以上，占整个系统反向回风量的35%左右。
2.8 矿井风量调节方法欠妥
有的矿井在投产初期，由于主要通风机能力过剩，就采用下放闸门的方法减少矿井进风量。这种调风方法简便易行，对离心式风机也能节省一部分电能，但比采用调小风机能力（如降低风机转速或用小能力电机）的方法还是多消耗了不少电能，降低了通风系统的经济效益。如某矿风井安装的风机配用功率为1250kW的电机。
矿井初期需风量为6700m3/min，仅为达产时的一半，采用下放闸门的方法调风，使矿井通风阻力由1000Pa增至4600Pa，实测每小时耗电760kW·h；后换装一台低转速550 kW 的电机驱动，并将闸门全部提起，使风量保持6700m3/min，实测小时耗电160kW·h，全年可节电525.6万kW·h 。我市某矿主要通风机闸门阻力为4535Pa，总阻力达6672.7Pa，导致主要通风机装置的效率只有19.9%~21.3% 。高的负压不仅增加了通风管理的困难，而且增大了地面漏风量，降低了通风系统的有效性和经济性。
2.9 部分矿井在实际操作时进行恶性调节。一些矿井通风系统采用增阻调节的方式，这样容易导致矿井总风量减少，需要增加风量的采区风量不足，为此，矿井把调节风窗的面积任意缩?。?甚至于几乎把巷道堵塞，造成恶性调节。
2.10 矿井缺乏管理与正常的维护。据我院的设计人员平时下矿调研，一些矿井的通风机处于无人管理或有名无实的管理状态中，有些风机长期处于“带病工作”或不合理的运行状态，如有的风机叶片已经严重锈蚀或变形，这样不仅大大降低了风机的性能，而且也存在着严重的安全隐患。
3?通风系统的解决对策
3.1 合理选择主通风机机型。为了确保主要通风机的正常运行及降低经济成本，首先选择的通风机机型必须科学、合理。近年来，无论是矿井扩建还是新煤矿井设计施工，很多煤矿企业都注重选择一些效率较高的通风机，以确保新投入使用的通风仪器节能、高效。
3.2 更换电机。矿井设计时，电机设备及主通风机大部分是按照供风容易期及困难期两个时期的风量最大需求、负压进行选型。而投产初期生产规模较小，产量低，一些煤矿井受到地理条件限制影响，设计生产量与实际生产量相差大，因此，企业可根据实际生产需求分别采用更换小功率、低转速电机的方法来提高电机运作负荷率，以达到经济运行。
3.3 调整、改造矿井通风系统。矿井采用合理、科学的通风系统，是确保主通风机正常经济运作的关键条件。为减少通风阻力，应对整个矿井通风系统进行全面勘察及阻力检测，并采取相关措施降低阻力，主要方法有：①扩大通风巷通道断面；②减小巷道局部通风阻力；③开拓新井巷，缩短通风距离；④增多并联风道；⑤改变采掘布局，实现合理稳定生产。
3.4 建立合理的通风网络结构。合理的通风网络结构能使主要通风机与矿井风网达到最佳的匹配效果，从而使矿井通风系统稳定可靠，并能达到节能降耗的目的，矿井风网结构优化具体包括以下几个方面：①确定矿井各调节设施的最佳位置，使得矿井通风总功率最?。虎谟呕?绲蓝厦妫虎劬×拷隙嗖捎貌⒘?ǚ?nbsp;，减少角联，缩短通风流程。
3.5 正确调节矿井风量。矿井风量调节是矿井通风技术管理中的重要一环，而风量调节效果的好坏取决于风量调节设施布设的位置、调节参数的大小及调节设施数目的合理性。通过控制采区回风量及各采掘工作面风量，使风量分配合理，从而保证各用风地点特别是新投产采掘工作面的风量。矿井风量调整的主要方法包括局部增压、减压增漏、改变通风方式等。
3.6 利用合理的方法对矿井通风系统进行安全性能评价。目前煤矿井下煤炭自燃、瓦斯等有毒有害气体的中毒和窒息等灾害事故发生的比例依然较高，危害性较大，其主要原因就是矿井通风系统不完善。因此，我们要利用核实的安全性能评级等方法对矿井的安全性能进行全方位的评价，进而努力提高矿井通风系统的安全性，增强矿井对于事故的防范和抵御能力。目前，国内外在矿井通风系统安全评价方面常采用模糊综合评价法、灰色系统评价法和基于神经网络等方法，我们可以应用这些方法评价出来的函数值和各项指标改进矿井的通风状况，更好的保障矿井的安全生产。
3.7改造主通风机附属装置
主要通风机的附属装置是主通风机设备装置的关键组成部分，包括扩散器、风硐和反风设施等。附属设备装置机构是否科学合理及施工质量的好坏，直接关系到通风系统装置的运作效率及节能效益。
3.7.1 扩散器的改造
目前，离心式通风机中一些小功率机的立式扩散器采用铁板材质焊接形成，一些矿井采用的扩散器敞角在15～30°，以减少扩散器高度，但却造成大范围的回流吸风域，减低扩散器的工作效率。如果将扩散器的内扩角调整为4～6°，外扩角变为8～10°，这样能防止扩散器装置出口处的反向回流情况出现，从而提高扩散器工作效率。对一些大型的离心式风机和大、中型轴流式通风机，一般都是卧式外接扩散器，其内转角多为70～80°，外转角为60°左右。据长期调查实测，这种扩散器靠风机侧部分普遍出现反向吸风区和涡流区，这些区域的存在，缩小了扩散器的排风面积，增大了风机排风侧的阻力，影响了通风机的效率。我市某矿对其主通风机的扩散器进行了改造，将扩散器的外转角由56°减为45°，内转角由70°减为50° ，其它尺寸也做了相应变动后，收到了明显的效果，风机的功率消耗减少60.2 kW，每年可节电52万kW·h，有效降低了矿井的生产成本。
3.7.2 风硐改造
我国矿井通风系统中的风硐风阻力普遍较大，占整个矿井通风系统总风量压损失的15%～20%，甚至出现个别风硐的阻力耗损达到29%以上，远超于矿井正常设计时假定的200Pa风压耗损。因此，在开掘新矿井或调整不合理旧矿井的风硐时，需注意以下几点：①应确保风硐的断面，保持风硐的风速维持在15m/s以内，断面形状建议采用半圆形或是圆形，风硐表面建议使用水泥沙浆进行抹面，保证表面的光滑度，以降低阻力摩擦系数。②风硐放置形式应采用统一斜上式，使其与井道相连接，尽最大限度减少转弯数使局部阻力变小。③风硐内应将存放的障碍物及时清除，保持通风巷顺畅，降低风硐阻力，使其总阻力低于200Pa ，并且低于整个井道通风系统阻力的9% 。
3.7.3反风设施及防爆盖的改造
反风系统的一些闸门不严密、不到位，风井口或防爆盖不严密，以及由于地表裂隙，造成主要通风机装置常年外部漏风，造成无谓的电能消耗。据实际调查，我市某矿风井地面总漏风量占全矿总排风量的20％。经更换门板堵漏处理后，一次就减少漏风15m3/s，使矿井总进风量增加9.95m3/s，总负压上升137Pa，从而提高了主要通风机效率。因此，在实际操作中为节约主要通风机的能耗，应尽可能将反风设施及防爆盖的漏风降到最低限度，合理调整闸门钢丝绳的长度，使闸门均能到位。
3.8 矿井必须具备一套完整、独立的通风系统，要合理的运用通风方法和通风网络。同时采区通风系统也必须具备以下几个基本要求。
3.8.1 采区必须实行分区通风。
①准备采区必须在采区构成通风系统以后方可开掘其他巷道。
②采煤工作面必须在采区构成完整的通风系统后方可进行回采。
③高瓦斯矿井、有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的矿井的每个采区和开采容易自燃煤层的采区，必须设置一条专用回风巷。
④低瓦斯矿井开采煤层群和分层开采采用联合布置的采区必须设置一条专用回风巷。
⑤采区的进、回风巷必须贯穿整个采区，严禁一段为进风巷、一段为回风巷。
3.8.2 采掘工作面要实行独立通风。
3.8.3 在采区通风系统中，要保证风流流动的稳定性，采掘工作面尽量避免处于角联风路中。
3.8.4 在采区通风系统中，应力求通风系统简单，以便在发生事故时易于控制风流和撤出人员。
3.8.5 对于必须设置的通风设施（风门、风桥等）和通风设备（局部通风机等），要选择好适当位置，严把质量规格，严格遵守质量制度，保证通风设备安全运转。将主要风门开关状态、局部通风机开停状态以及风流变化参数纳入矿井安全监控系统中以便及时发现和处理。
3.8.6 在采区通风系统中，要保证通风阻力小，通风能力大，风流通畅，风量按需分配。
3.8.7 在采区通风系统中，尽量减少采区漏风量。
3.8.8 设置消防洒水管路，避难硐室及火灾时控制风流的设施，明确避灾路线和安全标志。必要时，建立瓦斯抽放系统，防灭火灌浆系统。
3.9 完善矿井技术文件及技术资料管理。矿井必须有完善的通风系统图、通风网络图和防尘管路布置图，对于有安全检测系统、煤矿防火灌浆和瓦斯抽放系统的矿井还要由安全监测监控系统图、防火灌浆和瓦斯抽放管路系统图等，要收集、储存主要通风机的性能曲线、局部通风机的型号及其性能参数，矿井的测风报表要齐全可靠及时。此外，矿井应有完备的施工安全技术措施，各工种有岗位责任制和技术操作规程，建立健全各种技术档案。
综上所述，矿井通风系统是保证煤矿安全生产重要的一环，针对矿井通风系统中所存在的问题，采取有效、合理的措施，提高矿井通风系统的安全性和可靠性，才能有效地减少甚至杜绝矿井的瓦斯事故和其他事故的发生，促进煤矿安全、健康、稳定的发展。