超级金属铼研发

航空发动机研制是一个系统工程，不会单靠“铼”就有大的突破，其仅是增加发动机材料性能的因素之一。 稀有、高溶点、结实难开裂 先看看“铼”的前世今生。 铼，一种金属元素，是高熔点金属之一。根据权威专业书籍《兰氏化学手册》，铼是仅次于钨（3308摄氏度）的第二难熔金属，熔点为3180摄氏度。 百度百科查询，铼还是一个真正的稀有元素，在地壳中的含量仅仅大于镤和镭。再加上它不形成固定矿物，通常与其他金属伴生，使它成为自然界最后被发现的稀有元素。 据《兰氏化学手册》，除高熔点外，铼有极高的强度且塑形很好（俗称“既结实又难以开裂”），在高温、急速冷却和猛烈加热并带有强烈机械冲击和振动的条件下，“铼”也具备极佳的长时间工作抵御变形和开裂能力。 增加涡轮叶片合金材料性能的元素之一 涡轮叶片为现代航空发动机中一个关键部件，在发动机工作时不仅需同时承受约1600度高温、数十个大气压和以每分钟数万的转速，还要承受强大离心力的持续作用。 “如此严苛的工作条件，发动机所用材料仍需做到不能熔化，不能变形，不能断裂。而铼的一系列特性，使之成为极佳选材之一。”王光秋说，比起上一代航空发动机采用的定向结晶的普通叶片，新一代则普遍采用单晶叶片，这可增加200摄氏度左右的涡轮燃烧温度，有铼加入单晶叶片，可以增强材料各方面的性能。 “航空发动机有上万个零部件，涡轮叶片是其中一个关键部件，即使有铼加入，需要在合金中怎么加，加多少，这些都是要认真研究的课题。”王光秋说。 新一代发动机总效率是热效率和推进效率之积 “航空发动机是一个综合的系统工程，其总效率是热效率和推进效率之积。”王光秋说，增加航空发动机的效率来自两个部分，分别是热效率和推进效率。目前最新一代发动机的热效率大约是50%，推进效率约为80%。 王光秋告诉记者，以目前最先进的波音787和空客350为例，其使用的发动机总效率即略高于40%。 两种效率各占多少，也是研制航空发动机的难点。“通过提高燃气温度，相应也增加了氮氧化物的排放；温度高又增加空气流速，噪声也加大了。”王光秋说。 航空发动机工作原理显示，一台航空发动机包括低压压气机、高压压气机、高压涡轮和低压涡轮，中间还有一个环形燃烧室。“这些结构，工作的温度、压力环境都不一样，其使用的材料也不同。而金属铼，则主要是针对主压涡轮叶片。”王光秋认为，由于物理条件的限制，通过增加温度提高热效率比较困难，现代航空发动机，主要是通过增大涵道比提高推进效率，从而达到提高发动机总效率，并实现节能减排的目标。