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先进航空发动机不会只因“铼”而到来

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更新:07-15     编辑:     来源:    
  • 先进航空发动机不会只因“铼”而到来

    9月初,一则《中国发现超级金属“铼”》的消息引起热议,称这一稀有金属能突破航空发动机研制的瓶颈。

    “铼”是个什么金属,与航空发动机的关系是什么?有了“铼”,我国航空发动机就能有质的飞跃吗?9月11日,北京天骄航空产业投资有限公司创新研究院副院长、国家“千人计划”专家王光秋在接受科技日报记者采访时称,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、高熔点、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。根据业内权威的《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。

    1872年,门捷列夫根据元素周期律预言,在自然界中存在一个尚未发现的,原子量为190的“类锰”元素。直到1925年,德国化学家诺达克用光谱法在铌锰铁矿中发现了这个元素,取莱茵河称谓将其命名为“铼”。

    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摄氏度高温、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。

    铼加入单晶叶片的历史或有20年左右。但由于铼量少且提纯成本高,使其价格十分昂贵,不可能大范围用于航空发动机研制。据《南方财富网》援引美国地质调查局报告称,全球探明的铼储量仅为2500吨左右,其价格跟白金价格相仿,一克大概需要两三百块钱。另据资料显示,2010年,中国陕西某矿山勘探到176吨。

    “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%。

    “通过使用含有铼元素的单晶涡轮叶片,提高燃气温度增加热效率,是实现提高发动机总效率的路径之一。另一方面,当今航空发动机也通过增加推进效率达到提高总效率的目标。”王光秋说。

    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。



    网友评论:

    我小时候看过一个科幻小说,几个星际政权打破彼此的脑壳就是为了这种元素

    策反一个间谍,搞两台F119回来!F135也可以!


    都星际政权了,直接重核聚变啊

    疯了吧

    用铼合金做发动机??

    这东西比黄金少得多


    还有锝(Tc)不锈钢呢,性能好,就是有辐射,还贼贵。

    这玩意不会是传说中的玄铁吧,掺一丁点就能让刀剑削铁如泥

    真他妈jb扯蛋,就算中国用铼也有几十年了,怎么这几天哪个自媒体都在炒这个。你们怎么不关心日本每年进口四百公斤铼屯着不用呢


    水深,慎言

    —— 来自 nubia NX505J, Android 5.1.1上的 v1.3.1.0



    以前为了美帝的土星5火箭能不能再被制造出来的,你们吵了几百贴。从各个角度分析了,其实说白了造土星5费工又费料,是没有必要制造的。土星5火箭就好比你屌丝租车马萨拉蒂泡妞偶尔为之还行,但不是用来过日子的办法。屌丝过日子还是老实买不QQ,为什么说土星是马萨拉蒂呢,对于美帝来说他也是马萨拉蒂,就拿这个铼来说吧。普通火箭喷管含量大约是百分之零点几。为了尽可能在最短时间内赶在毛子面前。美帝几乎是不惜工本在来达成指标,土星那个喷管是全铼的,从这一点你们就知道土星火箭的用料就是在完全抛弃了经济性,发射火箭也要讲成本的。。。。。
    说白了 堆铼的含量可以提高涡轮前温度,而且是大幅度提高,问题是你用初中物理知识都能推导出的结论要你来告诉发动机设计师吗,设计师值钱有本事不就体现在花小钱办大事吗?花钱去堆能解决问题干脆让大学刚毕业的学生来干好了。。。。。中国又不是阿三每天都能挖到神庙,靠堆料来搞设计,多少钱也不够花

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