作為戰(zhàn)斗機(jī)身上最重要的核心組成部分，一臺(tái)先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)能夠持續(xù)的為戰(zhàn)斗機(jī)提供強(qiáng)大的動(dòng)力，讓戰(zhàn)斗機(jī)突破音速飛行，并且完成各種高難度動(dòng)作。

隨著人類科技不斷發(fā)展，各種尖端雷達(dá)探測(cè)技術(shù)與電磁干擾技術(shù)層出不窮。

性能落后的戰(zhàn)斗機(jī)已無法滿足和支持它們?cè)诟鞣N強(qiáng)大電磁干擾的環(huán)境中作戰(zhàn)。

為滿足戰(zhàn)斗機(jī)能適應(yīng)不同環(huán)境下的作戰(zhàn)要求，人類對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)的更新?lián)Q代一直在進(jìn)行。

目前我國(guó)在6代機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，已取得重大突破。

2022年1月，我國(guó)西工大使用國(guó)產(chǎn)新型陶瓷基復(fù)合材料打造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體渦輪盤成功完成首飛。國(guó)產(chǎn)六代發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)迎來巨大變革。

作為6代機(jī)最核心、也是最難攻克的材料技術(shù)之一。

它的成功首飛，標(biāo)志著我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)取得了里程碑式的進(jìn)展。

同時(shí)也為國(guó)內(nèi)后期采用同類型材料，打造更高性能的航空發(fā)動(dòng)機(jī)做好鋪墊。

陶瓷基復(fù)合材料（CMC）是陶瓷為基體，而陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。這些先進(jìn)陶瓷具有耐高溫、重量輕、抗腐蝕等優(yōu)異性能，比合金材料具備更強(qiáng)的抗熱屬性。

用它來替代合金材料，作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的熱單部件有幾大好處：

第一：比重低，可極大地降低發(fā)動(dòng)機(jī)的整體重量和油耗，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為增加戰(zhàn)斗機(jī)的載彈量和航程。

第二：不需要冷卻系統(tǒng)，也不用在渦輪葉片上鉆孔散熱，在運(yùn)行中就能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行降溫，技術(shù)的復(fù)雜程度大幅度降低。

第三：可額外增加發(fā)動(dòng)機(jī)推力，如果通過加大材料的使用比例和提高發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度，進(jìn)而增加推重比來計(jì)算。就能讓發(fā)動(dòng)機(jī)的整體推力實(shí)現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)。

此次國(guó)內(nèi)試飛的陶瓷基復(fù)合材料渦輪盤，與航空發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)渦輪葉片共同構(gòu)成了高溫渦輪。

而高溫渦輪葉片作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)最核心的熱功部件之一。

它起到的作用非常明顯，當(dāng)渦輪前的溫度每提升一百度，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力就會(huì)相應(yīng)地增加百分之20%。

目前世界上所有四代機(jī)以及五代機(jī)所裝備的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪前溫度普遍在1900k左右。相當(dāng)于1600多度。

在這種高溫環(huán)境下，世界上任何一種合金材料都很難持續(xù)承受這樣的溫度。

而下一代的高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)，它的渦輪前溫度將有可能達(dá)到2200K以上，相當(dāng)于2000多度。

按照發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度每提高一百度，推力就增加20%來計(jì)算，使用陶瓷基復(fù)合材料可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，將四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比提升一半，具體能提升多少要看發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度和材料的使用比例決定。

以美國(guó)F-35戰(zhàn)斗機(jī)為例：

目前美國(guó)F-35戰(zhàn)斗機(jī)使用F-135航空發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪前進(jìn)口溫度最高可達(dá)1800度，通過將涵道比修改為0.57之后，它產(chǎn)生的推力高達(dá)18噸（實(shí)驗(yàn)推力更是達(dá)到了恐怖的20.4噸），遠(yuǎn)高于其它國(guó)家同類型的產(chǎn)品。

如果在F-135的原有基礎(chǔ)上，使用陶瓷基復(fù)合材料改造新型發(fā)動(dòng)機(jī)，再通過修改涵道比參數(shù)讓發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前的溫度，提升到陶瓷基復(fù)合材料的耐高溫臨界點(diǎn)。那么F-135發(fā)動(dòng)機(jī)就能夠在原有18噸推力的基礎(chǔ)上再次增加7-8噸推力，性能絕對(duì)是相當(dāng)強(qiáng)悍。而據(jù)外網(wǎng)報(bào)道，GE航空的XA100自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)已計(jì)劃用于升級(jí)F-35戰(zhàn)斗機(jī)，且為美國(guó)空軍第六代戰(zhàn)斗機(jī)計(jì)劃——“下一代空中優(yōu)勢(shì)”（NGAD）提供動(dòng)力。

XA100發(fā)動(dòng)機(jī)可在大推力和高效率模式之間切換，使其能夠適應(yīng)軍用飛機(jī)在空中可能遇到的任何情況。而此XA100發(fā)動(dòng)機(jī)是所有商用或軍用發(fā)動(dòng)機(jī)中使用CMC最為廣泛的。CMC部件幫助減輕重量、提高熱效率，創(chuàng)造了壓氣機(jī)和渦輪組合溫度最高的世界紀(jì)錄。

作為能夠替代金屬材料用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造的陶瓷基復(fù)合材料也有一個(gè)致命性缺陷，在應(yīng)力狀態(tài)下非常脆弱，極為容易產(chǎn)生斷裂從而導(dǎo)致材料整體性能失效，而且耐加工性也不是很理想。

這個(gè)時(shí)候，我們只要采用高強(qiáng)度、高彈性的纖維與陶瓷基體復(fù)合，就能夠解決耐高溫以及加工性差的問題。因?yàn)槔w維材料具有較高的剛性和韌性，能有效阻止陶瓷基體裂紋的擴(kuò)展，從而得到具有強(qiáng)大延展性和強(qiáng)度的新型復(fù)合材料。

作為各國(guó)的核心機(jī)密，陶瓷基復(fù)合材料極有可能顛覆傳統(tǒng)合金材料制作的航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。

而我國(guó)能夠率先實(shí)現(xiàn)首飛驗(yàn)證，很大程度上得益于國(guó)內(nèi)完善的工業(yè)體系。

現(xiàn)在要解決的就是產(chǎn)量低以及改善制備工藝。

本文由中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)收集自網(wǎng)絡(luò)，文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流。