“如此嚴苛的工作條件，發動機所用材料仍需做到不能熔化，不能變形，不能斷裂。而錸的一系列特性，使之成為極佳選材之一。”王光秋說，比起上一代航空發動機採用的定向結晶的普通葉片，新一代則普遍採用單晶葉片，這可增加200攝氏度左右的渦輪燃燒溫度，有錸加入單晶葉片，可以增強材料各方面的性能。
錸加入單晶葉片的歷史或有20年左右。但由於錸量少且提純成本高，使其價格十分昂貴，不可能大範圍用於航空發動機研製。據《南方財富網》援引美國地質調查局報告稱，全球探明的錸儲量僅為2500噸左右，其價格跟白金價格相仿，一克大概需要兩三百塊錢。另據資料顯示，2010年，中國陝西某礦山勘探到176噸。
“航空發動機有上萬個零部件，渦輪葉片是其中一個關鍵部件，即使有錸加入，需要在合金中怎麼加，加多少，這些都是要認真研究的課題。”王光秋說。
新一代發動機總效率是熱效率和推進效率之積
“航空發動機是一個綜合的系統工程，其總效率是熱效率和推進效率之積。”王光秋說，增加航空發動機的效率來自兩個部分，分別是熱效率和推進效率。目前最新一代發動機的熱效率大約是50%，推進效率約為80%。
王光秋告訴記者，以目前最先進的波音787和空客350為例，其使用的發動機總效率即略高於40%。
“通過使用含有錸元素的單晶渦輪葉片，提高燃氣溫度增加熱效率，是實現提高發動機總效率的路徑之一。另一方面，當今航空發動機也通過增加推進效率達到提高總效率的目標。”王光秋說。
兩種效率各占多少，也是研製航空發動機的難點。“通過提高燃氣溫度，相應也增加了氮氧化物的排放；溫度高又增加空氣流速，噪聲也加大了。”王光秋說。
航空發動機工作原理顯示，一台航空發動機包括低壓壓氣機、高壓壓氣機、高壓渦輪和低壓渦輪，中間還有一個環形燃燒室。“這些結構，工作的溫度、壓力環境都不一樣，其使用的材料也不同。而金屬錸，則主要是針對主壓渦輪葉片。”王光秋認為，由於物理條件的限制，通過增加溫度提高熱效率比較困難，現代航空發動機，主要是通過增大涵道比提高推進效率，從而達到提高發動機總效率，並實現節能減排的目標。
（來源：《科機日報》） |
