鈦與航空

第21卷第2期Vol 21 NO2004年4月①鈦工業(yè)進(jìn)展April 2004鈦與航空鄧炬(西北有色金屬研究院陜西西安710016)摘要:概述了100年來(lái)世界航空業(yè)的發(fā)展歷程和發(fā)展現狀;評述了鈦對航空業(yè)的貢獻及鈦材在航空(軍機和民機)中的應用;展望了21世紀初中國的航空鈦市場(chǎng)關(guān)鍵詞:鈦;飛機;航空鈦材與飛機都是20世紀的產(chǎn)物。鈦材最早用于機的重量可達200多噸載彈量可達60t,在1萬(wàn)多米航空,航空市場(chǎng)一直是鈦最主要的市場(chǎng),目前仍占世的高空可持續10多小時(shí)作超音速飛行。波音747客界鈦市場(chǎng)總量的50%。在21世紀初期的未來(lái)若干年機有5層樓高可載客412名持續飛行1.35萬(wàn)公里。內鈦對航空將有什么樣的貢獻?航空業(yè)將怎樣影響一架波音飛機的零件總數達450萬(wàn)件,其工藝之復鈦業(yè)的發(fā)展?鈦與航空的前景如何?這是本文要探雜完美可謂巧奪天工。然而它是世界第一民航機的的問(wèn)題。另外鈦工業(yè)要為航空業(yè)的發(fā)展更好地服地位即將成為歷史,一種更大的新式客機A380即將務(wù),鈦業(yè)界人土也應更多地了解航空業(yè)。為此,作者騰空出世。某些戰斗機、轟炸機和偵察機的最快速度搜集、整理了一些航空業(yè)發(fā)展的資料,與本刊讀者共可達幾倍音速。美國全鈦結構的“黑鳥(niǎo)”高空偵察機享。以3.3倍音速飛行時(shí),從紐約飛到倫敦僅需45min用智能技術(shù)裝備的無(wú)人飛機,巧如神兵猛如勇士能1百年航空做許多人類(lèi)自身難以完成的工作。經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀的迅猛發(fā)展,航空工業(yè)已成為一個(gè)像鳥(niǎo)兒一樣在藍天飛翔是人類(lèi)長(cháng)期的美好夢(mèng)想。最重要的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。全世界共有各類(lèi)大小飛100年前,人類(lèi)開(kāi)始將這一夢(mèng)想變?yōu)楝F實(shí)。1903年12機30多萬(wàn)架,其中85%在美國。發(fā)達的航空業(yè)是美月17日,美國年青的菜特兄弟駕駛“飛行者一號”升國軍事與經(jīng)濟強大的重要標志。如今,航空運輸已滲空,在北卡羅來(lái)納的小鷹市成功地進(jìn)行了首次可操縱入社會(huì )生活的各個(gè)方面。每年乘坐飛機的人數以?xún)|動(dòng)力的飛行。雖然飛行時(shí)間僅持續了短暫的12s,飛來(lái)計,從航空業(yè)中直接或間接受益的人數越來(lái)越多,距離也僅36m,但這是開(kāi)創(chuàng )人類(lèi)航空時(shí)代的偉大壯航空在政治、軍事、經(jīng)濟、社會(huì )生活中的作用越來(lái)越舉。這12s是改變世界的一瞬是人類(lèi)進(jìn)入水、陸、空大。世界航空公司有500~600家,在用的民航機有2三棲時(shí)代的光輝時(shí)刻。萬(wàn)多架。權威人士估計,世界航空航天工業(yè)年營(yíng)業(yè)額100年來(lái),人類(lèi)在航空領(lǐng)域前赴后繼,奮勇攀登,達3500多億美元。航空技術(shù)不斷進(jìn)步,創(chuàng )造了許多奇跡。萊特兄弟的原飛機同許多先進(jìn)科學(xué)技術(shù)一樣,首先用于軍事領(lǐng)始飛機長(cháng)6.5m,翼展13.2m,重量280kg,以12馬域。飛機誕生后僅約10年,就投人戰場(chǎng)。1914年7力的4缸活塞發(fā)動(dòng)機為動(dòng)力用鏈條帶動(dòng)2個(gè)螺旋槳。月,第一次世界大戰爆發(fā),當時(shí)各國共儲備了745架而今這一切都發(fā)生了徹底的改變。飛機從小型到大軍用飛機,德國人首先用飛機空襲法國。一戰期間型,從簡(jiǎn)易到復雜,從低空到高空,從近程到遠程,從(1914年~1918年)航空業(yè)得到第一次大發(fā)展,各參低速到高速,從亞音速到超音速,從有人駕駛到無(wú)人戰國共生產(chǎn)了184萬(wàn)架飛機。二戰期間(1933年駕駛,從低級到高級,從軍機到民機,不斷發(fā)展,不斷1945年),飛機成了參戰國最重要的武器。德國人突完善,創(chuàng )造了可歌可泣的業(yè)績(jì)?，F在,大型戰略轟炸襲蘇聯(lián),日本人偷襲珍珠港,都以飛機打先鋒。在收稿日期:2004-02-25作者簡(jiǎn)介:鄧矩,男,1940年生,教授級高工,中國鈦業(yè)分會(huì )副秘書(shū)長(cháng),電話(huà):029-86224471第2期鄧炬:鈦與航空戰期間,全世界共生產(chǎn)了約100萬(wàn)架軍用飛機。稱(chēng)為“夜鷹”戰機,是世界上第一種實(shí)用的隱形戰第二次世界大戰后期,世界進(jìn)人噴氣機時(shí)代。斗機,它研制于20世紀70年代末~80年代初1943年,德國制造出第一架?chē)姎馐綉鸲窓C“ME-1988年公開(kāi),共生產(chǎn)59架,耗資66億美元,每架62A"。1947年,美國人首次突破“音障”,在1.28萬(wàn)飛機的造價(jià)達1.1億多美元。海灣戰爭中,巴格達米高空,實(shí)現超音速飛行,飛行速度達1078km/h,相被毀建筑物中95%是F117用激光制導彈摧毀的當于1.015馬赫(M),成為航空技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要它專(zhuān)門(mén)參與夜襲。由于隱身性好,在“沙漠風(fēng)暴里程碑。行動(dòng)中,它參戰1271次,無(wú)一受損,顯示了隱身戰般認為,噴氣式戰斗機的發(fā)展已經(jīng)歷4代。戰機的優(yōu)越性。蘇-27飛機、蘇-30等俄式戰機性能也斗機的分代不是按研制年份來(lái)劃分,主要是按飛機的非常好,是中國、印度近幾年來(lái)從俄羅斯大量進(jìn)購技術(shù)與性能特點(diǎn)來(lái)劃分。的主力戰機。1992年以來(lái),我國已購買(mǎi)了100多架第一代噴氣式戰斗機于上世紀50年代初投人使蘇27飛機用,它們裝備有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機,屬跨音速戰機(最高20世紀80~90年代,隨著(zhù)各種技術(shù)的進(jìn)步和美1~1.5倍音速),武器以航炮為主。典型戰機為米格-國戰略戰術(shù)的改變,又出現了以隱身(低可探測15、米格-17、米格-19,美國的F-100、英國的“閃電”、法性)、高度機動(dòng)性和敏捷性、超音速巡航、超視距攻國的超神秘”等。在朝鮮戰爭期間年輕的中國志愿擊、遠程(可跨越包括第三世界在內的所有戰區)、車(chē)空軍架駛米格15戰機同美國的F80、F84、F86重載能力等為特征的第四代戰機。美國第四代戰機戰機搏斗,取得了很好的戰績(jì)的典型代表是F22(見(jiàn)圖1)。美國計劃生產(chǎn)438架第二代戰機強調以高空高速制勝。但越南戰爭2002年開(kāi)始交付生產(chǎn)型飛機,2004年形成初步戰斗和中東局部戰爭的空戰經(jīng)驗表明,戰斗機不僅要飛力,2013年交付全部飛機。F22將接替F15成為美度快,而且要有良好的空中機動(dòng)性。第二代戰國21世紀初的主力戰機機的最大飛行速度達到2M~2.5M,開(kāi)始采用渦扇式發(fā)動(dòng)機和配備空空導彈。典型戰機為美國的F4、F5、F-104戰斗機,蘇聯(lián)的米格21、米格23戰斗機。米格21和米格23分別生產(chǎn)了2000多架和4000多架,被10幾個(gè)國家使用。在越南戰場(chǎng)上,越方采用在亞音速下靈活性更好的一代戰機對美國的第二代戰機,常常得主動(dòng),因為太快的飛行速度使美國飛行員看不清敵機。因此在20世紀70年代,出現了高度機動(dòng)性的第三代戰機。第三代戰機的速度與第二代戰機的速度相當,圖1F-22隱身戰斗機但機動(dòng)性與敏捷性大大改進(jìn),武器以空空導彈為主航炮為輔,普遍釆用渦扇發(fā)動(dòng)機。典型戰機為美國目前,美國正在大力研制另一種第四代戰機的F15、F16、F∥A-18,蘇聯(lián)的米格29、米格31F35。F-35又稱(chēng)為聯(lián)合攻擊戰斗機(JSF)。它蘇27、蘇-35,法國的幻影2000等。這些戰機綜合將是世界上第一架有隱身能力的超音速攻擊機。美性能好,成為生產(chǎn)國及一些其它國家在20世紀末的國擬用來(lái)替代空軍的F16和A-10戰機和海軍的F主力戰機。例如,每架4000萬(wàn)美元的F15,美國生A18戰機。為研制這種先進(jìn)戰機,美國馬丁公司將產(chǎn)了482架。在海灣戰爭中,它取得96:0的勝利戰投資260億美元,創(chuàng )下一項研制經(jīng)費經(jīng)錄。美國還績(jì)。而廉價(jià)(2000萬(wàn)美元架)、小型(單座)的F邀請英國、意大利、荷蘭、加拿大、丹麥、土耳其16戰機美國已累計生產(chǎn)了約4000架,其中美國自以色列、澳大利亞、新加坡等國參加投資與研制。己裝備部隊約2800架,向歐洲盟國、中東、亞洲、預計這種飛機要生產(chǎn)3000架,到2040年止,將有南美等17個(gè)國家出口1000多架,成為一種“國際4000億美元以上的市場(chǎng)。F-35將繼F16之后又成為飛機”。這種飛機頻繁參與兩伊戰爭,在“沙漠風(fēng)一種國際飛機。在2010年~2020年間,美國海軍陸暴”行動(dòng)中曾投入251架,出動(dòng)13480次。F117被戰隊要裝備420架 STOVL JSF飛機,即短距起飛/工業(yè)博展第21卷垂直著(zhù)陸的聯(lián)合戰斗攻機,以替代現有裝備。表1世界戰斗機的發(fā)展概況有一些飛機,如英、意、德、西班牙聯(lián)合研制技術(shù)首飛或主要技術(shù)的“歐洲戰機”(EF2000是具備了第四代機某些特等級代表機型服役時(shí)間特征用現狀性的過(guò)渡型戰機,被稱(chēng)為“三代半戰機”。我國實(shí)用的戰斗機由殲5、殲6、殲7、殲8F-1001953渦輪發(fā)動(dòng)機已經(jīng)或正殲10、殲11等系列飛機組成。殲5為亞音速、單座第一代米格19199超音速飛行在退役單發(fā)仿米格-17型戰斗機,1964年首飛成功;殲6是19641M-1.5M超音速、單座雙發(fā)仿米格-19型戰斗機,1959年首飛,因質(zhì)量問(wèn)題,1961年重新開(kāi)始仿制,1964年交格211955全天候作戰發(fā)展中國家部隊使用。它是我國生產(chǎn)量最大的殲擊機,總數達第二代米格2319672M-2.M的主力戰機幾千架,是我國上世紀60~80年代的主力戰機;殲殲7,殲87是單座單發(fā)超音速戰斗機,仿米格-21,采用三角翼,速度達到2M,首飛于1966年。由于中蘇關(guān)系惡化,資料不全,我國自行解決了殲7的許多技術(shù)F-16難題;殲-8是單座雙發(fā)超音速高空截擊機,1984年F/A8AB1972渦扇發(fā)動(dòng)機發(fā)達國家首飛。在殲8型系列飛機的研制過(guò)程中,我國戰斗第三代幻影2001979高機動(dòng)性、主戰機蘇-271977敏捷性機研制能力有了很大的提升。殲7、殲8戰機都屬于第二代戰機;殲10是以米格-29、蘇-27為作戰目標殲10的自行設計的先機戰機。采用大推力渦扇發(fā)動(dòng)機和鴨式布局(抬式布局),吸收了一些國外先進(jìn)技術(shù)。陣風(fēng)”戰斗機1990通過(guò)殲10的研制,中國已經(jīng)形成了自己的戰斗機設三代半F2001994局部具備第發(fā)達國家JAS-3919884代機特征主戰機計思想,戰斗機的研發(fā)能力登上了一個(gè)新臺階;殲11是仿蘇27全天候重型戰斗機開(kāi)始服役中國另一種引世人矚目的飛機是FBC1“飛豹超音速巡航四代機F2219y7綜合隱身美國21世紀戰機(又名殲轟7)和與巴基斯坦合作研制的FC1初主戰機超7”飛機。它們均于1998年完成了試飛。FBC1F35(JSF)研制中隱身超2010年是多用途攻擊機。FC1是多用途輕型低價(jià)位戰斗機。音速攻擊服役外電稱(chēng),我國還在研制F12大型多功能戰斗機,但要到2010年以后才能服役。發(fā)動(dòng)機,航程1.2萬(wàn)公里(不加油)-1.8萬(wàn)公里世界戰斗機的發(fā)展概況示于表1。(加一次油),載彈量22t,可載16枚AGM-129巡100年來(lái),人類(lèi)開(kāi)發(fā)了各種各樣的軍用飛機,除航導彈或16枚B63型核炸彈。它具有“全球摧毀能訂僅了戰斗機外,還有轟炸機、攻擊機、運輸機、預警力”,被稱(chēng)為“終極武器”。它的雷達反射截面機、電子干擾機、偵察機、武裝直升機、反潛機、0.1m2,僅相當于一只鳥(niǎo)的大小,隱身性極好。美國無(wú)人駕駛機、試驗機、教練機等品種,政府原計劃撥款600億美元,釆購132架,但因成本美國先后研制的戰略轟炸機有B17、B24、B太高,只得將采購量削減到75架,耗資350億美5、B26、B29、B36、B45、B47、B52、B57、每架成本4.6億美元,加上研制費用,每架B2轟炸B58、B1B、B2、B3、XB70等10多種。最著(zhù)名機的成本高達20億美元;B3是美國最新式的超音的有B52、B1B、B2、B3等。這些飛機威力都特速戰略轟炸機,速度達5倍音速(5760km/h)以別大、但價(jià)格特別昂貴。例如,美國的B1B超音速上,1h飛越大西洋,幾小時(shí)內可轟炸世界的任何地戰略轟炸機(圖2)于1969年~1974年研制,速度方,它的載彈量雖僅20多噸(與B2、B52相當),為1.25M(1320km/h),航程1.2萬(wàn)公里,載彈量但雷達反射截面僅相當于一個(gè)頭盔,隱身性極好,可達60t,研制費達265億美元;B2隱身轟炸機它將是獨霸新世紀天空的幽靈;美國B(niǎo)52轟炸機是于1987年~1993年研制,它有4臺F118-GE-1001948年~1952年研制的老式戰略轟炸機,它有8臺第2期鄧炬:鈦與航發(fā)動(dòng)機,起飛重量達220多噸,載彈量27t,速度1翼、新的推進(jìn)方式,成為當時(shí)最先進(jìn)的民用客機,010km/h,航程1.6萬(wàn)公里,升限1.68萬(wàn)米,稱(chēng)為并贏(yíng)得了用戶(hù)的青睞。1972年,美國總統尼克松就同溫層堡壘”。這種飛得特別高特別遠的轟炸機廣曾乘坐波音707客機(空軍一號)訪(fǎng)華。1963年泛參與了越南戰爭(參戰12000多架次,投彈量達三引擎的波音727客機問(wèn)世。該機從1963年到198330萬(wàn)噸)和海灣戰爭(參戰1600多架次,投彈近年停產(chǎn)為止,共生產(chǎn)1831架,運送乘客30多億人2.6萬(wàn)噸),在其幾十年的服役過(guò)程中,形成了8個(gè)次,成為當時(shí)最暢銷(xiāo)的客機。1965年,雙引擎短程型號,共生產(chǎn)744架。雖然它在技術(shù)上(特別是隱小型客機波音737也投入生產(chǎn),成為另一種非常暢身性上)落后了,正被B2逐漸取代,但最新的型號銷(xiāo)的飛機。該機銷(xiāo)往世界150多個(gè)國家,總共出售為B52H,通過(guò)延壽與性能改進(jìn),預計它可使用到2500多架。就在波音707、727、737客機取得成功2030年~2040年。的同時(shí),1965年,波音公司還冒險開(kāi)發(fā)波音747大型寬體客機。這種客機可乘客400多人。1970年波音747投入運行。如今,波音747系列客機的乘客已運送數10億人次,成為世界噴氣客機的領(lǐng)航者在艾倫主持波音公司的23年里(從1945年到1968年),波音公司年銷(xiāo)售額從0.13億美元提高到33億美元。艾倫被認為現代商用噴氣客機之父,此后又相繼開(kāi)發(fā)成功波音757、767、77等先進(jìn)客機。波音757在20年間共生產(chǎn)1000多架,將于2004年停產(chǎn)。波音777是美國90年代研制的雙發(fā)寬體客機,圖2BIB超音速轟炸機1994年首飛,1995年投入營(yíng)運,是美國最新式的大型客機,日本有三家大公司參與了波音77的開(kāi)發(fā)民用飛機的發(fā)展始于第一次世界大戰之后。承擔了20%的結構工作。它的大小與航程介于B7671919年,英國人首次實(shí)現了跨越大西洋的雙向長(cháng)途飛與B747-400之間。B77-200的標準載客為320行。隨著(zhù)技術(shù)的改進(jìn),飛機飛得更快、更遠、更安全,人,最大商載量54t,最大起飛重量320t,最大航各項飛行記錄日新月異。第二次世界大戰之后噴氣程9500多公里。我國已成B777的一大買(mǎi)主,到式飛機得到迅速發(fā)展。美國的波音公司、麥道公司、2003年底,已購進(jìn)19架B77飛機。洛克希德·馬丁公司等都是著(zhù)明的民航機公司。為提高波音公司的競爭力,2004年1月,波音戰后民航機的發(fā)展已經(jīng)歷四代,目前正處于第公司投資40多億元,正式推出了波音7E7飛機計五代。第一代為20世紀50年代,典型飛機是波音劃。7E7被稱(chēng)為“夢(mèng)想飛機”。E代表對未來(lái)飛機寄707、麥道8、原蘇聯(lián)圖104、英國的慧星、法國的風(fēng)予的多種期望,包括:效率與經(jīng)濟性的重大改進(jìn)帆等,這些是載客約100人的飛機;第二代為60年超凡的舒適性和便利性、出色的環(huán)保性和電子化系代研制的飛機,典型的有B727、D9、三叉戟等飛統等。7E7這個(gè)名稱(chēng)是從全球160多個(gè)國家約50萬(wàn)機,它們開(kāi)始采用油耗較低的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機;第張選票中產(chǎn)生的。人們期望更多的人能利用波音7E7三代為70年代研制的飛機,典型飛機為波音747、超凡的經(jīng)濟性實(shí)現世界旅游的夢(mèng)想。波音7E7客機伊爾86、A30,它們是寬機身的大容量客機;第四代仍是一種載客200~250名的中型寬體運程客機。巡是80年代出現的飛機,典型飛機是A320、B757、B767航速度085M,與波音747相當;航程可達7200等,它們采用先進(jìn)的電腦操作系統,飛行安全性大大8000海里,可實(shí)現400多對國際城市間的洲際直改善。飛;它采用通用電氣、普惠、羅·羅公司聯(lián)手設計的波音客機是世界上商業(yè)開(kāi)發(fā)最成功的民航機。新型發(fā)動(dòng)機,節油15%~20%;它大量使用耐用性1945年,律師出身的艾倫·威廉接任波音公司總裁,好、維修率低的復合材料;它可提供機上娛樂(lè )、互他抓住二戰后航空業(yè)轉型的機遇,大力發(fā)展噴氣式聯(lián)網(wǎng)接入、實(shí)時(shí)飛機監測等服務(wù)功能,機艙濕度提客機。1952年開(kāi)始噴氣式客機的開(kāi)發(fā),1958年開(kāi)始高到25%,使乘客非常便利、舒適。波音公司計劃投入商業(yè)運行。波音707采用了新的結構、新的機7E7飛機2006年開(kāi)始總裝,2007年首飛,2008年認i鈦工業(yè)進(jìn)第21卷證與營(yíng)運。波音公司預計,在未來(lái)20年間,全球需機大家族中獨樹(shù)一幟?？湛凸居媱澩顿Y120億歐要2000架~3000架波音7E7飛機。波音公司期望元用以A380的開(kāi)發(fā),該飛機單價(jià)2.2億美元,計劃通過(guò)節省燃油和運營(yíng)成本的方式來(lái)幫助航空公司降2004年首飛,2005年運營(yíng)。飛機大型化,可以在不低成本,贏(yíng)得航空客戶(hù)的青睞,繼續領(lǐng)導世界商業(yè)增加飛行頻率,從而不增加機場(chǎng)投資的情況下,解航空,續寫(xiě)昔日的輝煌。圖3為7E7飛機。決空中交通繁忙和機場(chǎng)擁擠的問(wèn)題,因此它將有良好市場(chǎng)前景?？湛凸绢A計,2016年以前,A380飛機會(huì )有1440架的市場(chǎng)。但波音公司預計,A380僅有500架的市場(chǎng)。圖4為空客A380飛機。圖3波音7E7“夢(mèng)想飛機”20世紀70年代,在歐洲成立了空中客車(chē)航空制造廠(chǎng)?？湛凸疽苑?、德為核心,有英國、西班牙荷蘭參與?？湛凸究偛吭O在法國的圖盧茲,現在圖4空客A380“飛行酒店”法、德、西班牙、英國設有4個(gè)子公司,在世界有150多個(gè)制造廠(chǎng)和1500家供應商?？湛凸鹃_(kāi)發(fā)由此可見(jiàn),21世紀的客機正在向更經(jīng)濟、舒適、ABXX系列飛機,如A3、A40等,向美國波音飛人性化、多功能化、環(huán)境友好方向發(fā)展。在大型客機公司發(fā)起了挑戰?？湛惋w機在計算機的控制下機的開(kāi)發(fā)中,歐洲空客公司與美國波音公司開(kāi)展了能根據飛行高度和機翼載荷分布情況,自動(dòng)改變飛激烈的競賽,誰(shuí)勝誰(shuí)負,世人將拭目以待。機截面形狀;能按照飛行任務(wù)的不同,自動(dòng)地選擇在民用航空領(lǐng)域,除用于旅客運輸的大型干線(xiàn)機翼最佳彎度。這些智能技術(shù)的運用,使飛機能更飛機與小型支線(xiàn)飛機外,還有功能專(zhuān)一的各類(lèi)飛機,完美地模仿鳥(niǎo)類(lèi)的飛翔。如今,空客公司已取得巨它們包括:(1)運輸機;(2)農用直升機。前蘇聯(lián)大的成功。200年,空客公司共銷(xiāo)售了35架飛機,曾擁有700多架農用直升機,其數量領(lǐng)先于美國第一次超過(guò)競爭對手波音公司(200年銷(xiāo)售281架)(約100架);(3)醫療救護機,用于救護傷員或病成為全球最大的客機供應商。人,它們主要是直升機,德國的B0105和BK17救近幾年來(lái),空客公司又向新的高度攀登,大力護機最有名;(4)公務(wù)機(商務(wù)飛機),它可乘坐4開(kāi)發(fā)A380飛機。A380是未來(lái)的空中“巨無(wú)霸”,重10人,重量小于9t。全世界有商務(wù)機3萬(wàn)多架;560t,長(cháng)73m,比B747長(cháng)14m,寬展80m,有7(5)消防滅火機。它用于消防事故及森林滅火。加層樓高,艙內空間足以容納20輛雙層公共汽車(chē)。拿大的一種森林滅火機,能在12s內從水源中提取A380可載客55名,并可擴容到載客840人;A3806冰水,1h內可多次向火場(chǎng)投水,最多可達20次;猶如一個(gè)五星級的“飛行酒店”,它擁有雙層客艙,(6)體育運動(dòng)機。它用于跳傘等體育運動(dòng)、特技飛加寬的座椅,配有閱覽室、美容間、酒吧、商務(wù)中行表演和航空愛(ài)好者培訓。在國外,平均學(xué)習45h心、托兒所等設施。它采用羅·羅公司的遄達900發(fā)花2500英磅,就可能取得飛行執照。1991年,在動(dòng)機或發(fā)動(dòng)機聯(lián)盟(通用與普惠的合資公司)的美國就有70萬(wàn)人有飛行執照;(7)水上飛機,它是GP200發(fā)動(dòng)機,百公里旅客油耗少于3升,其油耗能在水面上起降的飛機;(8)兩棲飛機,它是在水指標可與最好的小型渦輪柴油汽車(chē)媲美。A380具有上與陸地上均可起降的飛機;(9)地效飛機,它是低噪聲的特點(diǎn),機艙內較安靜。在起飛時(shí),噪聲水貼近水面或地面飛行的飛機。俄羅斯擁有20t平比競爭對手減少一半,對環(huán)境的影響較小。A380400t不同噸位的地效飛機,其中的小鷹號飛機為140飛機的時(shí)速980kg,航程可達15000kg(8000海t級,在離地面或水面3.5m-14m高度處飛行,時(shí)里)。A380將創(chuàng )造民航機的許多新紀錄,在未來(lái)的客速可達556km/h;(10)航測機,它執行航空測量任第2期鄧炬:鈦與航空務(wù),用于地形和地貌測繪、地質(zhì)調查。利用航空物是推重比,即發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生的推力與其自重之比。推探(磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、重力場(chǎng)、放射場(chǎng)探測),可進(jìn)行重比越高,發(fā)動(dòng)機性能越好。早期發(fā)動(dòng)機的推重比探礦與地下文物考查等。只有2~3,現在已達到10。國外正在研制推重比10百年航空展示了人類(lèi)傲視蒼穹、追求進(jìn)步、永-20的發(fā)動(dòng)機。提高推重比,必須提高渦輪前進(jìn)氣不停息的勇敢精神和科學(xué)精神。21世紀必將是航空的壓縮比(進(jìn)氣量指標)與進(jìn)氣溫度。工作溫度越業(yè)更加輝煌的世紀。高,發(fā)動(dòng)機的熱效率越高。提高推重比也必須提高材料高溫下的比強度和比剛度,減輕發(fā)動(dòng)機自身的2五十年鈦航空應用重量。據計算,當壓縮比達到15:1時(shí),壓氣機的出口溫度為590℃,而當壓縮比達到25:1時(shí),壓氣機1910年,即飛機問(wèn)世后的第7年,美國科學(xué)家的出口溫度就達到620℃-705℃,需要耐熱性非常享特用“鈉法”(鈉還原TCu)獲得了金屬鈦。但鈦好的鈦合金。實(shí)驗證明,常規鈦合金只能用于650℃工業(yè)直到第二次世界大戰之后的1948年,即盧森堡以下,為制造推重比10以上的先進(jìn)發(fā)動(dòng)機,需要開(kāi)科學(xué)家發(fā)明的“鎂法”(鎂還原TCL)在美國用于生發(fā)以鈦基復合材料、TA和TA型金屬間化合物為產(chǎn)之后才開(kāi)始起步。鈦工業(yè)的歷史要比航空工業(yè)的基的鈦合金。目前實(shí)用性能最好的耐熱鈦合金是英歷史晚幾十年。鈦是惟一在兩次世界大戰中都沒(méi)有國的M829,M834和美國的T1100。它們已分使用過(guò)的結構金屬材料。別用于V2500,EJ2000,55712改型發(fā)動(dòng)機。鈦與航空有著(zhù)不解之緣。鈦材一出來(lái)就首先應壓壓氣機用于航空。1953年,在美國道格拉斯公司生產(chǎn)的DC燃燒室T機發(fā)動(dòng)機吊艙和防火壁上首次使用鈦材,從而揭開(kāi)了鈦航空應用的歷史。從那時(shí)以來(lái),鈦在航空上已應用了整整五十年。這五十年是世界航空工業(yè)迅速發(fā)展的五十年,也是鈦工業(yè)成長(cháng)壯大的五十年低壓渦輪鈦能在航空上廣泛應用是由于它有適于飛機應齒輪系統壓氣機用的許多寶貴特性。鈦的密度比鋼約輕40%,而強驅動(dòng)風(fēng)扇度與鋼相當;鈦的比強度在金屬中算最高,而且鈦圖5航空發(fā)動(dòng)機的結構耐熱性與耐蝕性相當好,遠勝于鋁與鎂。此外,鈦發(fā)動(dòng)機越先進(jìn),用鈦量越高。我國在20世紀80的彈性好和抗彈性好,以及較好的成形加工性也有年代開(kāi)始批量生產(chǎn)的wP13系列發(fā)動(dòng)機,用鈦量約利于鈦在飛機上應用。13%;正在研制的發(fā)動(dòng)機的用鈦量為15%~20%,鈦在飛機上的應用主要有以下三個(gè)方面:發(fā)動(dòng)而國外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機的用鈦量一般均達30%。如機、機體和機載設備。V2500發(fā)動(dòng)機的用鈦量為31%,我國要達到這個(gè)水噴氣發(fā)動(dòng)機是飛機的心臟。發(fā)動(dòng)機的結構示于平,還需要作出很大的努力圖5。發(fā)動(dòng)機的風(fēng)扇、高壓壓氣機盤(pán)件和葉片等轉動(dòng)鈦在飛機機體上的應用日益重要,它是戰斗機部件,不僅要承受很大的應力,而且要有一定的耐高速化和民航機大型化、遠程化及高速化的必然結熱性,即要求鈦在300℃-650℃溫度下有良好的抗果。飛機速度越快,即馬赫數越高,機體表面的空高溫強度、抗蠕變性和抗氧化性能。這樣的工況條氣動(dòng)力加熱越劇烈,對結構材料耐熱性的要求越高。件,對鋁來(lái)說(shuō)溫度太高;對鋼來(lái)說(shuō)密度太大,高速圖6示出了航空材料的比強度與飛行速度(馬赫數)運動(dòng)產(chǎn)生的離心應力太大;鈦是最佳的選擇。因此,和氣動(dòng)加熱溫度之間的關(guān)系。當飛行速度大于22鈦在先進(jìn)發(fā)動(dòng)機上的應用不斷擴大。在飛機上使用馬赫時(shí),鋁合金的耐熱性已不能滿(mǎn)足許多部件的耐較多的鈦合金有T6A4V,Ti8AMo1V,T-17,熱性要求。隨著(zhù)飛行速度的提高,鈦的比強度優(yōu)勢Ti6242,Ti6246,TC6,T9,TCl,Ti-100,越大。在蒙皮一桁條和夾心結構中,機體結構重量IM829,IMI834等。隨著(zhù)航空技術(shù)的發(fā)展,鈦合金與馬赫數的關(guān)系示于圖7。它表明,飛機的馬赫數是的耐熱溫度不斷提髙。發(fā)動(dòng)機的一個(gè)重要性能指標鈦材的重要依據。高馬赫數飛機選用鈦材,不僅使鈦工業(yè)進(jìn)風(fēng)第21卷構件本身減重,而且也使附加支撐部件減重,所配“廉價(jià)”戰斗機,它的價(jià)格比重型的F-15低一半,它發(fā)動(dòng)機規格減小,帶來(lái)燃油費節省、廢氣排放量減是與F-15搭配使用的戰斗機。雖然它的性能很不少、運輸成本降低等一系列效益。因此,在高速戰錯,但與F-16不完全是同一檔次的飛機。斗機、轟炸機和大型遠程飛機上大量采用鈦合金。每架F-15戰斗機機身需要消費23t鈦材,它配溫度/c的2臺發(fā)動(dòng)機需要消費4.5t鈦材。每架F.22戰斗馬赫數232730機,機身需消費36t鈦材,它配的2臺F19發(fā)動(dòng)Ti-6Al-4V機,需消費5t鈦材。美國計劃到2011年,共生產(chǎn)278架F-22戰斗機,由此可推算,為生產(chǎn)F22飛機及備用的發(fā)動(dòng)機,可能需要消費近10000t優(yōu)質(zhì)鈦鋁合金材。這些鈦材主要是T6A4ELI和Ti6222兩種20070775T6鈦合金。010020030040波音777是20世紀90年代初研制的飛機,它廣泛采用了20世紀80年代中期到80年代末期開(kāi)發(fā)的圖6比強度與溫度的關(guān)系新材料,包括新型的7000和2000系列鋁合金、損傷馬赫20鋁(拉伸斷裂)馬赫20馬赫30b容限的復合材料和先進(jìn)的鈦合金。這些材料的采用使飛機減重5800磅。在B777上,共用了5種鈦合壓斷平金:T1023,T64EL,T153,B2S和T6242鈦合金用量占飛機總重的7%,使用部位見(jiàn)圖8。圖7結構的相對重量和溫度的關(guān)系(a)蒙皮-桁條結構(b)夾層結構國外先進(jìn)戰機的用鈦情況示于表2。由表2可見(jiàn),在飛機結構中,鈦合金與樹(shù)脂基復合材料的用量是逐漸增加的。美國掌握空權的第三代主力戰機F15和第四代主力戰機F22的用鈦量分別達27%和41%,復合材料的用量分別達2%和25%,而傳統航空材料鋁的用量分別下降到36%和11%。在超音速巡航的第四代戰機F22上,鈦已成為第一結構金屬,這代表了軍機用材的發(fā)展方向。2國外先進(jìn)戰機的用材情況【%)機種設計年代鈦合金結構鋼鋁合金復合材料圖8波音777飛機用材示意圖蘇-27(重型)19691714在B77上,高強高韌性β鈦合金T-1023用做F-15(重型)1972276主起落架( main landing gear truck beam)這是最大F16(輕型)197633653.4的鈦單體件和最具有挑戰性的起落架。它是一種新F18197813型結構的三軸起落架,能使飛機在較短跑道上起飛。F117(隱身)198325520為了降低成本,它用三件拚焊而成。用T-1023代替F22(重型)198941高強鋼做主起落架,既可大大減重,又可避免腐蝕問(wèn)題。采用β退火的T6A4V合金材而不用普通工應該指出的是,人們熟悉的F16用鈦量很少廠(chǎng)退火的Ti6A4V合金材是B777用鈦的一大技術(shù)(3%),這主要是因為它是一種小型(單發(fā)單座)、特色,目的在于提高該材料的損傷容限。用抗氧化第2期鄧炬:鈦與航空性好的P1鈦合金代替鎳基合金在B77上用做彈簧對未來(lái)鈦在航空上的應用產(chǎn)生深刻的影響。和管道。波音777上鈦材的選擇和使用技術(shù)經(jīng)驗將世界幾種干線(xiàn)飛機情況及用鈦量見(jiàn)表3。表3大型民航機的用鈦情況國家與公司飛機首飛年代用鈦量/%B7071950.2第一代,近中程100座19672,2第二代,近中程100~149座,寬機身B747100美國波音第三代,中遠程250~412座寬機身第四代,近中程150-186座,寬機身1.8第四代,中遠程187~250座,寬機身B7771994第五代,中遠程350座以上,寬機身A300第三代,中遠程250座以上A3101982空客公司A340665第四代,中遠程251~350座,寬機身第五代,中遠程55-800座,寬機身TU-154第二代,近中程150-180座俄羅斯TU-204TU3341997由表3可見(jiàn),在民航機中,最先進(jìn)飛機的用鈦鈦的航空應用技術(shù)已非常成熟,可用來(lái)制造非常復量為9%。雖然它的用鈦比例比先進(jìn)戰機要低些,但雜的承力構件。因為民航機的體積和重量要大一些,每架飛機的用在我國,飛機發(fā)動(dòng)機的用鈦已有較長(cháng)的歷史和鈦量仍是相當可觀(guān)的。還應注意的是,飛機部件是非較多的經(jīng)驗,飛機機體的用鈦仍處于起步階段。在常精巧的深加工部件,飛機鈦材的購買(mǎi)量平均約為飛機零件重量的7倍,即材料坯料與飛行零件重量巴之比大致為7:1。在估計鈦的航空市場(chǎng)時(shí),一定要考慮到這個(gè)因素。飛機鈦零件大多為鈦棒和厚板制成的鍛件或機加工件。為減少焊縫和連接件的數目,提高鈦部件的整體性,近年來(lái),大型鈦等溫鍛件與精密鑄件的比例在不斷增加。減少零件的數目,既有利于減重=酬也有利于減少加工量,減少裝配時(shí)間,降低生產(chǎn)成本和提高安全可靠性。圖9A380飛機用鈦部位A380飛機的起落架是T-1023合金制造的,最大重量達3200多公斤,是迄今為此最大的航空鍛殲7飛機上,鈦零件重量只有9kg,在殲8飛機上達件。它是用世界最大的鍛壓機(75000t)制造出來(lái)到60kg-90kg,在殲8Ⅲ(二代機)和殲10機上,用鈦量也僅為2%-3%左右,使用的鈦合金有T圖9示出了A380飛機用鈦的部件。圖10示出6Al4V,TC1,T-1023,Ti-15-3等。典型部件有鴨了A380飛機發(fā)動(dòng)機吊架用鈦的具體情況?？梢钥匆磙D軸梁、后機身的框、接頭和口蓋、59框垂尾接出,在一個(gè)大構件中,在不同部位雖使用同一種鈦頭、腹鰭接頭和油箱下壁隔板等。用鈦部件為局部合金材料,但需要采用不同的熱處理規范。它表明,溫度較高的部位。q鈦工業(yè)進(jìn)展第21卷發(fā)展初期,稀少而昂貴的鈦基本上都用于航空。目前,航空仍是鈦的第一大市場(chǎng)。雖然隨著(zhù)鈦在民用領(lǐng)域的推廣,鈦在航空部門(mén)的應用比例在下降,但在將來(lái),航空還是鈦的重要市場(chǎng)之一。目前世界年產(chǎn)鈦材約6萬(wàn)噸,其中航空用鈦約占50%。但各國航空業(yè)的發(fā)展狀況不同,航空用鈦的比例差異很大,美國和歐洲航空用鈦比例最高,俄羅斯次之。日本和中國航空用鈦比例很小,主要是因為不生產(chǎn)大型客機和大批量高鈦的戰斗機圖10A380飛機吊架用鈦情況對鈦來(lái)說(shuō),航空業(yè)不僅是鈦的主要市場(chǎng),對其產(chǎn)量的高低有嚴重影響,而且是鈦技術(shù)進(jìn)步的主要世界航空領(lǐng)域正在蘊釀著(zhù)重大的突破。在21世動(dòng)力。例如,航空對鈦的高性能要求促進(jìn)了鈦合金紀的天空中,將出現一種嶄新的飛機——太空飛機。品種的發(fā)展,實(shí)用的幾十種鈦合金中絕大多數是根乘坐這種飛機,從莫斯科到紐約的時(shí)間將從10h縮據航空需要而研制的,包括各種耐熱鈦合金、Ti基短到50min。乘坐太空飛機,人可以在地球的一面復合材料、T2A和TA基合金及高強高韌性鈦合金居住,而在地球的另一面上班。人們的時(shí)空觀(guān)念將等等。隨著(zhù)航空設計概念由單純靜強度設計、安全發(fā)生很大變化,地球真正成為“地球村壽命設計向破損一安全設計的演進(jìn),飛機的設計俄羅斯科學(xué)家設計的太空飛機有雙層座位,可選材判據發(fā)生了很大變化,鈦合金作為重要的航空搭載600人。飛機升到100kg高空,繞地球飛行。結構材料,其發(fā)展方向也受到深刻的影響。在國際飛機時(shí)速在2-3萬(wàn)公里。一張機票的費用約15萬(wàn)上,一些高斷裂韌性(Kc,K)、低裂紋擴展速率美元,它將使許多人享受太空旅游的樂(lè )趣和超凡的(da/dN)和高損傷容限(臨界裂紋長(cháng)度ε)的鈦合快捷和便利。太空飛機可在一、二類(lèi)機場(chǎng)起降,它金或熱處理狀態(tài)的鈦材正受到重視而得以快速發(fā)展還能釋放衛星和運送貨物,它運送貨物的費用比常并獲得重要應用。提高鈦合金損傷容限的重要措施規火箭與航天飛機要低得多。是采用β工藝(熱處理和B變形)和降低間隙型元太空飛機的特點(diǎn)是:采用強大的火箭發(fā)動(dòng)機,素含量,改變材料的顯微組織,用片狀組織取代常發(fā)動(dòng)機在低空燒煤油,在高空燒液氫,具有最佳的規的等軸組織或雙態(tài)組織。例如,美國某公司在設發(fā)動(dòng)機效能;機身與機翼整合設計;飛機的耐熱層計F-100發(fā)動(dòng)機“冷端”部件時(shí),要求盤(pán)件在產(chǎn)生由陶瓷層、纖維層、吸熱多孔復合材料、鈦金屬層0.8mm長(cháng)度的表面裂紋后仍能安全作用4000h(三和液氫冷卻層組成。在太空飛機上,既耐高溫又耐個(gè)大修周期)。原來(lái)盤(pán)件用強度較高而韌性較低,裂液氫超低溫的金屬鈦將起非常關(guān)鍵的作用紋擴展速率較快的T6246合金(∞≥1157MPa),俄羅斯專(zhuān)家預計,大約經(jīng)10~15年,投資約60重新設計時(shí),改用強度較低(∞02≥824MPa)而韌億美元,可將設計變?yōu)楝F實(shí)。據稱(chēng),美國也在開(kāi)展性較好和裂紋擴展速率低的Ti6A4V后,盤(pán)件壽命太空飛機研究,兩年后就拿出自己的太空飛機試驗由3100h提高到10000h,在盤(pán)件出現08mm裂樣機,目前已有600家公司參與研發(fā)工作。紋后還可使用5600h,使壽命期費用降低37%。另21世紀的天空將是一個(gè)航空航天器飛舞的天空,一種高損傷容限合金Ti62DT(低間隙型T625)代比一代先進(jìn)的航空航天器將登臺亮相,它們將合金大量應用于F22“猛禽”戰機的機體。極大地改變人類(lèi)的時(shí)空觀(guān)與生活方式,將人類(lèi)文明航空應用也促進(jìn)了鈦的各種先進(jìn)熔煉與加工技推向一個(gè)新階段。在這場(chǎng)航空、航天交響樂(lè )中,年術(shù)的發(fā)展,如電子束冷床爐熔煉是為降低鈦航空轉輕的金屬鈦將展現它的獨特魅力。動(dòng)件的夾雜而研發(fā)的,等溫鍛造、精密鑄造、超塑成型/擴散連接、激光加工等近凈成形技術(shù)也是在航3鈦與航空共存共榮空需求的推動(dòng)下迅速發(fā)展起來(lái)的。實(shí)際上,各國鈦科技研究經(jīng)費絕大多數也都與航空項目有關(guān)。未來(lái)鈦為航空服務(wù),航空是鈦的重要市場(chǎng)。在鈦的航空的發(fā)展離不開(kāi)鈦,鈦的發(fā)展與航空技術(shù)的進(jìn)步炬:鈦與航空息息相關(guān),鈦與航空共存共榮機的需求量也很大。另外,一批老式的A330-600應該指出的是,航空對鈦的影響也有消極的一型飛機需要更新?lián)Q代。也就是說(shuō),平均每年約需增面。一是航空受軍事、政治、經(jīng)濟等因素的影響較購100架大型民航機。中國經(jīng)濟迅速發(fā)展,商務(wù)往大,飛機特別是軍機的需求量周期性很強,波動(dòng)量來(lái)擴大,實(shí)行西部大開(kāi)發(fā),加入WTO,舉辦2008很大。當美國推出一種新軍機時(shí),常形成一種暫時(shí)奧運會(huì )和2010年世界博覽會(huì )都是促進(jìn)中國航空業(yè)繁材釆購高潮,出現鈦市場(chǎng)興旺、供不應求的現榮的重要因素。如果每年生產(chǎn)100架大型民航機和象。當批量釆購完成或軍機計劃削減或取消時(shí),鈦50架第三代戰機及相應的飛機發(fā)動(dòng)機,估計每年需材就滯銷(xiāo),生產(chǎn)過(guò)剩。這樣就造成世界鈦市場(chǎng)的周要7000t~800t鈦材。但不管怎么說(shuō),需要的鈦期性波動(dòng),即“三年一小災,十年一大災”的現象,材數量也只有幾千噸。不會(huì )使整個(gè)鈦產(chǎn)業(yè)的規模有使有的廠(chǎng)家遭受?chē)乐負p失。一種新戰斗機從構想到根本性的變化。航空市場(chǎng)對鈦是重要的,又是有限批量生產(chǎn)、裝備部隊通常需15~20年,差不多一代的。中國現在還不能造大型民航機(干線(xiàn)飛機),中人的時(shí)間。這期間會(huì )有許多不確定的事情發(fā)生。對國的航空鈦市場(chǎng)絕大部分將被空客或波音公司占領(lǐng)。從事鈦研究與生產(chǎn)的企業(yè)是一個(gè)嚴重的考驗。另外中國生產(chǎn)過(guò)“運5”至“運12”的系列小型民鈦材的航空標準非常嚴,這種過(guò)嚴的標準常被其它機。在大型民航機的生產(chǎn)方面,我國還處于初級階行業(yè)盲目套用,致使提高了鈦材的生產(chǎn)成本,不利段。我國通過(guò)與美國麥道公司的合作,在上海生產(chǎn)于鈦的應用推廣。這些問(wèn)題值得注意。過(guò)MD-828型150座客機,國產(chǎn)化率為70%?，F在,中國航空工業(yè)第二集團所屬的哈爾濱飛機工業(yè)中國的航空鈦市場(chǎng)集團、哈飛航空工業(yè)股份公司與巴西航空工業(yè)公司聯(lián)合組建了“哈爾濱婆博威飛機工業(yè)有限公司,合我國經(jīng)濟正在持續髙漲,GD尸年增長(cháng)率在7%以作生產(chǎn)ER45”型噴氣客機,它是一種50座支線(xiàn)客上,進(jìn)出口外貿額的增長(cháng)率高達二位數。這無(wú)疑將機,是1996年才投放市場(chǎng)的先進(jìn)客機。另外,我國推動(dòng)中國航空市場(chǎng)的快速增長(cháng)。國外航空界權威人多家航空制造廠(chǎng)還為國外航空廠(chǎng)家生產(chǎn)過(guò)飛機零部士指出,中國是一個(gè)市場(chǎng)潛力巨大的國家,有望在未件。這一切,都為我國獨立自主地生產(chǎn)大型民航機來(lái)20年內成為僅次于美國的世界第二大航空市場(chǎng)。打下了基礎?？梢灶A期,中國牌民航機翱翔五大洲對未來(lái)的航空市場(chǎng),歐洲空客公司、波音公司的日子一定會(huì )到來(lái)。都有過(guò)深入的分析與定量預測。例如,空客公司預由此可以得出兩點(diǎn)結論:(1)要努力發(fā)展中國測,未來(lái)20年,中國將需要大約1600架大型飛機。的民用航空技術(shù)和努力提高鈦生產(chǎn)的技術(shù)水平,生中國國內航線(xiàn)對100座-180座的單通道飛機有800產(chǎn)出質(zhì)高價(jià)低的航空鈦材,爭取進(jìn)入國際航空市場(chǎng),架需求;一些繁忙的國際航線(xiàn),對200座-300座級才能在中國實(shí)現鈦與航空業(yè)的共存共榮。(2)做大寬體客機有300架需求。到2020年,中國對客機的做強中國及世界的鈦產(chǎn)業(yè),必須大力發(fā)展非航空應座位數量將增加4倍,即從9.7萬(wàn)個(gè)增加到38.8萬(wàn)用,如鈦在化工、能源、汽車(chē)、建筑、海洋工程等個(gè)。中國貨運市場(chǎng)對A300-600和A330-200貨運領(lǐng)域的應用。Titanium and AviationDeng JuNorthwest Institute for Nonferrous Metal Research, Xi'an 710016, China)Abstract: The development route and status of the aviation in the world during last 100 years are summarized. The contribution of tita-nium to the aviation and the application of titanium materials in airplanes are reviewered. The titanium aviation market in China for theial stage of 21th century is prospectey words: titanium: aviation: airplane