罗尔斯航空发动机公司（CMC面向商用航空发动机产品的机遇与挑战）

CMC 作为一种新型材料，通过相应的新结构设计，运用到商用航空发动机制造时，需要进行大量实测评估、试验考核，以确保产品的安全和可靠性、满足适航要求。

美国的CMC 应用领先离不开诸多创新型高科技企业的支撑，诸如以MATECH、ATK 和COICeramicsInc. 等高科技企业作为创新主体的CMC 产业链初具规模。研发力求稳定CMC 性能和增加陶瓷纤维（氧化物和非氧化物）产量，各供应商基于成熟的定型工艺，已从全尺寸的演示、试制件考核中获得良好的评价结果。

作为新的发动机用材，基于CMC 风险因素考量，CFM 先期仅在固定部件上应用，现有技术成熟度可满足固定部件的可靠性要求，未来CMC 材料还将用在发动机的更多部件上。CMC 还存在若干阻碍其商用推广的问题需要解决：

首先，CMC 材料性能数据短缺、设计应用经验不足，需要开发特定应用环境下寿命评估方法的及必要的软件工具。

由于纤维增强CMC 结构强度具有很大的随机性，作为航空发动机的高温部件无法采用常规金属部件惯用的安全系数等确定性设计方法，有必要采用概率设计方法，进行可靠性分析。同时，还要重视CMC材料标准、性能数据、寿命评估方法与工具等体系方面的积累，建设基于CMC 数据库支撑的评价方法，形成一套完整、经过验证的CMC 适航符合性设计与验证技术体系。

依据中国民用航空发布的新版《航空发动机适航规定》，CMC 作为商用航空发动机用用的新材料，需要满足第33.15 条的规定：发动机所用材料的适用性和耐久性必须满足下列要求：（1）建立在经验或试验的基础上；（2）符合经批准的规范（如工业或军用规范），保证这些材料具有设计资料（数据）中采用的强度和其他性能。

其次，CMC 部件的制造费用仍高出传统高温合金数倍，成本偏高，需在确保质量的前提下，实施精益制造，改进加热温度、升温时间、降温周期等来控制工艺各周期中化学组分的变化，通过缩短循环周期等优化批量生产工艺来有效降低成本，实现最佳效益。今后，如何运用CMC 提高航空发动机性价比，是在商用航空发动机普及应用该先进材料的一大挑战。

再则，发动机构件工况苛刻，某些部件需暴露于高温、氧化、冷热冲击循环中，还需承受水汽、氧和燃烧固体颗粒的侵蚀；若在海上飞行，还要承受海盐的侵蚀，燃烧室还需耐受由富含燃烧副产物氯化盐和硫酸盐等所引起的加速氧化等考验。

此外，CMC 的表面完整性精细加工也应引起足够重视。因为SiC的硬度接近金刚石，工业上常用作磨料或刀具来加工其他材料，所以需采用坚硬的金刚石来研磨，近年来借助脉冲激光手段加工精细微孔等渐受青睐。

还有需要引起重视的关联技术，就是CMC与金属间的联结和结构完整性（Joining and Integration）工艺探索，随着扩散连接（焊）（Diffusion bonding）、高温耐久钎焊（Brazing）的进步，必将开拓以金属骨架接合CMC 结构为代表部件的广阔应用领域。

国际同行普遍认为，CMC 是发动机高温结构材料的技术制高点之一，技术门槛高、投入大，通常反映所国航空装备设计和制造能力的顶尖水准。目前仅有美国、法国等少数国家掌握高性能SiC 纤维和致密化CMC 的产业化技术。

SNECMA公司研制的复杂形状的CMC制Mixer部件

GE 旗下的航空业务集团已计划在GE9X 燃烧室衬套、高压涡轮喷嘴、外环和涡轮叶片这些热端部件上使用CMC 材料；相应地，LEAP 系列发动机也能从GE9X 项目中借鉴诸多宝贵的工程化和产品化经验。

尽管当年GE90 发动机上采用宽弦叶片也广被质疑，最终是通过实践证明了其正确的选择。GE 方面已经为CMC 材料进行过大量测试，与风扇叶片从金属材料转到树脂基复合材料所付出的时间等考验相类似，转向CMC 的应用同样需要花费相应的代价来证明，允许人们从中建立起对CMC 安全可靠应用的信念。

出于风险控制的考量，现阶段CMC还只能应用在固定部件上。基于已有的数据有理由相信，随着研究深入和科技进步，稳固而扎实的创新将渐趋完美地发挥出CMC的优异特性，未来势必开拓出更多商用航空发动机核心部件上的新应用。

国内商用发动机由中航工业商发作为主承制商，牵头实施国家级商用发动机研发项目，负责组织国内外产、学、研优势资源，通过强强联合、协同攻关拓展国际国内合作空间，为涡轮静子件、浮动瓦块应用扫清路障，逐步夯实CMC 工程化、产业化的应用基础。