航空发动机材料有哪些突破

航空航天飞机简称空天飞机。这是一种既能航空又能航天的飞行器。空天飞机的设计思想并不新鲜，早在20世纪30—40年代德国研制V—2火箭时就已出现过。20世纪50—60年代，美国还用X系列飞机做过大量飞行试验。只是由于技术、经济诸方面的原因，这种跨大气层飞机的设想一直未能实现。

近些年来，英国、美国、德国、日本纷纷提出了研制空天飞机的计划，原因不外有两个：一个是当前世界航天技术正处于高速发展的时期，近地轨道较大规模的开发利用已迫在眉睫，迫使航天大国寻求一种经济、有效的能在天地间往返的运输系统，以取代昂贵的航天飞机；另一个是在20世纪80年代以来，超音速燃烧冲压发动机技术、耐高温材料和超级计算机技术取得了重大突破，为空天飞机的研制提供了技术基础。

空天飞机有哪些优越的特点？航天飞机只能在发射台上垂直起飞，采用火箭发动机作推进系统，双级入轨，只能部分重复使用，只可担航天运载任务。空天飞机采用航空、火箭两种发动机作推进系统，可以水平起飞，可任意选用两级或单级入轨方式，可完全重复使用，既能作航天运载器，又能作航空飞机。

空天飞机的结构复杂，研制难度极大，其中最关键的是推进系统，主要分两大类：吸气式发动机和火箭发动机。吸气式发动机只带燃料，需要吸取大气中的氧作为氧化剂，只能在大气层内飞行。但由于不带氧化剂，每单位推力所消耗的推进剂量要比火箭发动机小得多。火箭发动机既带燃料，又带氧化剂，在大气层内外都能工作，所以迄今的所有航天运载器全部使用火箭发动机。

目前的吸气式发动机中，涡轮喷气发动机最大只能达到3—3.5倍音速，远远不能满足航天发射的要求，为此需要研制一种新式的吸气式发动机——“组合式超音速燃烧冲压喷气发动机”。

这种发动机兼具涡轮喷气发动机和超音速燃烧冲压发动机的特点，理论上可在0.25倍音速之间工作。美国从上世纪50年代末就开始研究超音速燃烧冲压式发动机，但至今尚未成功。推进系统的另一个难点是吸气式和火箭发动机如何最佳地配合工作。

空天飞机的研制还需要攻克其他许多技术难关。例如，空天飞机的机身、机翼和发动机系统应进行一体化的气动设计，这就要求利用高马赫数的风洞试验设备和超级计算机进行试验和计算；空天飞机需要使用先进的耐高温材料，如高级钛合金材料、碳—碳复合材料和高级金属基复合材料。因此，国外不少专家认为，研制空天飞机是风险性最大的一项航空航天工程。

鉴于空天飞机研制风险大，耗资巨，各国对空天飞机都采取了积极而慎重的态度。空天飞机可望成为21世纪最先进、最经济有效的航天运载系统。