【行業】國防軍工-鈦合金一體化布局是趨勢(47頁)

金屬鈦及鈦材較其他金屬材料具有一系列比較優勢,是國家重要戰略金屬材料之一。鈦呈銀白色,熔點高達1668℃,屬于難熔稀有輕金屬。鈦具有密度小、比強度高、導熱系數低、耐高溫低溫性能好、耐腐蝕能力強、生物相容性好等特點,在航空航天等高端領域的應用遠優于其他合金。具體來看,相同拉伸和疲勞強度下,鈦合金能降低航空設備重量,可替代鋼等;鈦合金能夠在相對高溫的環境下使用,可替代鋁合金等;鈦合金化學性能穩定,具備良好的耐蝕性能,可替代鋁合金部件等;鈦合金與聚合物基復合材料有良好的匹配性。

以美國為例,美國三軍裝備升級,先進戰機及發動機市場空間較為廣闊。F-35戰斗機是美國研制的低成本、新一代多用途戰術攻擊機,使用的動力裝置是F135推進系統。從開始研制,F135推進系統就選定了F119改進型發動機作為主推進系統,發展常規起落型F135-PW-100推進系統和艦載短距起落型F135-PW-600推進系統這兩種型別的常規渦扇發動機。采用通用主推進系統,可實現一機多用,提高經濟可承受性。投入使用后,F-35戰斗機將替代AV-8B “鷂”式、A-10、F-16、F-15、F/A18E/F、英國“鷂”式GR-7和“海鷂”戰斗機。根據2020年CRS REPORT發布的《F35 Joint Strike Fighter (JSF) Program》,美國國防部共計劃購買2456架F-35,截至2019年12月,估計總采購成本約為3978億美元。未來美軍對F-35采購數量持續上升。美國政府2020財年國防撥款法案最終的綜合預算法案為采購98架F-35戰斗機,含62架F-35A,16架F-35B,20架F-35C,其中也包括14億美元的預先采購。美國政府2021財年國防預算為F-35項目提供114億美元的采購資金。

飛機設計方法的發展推動上游鈦合金材料等高端材料向高性能方向發展。隨著飛機設計由靜強度(指結構在常溫條件下承受載荷的能力)發展到耐久性/損傷容限型設計等,鈦合金材料也從追求單一高性能到追求綜合高性能方向發展,以滿足飛機的長壽命與高減重的設計需求。參考《新型航空高性能鈦合金材料技術研究與發展》(航空工業出版社,2013),鈦合金的應用水平是衡量飛機選材先進程度的重要標志之一,是影響飛機作戰能力的重要因素,“十五”以前,我國第三代軍機上的用鈦量普遍在5%以下,而國外同期的F-35和F-22等第四代飛機上的鈦合金用量已達38.8%,鈦合金整體構件最大投影面積達5.53m2,而且損傷容限型鈦合金已得到成熟應用。新一代飛機和高性能航空發動機對輕質高強材料提出更苛刻的綜合高性能要求,如基本要求強韌性匹配和強塑性匹配,在使用性能方面要求高疲勞性能與損傷容限性能匹配、疲勞性能與蠕變-持久性能匹配。例如據西部超導招股書,“2005年以來隨著我國新型戰機計劃啟動,更高的戰機性能對航空用結構鈦合金提出了苛刻要求,當時此類鈦合金尚屬于國內空白產品。”

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