点阵材料在航空发动机中的研究进展与应用

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32073

材料工程与机械制造

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点阵材料在航空发动机中的研究进展与应用

田伟(), 刘砚飞, 张少平, 张汪洋, 张东哲, 郭会明, 李祚军

中国航发四川燃气涡轮研究院，成都 610500

收稿日期:2025-04-03 修回日期:2025-04-29 接受日期:2025-05-30 出版日期:2025-06-23 发布日期:2025-06-20
通讯作者: 田伟 E-mail:tianwei62418@163.com
基金资助:
中国航发自主创新专项资金(ZZCX-2023-006)

Research progress and application of lattice materials in aero-engines

Wei TIAN(), Yanfei LIU, Shaoping ZHANG, Wangyang ZHANG, Dongzhe ZHANG, Huiming GUO, Zuojun LI

AECC Sichuan Gas Turbine Establishment，Chengdu 610500，China

Received:2025-04-03 Revised:2025-04-29 Accepted:2025-05-30 Online:2025-06-23 Published:2025-06-20
Contact: Wei TIAN E-mail:tianwei62418@163.com
Supported by:
Independent Innovation Special Fund of China Aviation Industry Corporation(ZZCX-2023-006)

摘要/Abstract

摘要：

点阵材料作为一种具有轻质、高强、多功能特性的新型结构材料，在航空发动机领域展现出巨大应用潜力。结合团队研究成果，系统阐述了点阵材料的结构类型（杆状、板状、曲壳型）、化学成分（树脂、金属、陶瓷）及制造工艺（熔模铸造、增材制造等），重点分析其强换热、高隔热、高比强、抗冲击和定制膨胀等功能特性。概述了当前主要点阵材料的结构形式、化学成分、制造工艺及其功能特性，重点分析了强换热、高隔热、高比强、抗冲击和定制膨胀等点阵材料在先进航空发动机的叶片、机匣、换热器、轮盘等典型构件中的应用方案、实施途径和技术收益。研究表明，点阵材料通过结构功能一体化设计，可显著提升航空发动机的性能、可靠性与轻量化水平。未来需重点突破空间约束下的结构优化、极端环境下的性能稳定性及多物理场耦合分析等关键技术，推动其工程化应用。

关键词: 点阵材料, 航空发动机, 结构功能一体化, 结构设计, 增材制造

Abstract:

Lattice materials， as novel structural materials characterized by lightweight construction， high strength-to-weight ratio， and multifunctional capabilities， exhibit substantial application potential in aerospace propulsion systems. Drawing upon findings from our research team， this paper systematically examines the structural classifications （rod-like， plate-like， curved-shell configurations）， material compositions （polymer matrix composites， metallic alloys， ceramic matrices）， and fabrication methodologies （investment casting， additive manufacturing techniques） of lattice materials， with particular focus on their functional attributes including enhanced thermal conductivity， superior thermal insulation performance， exceptional specific strength characteristics， impact resistance capacity， and tunable coefficients of thermal expansion. Contemporary lattice material systems are comprehensively analyzed through comparative evaluation of their architectural configurations， constituent materials， manufacturing technologies， and resultant functional properties. The investigation specifically addresses implementation strategies for lattice materials demonstrating enhanced heat dissipation， thermal barrier capabilities， mechanical performance metrics， energy absorption characteristics， and customized thermomechanical responses in critical aerospace engine components such as turbine blades， combustion chamber linings， heat exchangers， and rotating disk structures. Empirical evidence demonstrates that integrated structural-functional design approaches enable lattice materials to significantly enhance overall system performance parameters， operational reliability thresholds， and weight reduction efficiencies in aerospace propulsion applications. Future technological advancements should prioritize resolving key technical challenges including multiscale structural optimization under geometric constraints， long-term performance stability under extreme service conditions， and accurate predictive modeling of coupled thermomechanical phenomena to accelerate industrial adoption of these advanced materials.

Key words: lattice material, aero-engine, integration of structure and function, structural design, additive manufacturing

中图分类号:

田伟, 刘砚飞, 张少平, 张汪洋, 张东哲, 郭会明, 李祚军. 点阵材料在航空发动机中的研究进展与应用[J]. 航空学报, 2026, 47(11): 432073.

Wei TIAN, Yanfei LIU, Shaoping ZHANG, Wangyang ZHANG, Dongzhe ZHANG, Huiming GUO, Zuojun LI. Research progress and application of lattice materials in aero-engines[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(11): 432073.

图/表 12

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点阵材料在航空发动机中的研究进展与应用

Research progress and application of lattice materials in aero-engines

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