让航空工程师头疼的“钛火”

我们都知道木材、煤炭等易燃材料，在高温或有引燃剂的情况下会发生燃烧。但很少有人知道，其实金属也会发生燃烧现象，甚至会引发爆炸。飞机发动机上的钛合金着火（即“钛火”）事故，就是金属燃烧的一种典型案例。

金属钛并非自燃金属，无论是板状、块状甚至是粉末状都是不能自燃的。那钛火究竟是怎么回事呢？

钛的熔点是1660℃，而航空发动机中钛合金机件的工作温度通常不超过600℃，远远低于钛的燃点。所以在正常情况下，发动机不可能出现钛火故障。但如果遇到剧烈冲击、摩擦等极端情况，导致局部温度升高，就会造成钛合金机件起火，继而引起整台发动机和飞机失火。

钛火的范围可从轻微的叶尖燃烧、后缘区燃烧，发展到大范围燃烧，有时甚至造成机匣烧穿。而航空发动机钛火的燃烧速度相当快，从开始到结束不过4~20秒。在如此短的时间内采取灭火措施是不太可能的，因此，必须研究一些钛火防护技术，从源头上杜绝钛火故障的发生。

国内外航空发动机都曾发生过钛火事故。20世纪70年代以来，仅美国和前苏联就分别发生过一百多和三十余起发动机钛火事故，其中，由高压压气机转子叶片引起钛火事故的比例高达22.5%，涡轮故障达20%，严重制约了钛合金在发动机上的应用。虽然钛火危害很大，但目前还没有更好的材料能够完全取代钛合金在航空发动机上的应用，为了保证钛合金的使用安全性，防钛火技术成为各国急需解决的技术瓶颈问题。

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为了解决钛火问题，世界各国的航空动力和航空材料专家一直致力于钛火防护技术的研究，并取得了一定的研究成果。如：改进发动机结构设计，降低钛合金机件摩擦的可能性并避免钛合金机件的直接摩擦；在钛合金零部件的表面喷涂阻燃涂层，起到延缓或阻止燃烧的作用；研究开发具有良好阻燃性能的阻燃钛合金，从根本上解决钛合金容易起火燃烧的问题。

目前英、美、俄等国家都研制出了各自的阻燃钛合金，并已在发动机上获得了应用。我国对钛火现象的研究起步较晚，但也取得了一些进展，研制出了钛-铬-钒系新型阻燃钛合金Ti40(Ti-25V-15Cr-0.2Si)和Ti14(Ti-1Al-13Cr- 0.2Si)。但是，钛火这一问题尚未取得实质性的研究突破，并没有一种能完全避免钛火，同时又不影响飞机性能的方法。

总而言之，钛火是一个多学科交叉的研究领域，也是一个亟待解决的世界难题，它需要材料、制造、摩擦、燃烧和设计等专业领域的人员共同努力，一起来使航空飞机的性能得到进一步提高。

参考文献：

[1] 罗秋生.发动机高压压气机防钛火技术研究[D].电子科技大学, 2010.

[2] 人民网科普：《金属燃烧不稀奇 “钛火”引发飞机失事时有发生》

[3] 霍武军,孙护国.航空发动机钛火故障及防护技术[J].航空科学技术,2002(04):33-36.

[4] 魏东博,张平则,姚正军,徐重.钛合金阻燃技术的研究进展[J].机械工程材料,2010(08):9-12.

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