導(dǎo)語：復(fù)材葉片在民用航空發(fā)動機中的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：進入新世紀以來，多領(lǐng)域技術(shù)都得到了巨大的發(fā)展，特別是隨著交通運輸業(yè)的進步，大型民用飛機開始成為交通運輸?shù)闹髁?，因而各國開始更加重視大型飛機的研制，航空業(yè)也開始成為衡量一個國家綜合國力的重要標準。而大型飛機研發(fā)的重點以及核心技術(shù)便是發(fā)動機技術(shù)。隨著民用航空業(yè)的發(fā)展，民用航空飛機核心技術(shù)———發(fā)動機技術(shù)也發(fā)展飛速，其中復(fù)材葉片已經(jīng)逐步在多種民機型號中得以應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：民用航空；復(fù)合材料；發(fā)動機；風扇葉片

過去飛機發(fā)動機葉片主要采用金屬以及合金，隨著新材料出現(xiàn)，復(fù)合材料開始被應(yīng)用于航空發(fā)動機葉片，與金屬材料相比，其具有低重、低噪、高效的優(yōu)勢，并且復(fù)材葉片數(shù)量更少，能夠有效抗震顫、損傷，并且在抗鳥撞性上也更加優(yōu)越，滿足了現(xiàn)代民航適航需要。因而復(fù)材葉片開始受到世界各大發(fā)動機廠商的關(guān)注，并逐步得以推廣應(yīng)用。

1復(fù)合材料葉片的應(yīng)用

復(fù)材葉片制造技術(shù)主要有預(yù)浸料/壓模技術(shù)和3-DWOVEN/RTM技術(shù)。采用預(yù)浸料/模壓技術(shù)的代表有GE90、GEnx、TRENT1000及TRENTXWB發(fā)動機的復(fù)合材料風扇葉片，而LEAP-X發(fā)動機復(fù)合材料風扇葉片采用3D-WOVEN/RTM技術(shù)成型。

1.1預(yù)浸料/模壓成型葉片

采用該種復(fù)材葉片的代表主要有GE90發(fā)動機和GEnx發(fā)動機（美國GE），此外羅•羅公司也在進行相關(guān)研發(fā)。（1）GE90發(fā)動機。該型號發(fā)動機為GE公司上世紀九十年代所研發(fā)的特大推力發(fā)動機，是國外應(yīng)用于民航最早使用復(fù)材葉片的發(fā)動機之一。該發(fā)動機復(fù)材葉片使用了預(yù)浸料/模壓成形技術(shù)，葉片從內(nèi)至外逐漸減薄，葉尖厚度最薄。并且在葉身涂有防腐涂層（聚氨酯），葉背采用一般涂層，前緣包邊采用鈦合金材料，從而提高葉片鳥撞抗性。為防止復(fù)合材料在運行中分層，在葉片后緣以及葉尖處采用纖維縫合技術(shù)予以加固。葉根榫頭為三角燕尾形，其表面涂有耐磨材料以降低榫頭摩擦系數(shù)。GE90所采用的復(fù)材葉片為22片，相比較于鈦合金空心葉片，復(fù)材葉片質(zhì)量更輕，強度更高。經(jīng)過十余年的運行，證明了復(fù)合材料風扇葉片適用于具有嚴格要求的商業(yè)飛行的需要。（2）GEnx發(fā)動機。該發(fā)動機所應(yīng)用的復(fù)材葉片材料以及模壓成型工藝，同GE90相比變化不大，在此基礎(chǔ)上GEnx對GE90的復(fù)材葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了優(yōu)化。GEnx主要采用了第3代GE復(fù)合材料，外形也類似GE90-115B發(fā)動機，但由于使用了新一代三元流設(shè)計，葉片數(shù)減為18片，總質(zhì)量進一步降低。葉片尖部以及前緣使用鈦合金護套，并在葉片榫根部位，增加了耐磨襯墊，便于后期維護檢修。（3）隨著復(fù)合材料在民航發(fā)動機中的應(yīng)用，英國羅•羅公司也開始將目光從鈦合金葉片上轉(zhuǎn)移到復(fù)材葉片。其同GKN集團正共同進行碳纖維增強復(fù)材葉片的研發(fā)，該葉片同鈦合金葉片同樣薄，并且在量產(chǎn)、成本以及魯棒性上均符合民航發(fā)動機標準。目前這種碳纖維風扇葉片已經(jīng)完成了包括葉片飛出、鳥撞試驗在內(nèi)的地面試驗。

1.23-DWOVEN/RTM成型復(fù)材葉片

對于風扇葉片中等推力發(fā)動機提出的強度要求更高，因而Snecma公司在CFM56系列發(fā)動機研發(fā)中，在LEAP-X中將會應(yīng)用碳纖維對復(fù)合材料進行增強。相比較于GEnx以及GE90，所采用的碳纖維薄層鋪設(shè)技術(shù)不同，Snecma公司在LEAP發(fā)動機葉片的制造中所采用的RTM工藝，是將碳纖維進行預(yù)先編制，在樹脂注入以及葉片高壓成型之前，碳纖維便已經(jīng)成為3-DWOVEN結(jié)構(gòu)。Snecma公司在復(fù)材葉片的制造上委托了AEC公司，由于AEC公司生產(chǎn)制造自動化程度相對較高，因而其制備三維編制預(yù)制體并完成整個葉片的制造僅需要24小時。同CFM56（CFM公司）發(fā)動機相比，LEAP發(fā)動機葉片成型采用了3-DWOVEN/RTM技術(shù)，前者結(jié)構(gòu)上采用了更多的技術(shù)，而后者采用復(fù)合材料，有效減輕了發(fā)動機重量，提高了燃油效率，降低了排放量和發(fā)動機噪聲。目前，LEAP-X發(fā)動機已經(jīng)開始得到中國多種旅客機的關(guān)注，未來將會逐步在中國普及推廣。

2復(fù)材葉片的發(fā)展趨勢

因復(fù)合材料的低密度、高比強度、高比剛度，能有效降低油耗、噪音，采用復(fù)合材料葉片已成為民用航空發(fā)動機的發(fā)展趨勢。制約復(fù)合材料葉片大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素是預(yù)制體制備、復(fù)材成型技術(shù)等。

2.1預(yù)制體制備

復(fù)材葉片制造的難點之一是制備預(yù)制體。國外常用的預(yù)制體制備方法有兩種：一種是選用IM7/8551-7和IM7/M91作為預(yù)浸料并采用激光定位手工/自動化成型技術(shù)制備，適用于制備大推力、大葉盤直徑渦扇發(fā)動機的風扇葉片預(yù)制體；另一種是對IM7碳纖維進行預(yù)浸漬處理，通過3D-WOVEN/RTM自動化技術(shù)成型，主要用于制備小推力渦扇發(fā)動機風扇葉片的預(yù)制體。以往采用激光定位輔助+手工鋪疊的技術(shù)進行預(yù)制體制造，而GKN公司開發(fā)了自動化絲束鋪放設(shè)備（簡稱AFP）可實現(xiàn)預(yù)制體的自動化成型。羅•羅公司在研制TNENT系列發(fā)動機復(fù)合材料風扇葉片時使用了GKN公司的自動化纖維絲束鋪放設(shè)備，實現(xiàn)了復(fù)材葉片預(yù)制體的自動化成型，并運用超聲刀對預(yù)制體進行切割。Snecma公司率先提出了無余量預(yù)制體成型技術(shù)、預(yù)制體預(yù)變形技術(shù)以及高度自動化的預(yù)制體制備技術(shù)。Snecma公司的3DW/RTM成型風扇葉片預(yù)制體技術(shù)可降低傳統(tǒng)二維風扇葉片的分層缺陷產(chǎn)生的可能性，讓葉片頂部更薄、根部更厚；經(jīng)紗連續(xù)的變截面成型技術(shù)提高預(yù)制體的承載能力；采用高壓水射流對預(yù)制體進行無余量切割。

2.2成型技術(shù)RTM

注射成型以及模壓是目前國際上流行的復(fù)材葉片成型技術(shù)，雖然兩者在技術(shù)上具有一定的差異性，但均可稱為閉模成型技術(shù)。渦扇發(fā)動機的葉片扭轉(zhuǎn)大且為雙曲面，其結(jié)構(gòu)形式相對復(fù)雜，常規(guī)的成型技術(shù)無法滿足葉片加工精度，而閉模成型技術(shù)的成型精度高，能夠很好的滿足渦扇發(fā)動機對于葉片制造的需求，因而其逐步成為目前復(fù)材葉片成型的主流技術(shù)。隨著技術(shù)的逐步發(fā)展，目前國外開始利用復(fù)合材料模具代替金屬模具，以此保證生產(chǎn)加工中模具和零件能夠保持一致的熱膨脹系數(shù)，進而獲得更高的零件尺寸精度。此外，復(fù)材葉片成型加工技術(shù)開始引入數(shù)字仿真模擬技術(shù)，從而在技術(shù)研究前期對成形工藝進行方向性指導(dǎo)，在研制過程中合理規(guī)避風險，縮短研制周期，降低研制成本。

3結(jié)束語

復(fù)合材料以其優(yōu)越的特性開始成為民航發(fā)動機葉片的主流材料，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，復(fù)材發(fā)動機葉片的制造效率更高，自動化程度也更先進。在未來高精度、可靠性、一致性會成為復(fù)材葉片生產(chǎn)研發(fā)的主要方向。我國自主研發(fā)的大型民用客機中也開始應(yīng)用商用發(fā)動機，這為我國復(fù)材葉片的研發(fā)制造提供了一個契機，雖然目前復(fù)合材料在我國航空發(fā)動機制造中還處于初始應(yīng)用階段，復(fù)材葉片的制造業(yè)僅在起步階段，但在我國技術(shù)人員的努力下，我國自主研發(fā)的應(yīng)用復(fù)材葉片的渦扇發(fā)動機必然會在世界航空領(lǐng)域占據(jù)一席之地。

作者:廖煥文 單位:上海中航商用航空發(fā)動機制造有限責任公司

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