航空工業(yè)是一個國家軍用和民用技術(shù)的核心產(chǎn)業(yè)之一，具有用途廣泛，科技含量高，產(chǎn)業(yè)鏈長，回報率高的特點(diǎn)，受到了各個大國的巨大的重視，而航空發(fā)動機(jī)則是航空產(chǎn)品最特殊的一種，被稱為王冠上的珍寶，航空發(fā)動機(jī)需要做到輕重量，高推力，低油耗，高可靠，容易維修，長壽命等要求，開發(fā)制造難度為所有航空部件之最！
這也是中國航空工業(yè)最大的瓶頸，長期以來中國航空發(fā)動機(jī)水平一直大量進(jìn)口外國產(chǎn)品，根本原因是國產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)水平太差，軍用產(chǎn)品比先進(jìn)國家落后20-30年，民用產(chǎn)品落后更多，沒有一款先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)，就不可能有先進(jìn)飛機(jī)，所以中國航空發(fā)動機(jī)加大了研發(fā)力度，最近取得重大突破！
航空發(fā)動機(jī)采用復(fù)合材料葉片時間很久，但是設(shè)計制造難度很大
江蘇省科技廳日前公示2019年度江蘇省科學(xué)技術(shù)獎綜合評審結(jié)果，揚(yáng)州江蘇新?lián)P新材料公司的“航空航天用高性能復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”研發(fā)項目，獲得省科技進(jìn)步一等獎，這一技術(shù)已開始應(yīng)用在我國獨(dú)立開發(fā)的第一款大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)CJ-1000的冷端風(fēng)扇葉片研發(fā)上，未來將應(yīng)用于國產(chǎn)大型飛機(jī)C-919上，這種技術(shù)未來可能擴(kuò)展到CR-929遠(yuǎn)程飛機(jī)發(fā)動機(jī)上。
據(jù)該公司介紹，該產(chǎn)品為復(fù)合材料風(fēng)扇葉片，主體結(jié)構(gòu)為全碳纖維增強(qiáng)高韌性環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，采用預(yù)浸料/熱壓罐成型工藝固化成型，葉型為復(fù)雜多曲面形狀；為有效防止風(fēng)砂沖擊，在葉片前緣粘接鈦合金金屬包邊。相比于以往風(fēng)扇葉片，具有輕質(zhì)量、高強(qiáng)度、優(yōu)越的抗疲勞性能、抗振動性能等優(yōu)點(diǎn)。
這是中國自主研發(fā)的CJ-1000A大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)，和美國LEAP發(fā)動機(jī)對陣
產(chǎn)品數(shù)據(jù)為：風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)直徑1981mm，葉片弦長369.2mm，葉片高度763.94mm；工作溫度：-55℃~110℃，短期120℃，最大葉尖切線速度為28km/min，壽命滿足發(fā)動機(jī)15000小時或8000次循環(huán)；疲勞試驗考核：低周壽命大于15000小時；高周疲勞試驗達(dá)到3×10000000（7個0）次循環(huán)。
目前，美國GE公司研發(fā)的GEnx發(fā)動機(jī)是世界上唯一采用復(fù)合材料大涵道比風(fēng)扇葉片的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。采用此寬弦無凸肩葉型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計，將葉片尺寸變大，進(jìn)口流量增加，風(fēng)扇效率提高，從而大大提高發(fā)動機(jī)的推力、增加涵道比、降低耗油率。同時復(fù)合材料比重小的特點(diǎn)使葉片在尺寸變大的情況下未增加葉片離心負(fù)荷，還能滿足輪盤運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和包容性要求。
美國GE公司擁有最強(qiáng)悍的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片制造技術(shù)，打造了無與倫比的發(fā)動機(jī)性能優(yōu)勢
中國這款葉片究竟出彩在哪里？
對于大涵道比發(fā)動機(jī)來說，依靠發(fā)動機(jī)進(jìn)口風(fēng)扇巨大尺寸和極高的旋轉(zhuǎn)速度推進(jìn)發(fā)動機(jī)外涵空氣壓縮，生產(chǎn)強(qiáng)大動力，這是新型發(fā)動機(jī)省油高效的秘籍之一，巨大的利益也帶來了巨大的風(fēng)險，渦扇發(fā)動機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速每分鐘幾千轉(zhuǎn)，直徑達(dá)到了2米甚至更大，葉片承受巨大的載荷，減小葉片重量降低離心力成為一個關(guān)鍵技術(shù)。
長期以來世界各國一直采用鈦合金制造風(fēng)扇葉片，上世紀(jì)70年代英國羅羅公司曾經(jīng)嘗試過更輕更高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合材料制造風(fēng)扇葉片，但是投入巨資后，風(fēng)扇爆發(fā)嚴(yán)重的開裂質(zhì)量問題，最終導(dǎo)致羅羅公司破產(chǎn)，這成為世界航空發(fā)動機(jī)發(fā)展歷史上最慘痛的一次教訓(xùn)，時隔20年多年后，美國GE公司重新發(fā)起沖擊，采用復(fù)合材料制造風(fēng)扇葉片，并獲得成功，應(yīng)用在巨無霸GE90發(fā)動機(jī)上，也成就了波音777雙發(fā)擊敗對手四發(fā)的奇跡！
這是美國GE90發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇葉片，采用復(fù)合材料和金屬復(fù)合設(shè)計
從該公司介紹來看，這款發(fā)動機(jī)葉片也采用了碳纖維復(fù)合材料和鈦合金蒙皮包覆前端的設(shè)計，主體結(jié)構(gòu)采用碳纖維復(fù)合材料，保證了葉片的重量輕強(qiáng)度高，而迎風(fēng)面則采用碳纖維蒙皮包覆，解決耐沖擊問題，而且這款葉片和GE90發(fā)動機(jī)風(fēng)扇一樣采用了復(fù)雜的彎扭設(shè)計，這種設(shè)計具備超強(qiáng)的氣動效率，能大力提升葉片推進(jìn)效率。
從理論上來說，用復(fù)合材料做成的風(fēng)扇葉片具有重量輕、成本低、抗振性能，特別是抗顫振性能好，并具有很好的損傷容限能力，但是碳纖維也具有很多頭疼的特性，比如不耐沖擊，經(jīng)常通不過飛鳥撞擊試驗而開裂分層解體，而傳統(tǒng)鈦合金材料則不存在這種弱點(diǎn)，所以，中國突破大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)復(fù)合材料風(fēng)扇技術(shù)，這是一個巨大的利好消息，中國航空工業(yè)會將得到進(jìn)一步提升！（作者署名：大水）
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