渦扇機的扇葉 使用的是鎳鉻鐵合金製造的 還是碳纖維

提起渦扇發動機的扇葉大家都知道,目前製造渦輪葉片的材料一般是鎳鉻鐵合金,但是另一種材料——碳纖維,碳纖維作為一種複合材料強度高且質量小,為什麼在對重量極為敏感的航空工業的渦扇機的涵道扇葉仍使用的是傳統金屬?

渦扇機的扇葉 使用的是鎳鉻鐵合金製造的 還是碳纖維

複合材料輕,強度高,非常適合應用於熱負荷不大的發動機冷端部件葉片的製造。就目前最新研製的先進大涵道比民用渦扇發動機來說,複合材料風扇葉片的應用是呈普遍化趨勢的。但是綜合來說以下幾個因素限制了它的應用:

渦扇機的扇葉 使用的是鎳鉻鐵合金製造的 還是碳纖維

1.碳纖維複合材料是各向異性材料,在不同方向上表現的力學性能是不一樣的。現代大涵道比渦扇發動機的風扇葉片為了追求氣動性能都採用彎扭複合等複雜的葉型設計,同時風扇葉片在工作時需要承受相當大的氣動載荷和離心載荷,對於形狀不規則的葉片來說其可能的失效形式就更加複雜。對於尺寸相對較大的風扇葉片來說,對碳纖維的編織方法和葉片的製造工藝提出了很高的要求。

2.碳纖維複合材料雖然強度大,但是抗外物打擊能力要弱於當前用於製造風扇葉片主要的金屬材料,發動機在適航過程中要進行一系列極端條件下的測試,包括髮動機吞鳥、吞冰以及包容性測試等,純複合材料葉片很難扛得住。所以包括GE90、Leap等使用複合材料葉片的發動機都是採用鈦合金包邊形式的

渦扇機的扇葉 使用的是鎳鉻鐵合金製造的 還是碳纖維

3.碳纖維複合材料產能有限,價格偏高,目前來說普遍情況是這樣。

4.還有就是空心鈦合金葉片的不斷髮展。雖然重量上碳纖維複合材料仍然優勢明顯,但是對於中小風扇尺寸的發動機來說,空心鈦合金葉片仍然有很大的吸引力。羅羅早在上世紀60年代就開始研發空心鈦合金葉片,但難度極大,性能不穩定,生產工藝達不到要求,前後發展了至少兩代,空心鈦合金葉片在很長一段時間一直是羅羅的獨門絕技,隨著SPF/ DB技術的發展,直到上世紀八九十年代,普惠和GE先後研製了各自的空心鈦合金葉片。包括羅羅最新推出的Advance和UltraFan,使用了碳/鈦合金(CTi)複合材料的風扇葉片和機匣,也代表了先進複合材料的發展趨勢,以兼顧碳纖維輕量和金屬材料可靠耐用的優點。

渦扇機的扇葉 使用的是鎳鉻鐵合金製造的 還是碳纖維

我國大型客機發動機驗證機CJ-1000AX去年底在上海裝配成功,該臺驗證機就使用了航空工業製造院研製的鈦合金寬弦空心風扇葉片,對於複合材料技術尚處於落後地位的我國來說發展空心鈦合金葉片也不失為極其明智的選擇。

但是總的來說,碳纖維複合材料風扇葉片的上述缺點隨著技術的發展會被不斷克服,複合材料風扇葉片仍然代表了未來先進航空發動機風扇葉片的發展方向,這是不容否認的。


分享到:


相關文章: