復(fù)合材料風(fēng)扇葉片
航空發(fā)動(dòng)為何對(duì)中國(guó)而言這么難？航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一種高度復(fù)雜和精密的人力機(jī)械，需要百年的工業(yè)基礎(chǔ)積累，而我們不僅起步晚還遭受國(guó)外壟斷和技術(shù)封鎖，只能自己琢磨。目前，尤其是大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎都是由普惠、通用等歐美巨頭高度壟斷，現(xiàn)在我們還是得清楚地意識(shí)到我們還處于“填空補(bǔ)缺”的階段。我們的很多裝備都是在等發(fā)動(dòng)機(jī)，這一直是我們的一個(gè)“心病”。近日，一家民企傳來(lái)好消息，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)。
在2019年度江蘇省科學(xué)技術(shù)將綜合評(píng)審中，揚(yáng)州某企業(yè)“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(xiàng)目獲得省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。這一技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于我國(guó)獨(dú)立開(kāi)發(fā)的第一款大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)CJ-1000的冷端風(fēng)扇葉片研發(fā)上，未來(lái)將應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)上。
復(fù)合材料風(fēng)扇葉片
據(jù)介紹，該產(chǎn)品是復(fù)合材料風(fēng)扇葉片，主體結(jié)構(gòu)是全碳纖維增強(qiáng)高韌性環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，比之前的風(fēng)扇葉片質(zhì)量更輕、強(qiáng)度更高以及抗振動(dòng)、疲勞性能都有提升。目前采用復(fù)合材料大涵道比風(fēng)扇葉片的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)只有美國(guó)GE研發(fā)的GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)。
事實(shí)上，風(fēng)扇葉片是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵，幫助航空發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道完成對(duì)氣體的壓縮、膨脹，高速旋轉(zhuǎn)的葉片將高溫高壓的氣流吸入燃燒室，以保障發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。不過(guò)由于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速極快，所以對(duì)風(fēng)扇葉片的強(qiáng)度有著極為嚴(yán)苛的要求。上世紀(jì)90年代以前，一直都是使用的鈦合金作為風(fēng)扇葉片的材料，但是鈦合金制成的葉片根部容易出現(xiàn)裂紋，影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。
GE90發(fā)動(dòng)機(jī)
當(dāng)時(shí)英國(guó)羅羅公司曾經(jīng)嘗試過(guò)更輕、更高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在風(fēng)扇葉片上，但是結(jié)局很慘，在投入巨資后風(fēng)扇爆發(fā)嚴(yán)重的開(kāi)裂問(wèn)題，最后導(dǎo)致破產(chǎn)“涼涼”。之后英國(guó)羅羅也有心理陰影了，一直避開(kāi)復(fù)合材料全部使用空心鈦合金。
當(dāng)初和羅羅一樣碰壁的還有同步投入研發(fā)美國(guó)的GE公司，最終經(jīng)歷了30年的時(shí)間，終于在GE90發(fā)動(dòng)機(jī)上完成攻關(guān)。采用了超大型復(fù)合材料風(fēng)扇葉片，讓GE90比同行更省油、更穩(wěn)定、氣動(dòng)效率更強(qiáng)。不過(guò)碳纖維材料也有弱點(diǎn)，就是經(jīng)常難以通過(guò)鳥(niǎo)撞擊試驗(yàn)而開(kāi)裂，但傳統(tǒng)鈦合金材料不存在這種弱點(diǎn)。據(jù)介紹，這次這家民企研發(fā)團(tuán)隊(duì)還在葉片前緣還包裹了鈦合金包邊，保障沙石沖刷和飛鳥(niǎo)撞擊后的安全性。
C919
值得一提的是，復(fù)合材料的風(fēng)扇葉片還是優(yōu)勢(shì)大于劣勢(shì)。它具有重量輕、成本低、抗震性能特別是抗顫振性能好，并具有很好的損傷容限能力，未來(lái)將幫助我們的大飛機(jī)C919更具備競(jìng)爭(zhēng)力。不僅是大飛機(jī)，據(jù)悉這家公司的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的產(chǎn)品，已經(jīng)應(yīng)用于“翼龍Ⅱ”無(wú)人機(jī)、快舟運(yùn)載火箭等我國(guó)高端航空航天裝備上。對(duì)于我們而言，航發(fā)的問(wèn)題著急也沒(méi)用，還是需要一步步踏實(shí)走，相信未來(lái)這樣的突破將越來(lái)越多。（晶晶）
