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中国攻克发动机关键技术,助推国产大飞机!该技术曾让罗罗公司破产

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小兵兵说

最近,有这么条消息让本兵为之振奋!原来,某公司的研发项目,使得中国成功攻克航发关键技术。这也就意味着,在航发领域,中国直接追赶世界一流水准。那么,这项尖端科技到底是什么?又有什么先进之处呢?今天,本兵就来好好说说~铁血军事

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最近,小兵兵看到了这样一条让人振奋的消息!

江苏省科技厅公布:某公司的“航空航天用高性能复合材料及结构件的关键技术研发与产业化”研发项目,获得了省科技进步一等奖。

同志们,看到这儿的时候小兵兵都激动了!他们这个获奖项目,翻译成大家能听懂的说法就是,大涵道比涡扇的碳纤维复合材料风扇叶片产业化啊!

这可是全球航空界排头的顶尖项目。

中国攻克发动机关键技术,助推国产大飞机!该技术曾让罗罗公司破产航空发动机采用复合材料叶片时间很久,但是设计制造难度很大

以前大家总说我国航发水平差劲,咱们中国航空人终于发力了,直接开始追赶世界一流水准了。

最近这些年,使用碳纤维复合材料制造涡扇航发冷端风扇叶片已经成为了发展趋势,美国GE公司的同类产品早已应用于B777、B787等多个民机型号,并即将在A320neo、A350、B737MAX、B777-X等先进机型上应用。

根据公开消息,我国目前的进步也不慢,碳纤维叶片技术已经逐步应用在我国独立开发的第一款大涵道比涡扇发动机CJ-1000的冷端风扇上,未来将应用于国产大型飞机C919上。

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看到这您可能会问,涡扇航发上面为什么要用碳纤维来做冷端风扇叶片啊?这有什么先进的地方呢?

小伙子,不要着急,听小兵兵课堂给您慢慢讲。

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介于讲变循环航发那次,有很多朋友反映太干看不懂,这次小兵兵会尽可能的给大家讲的通俗一点。

还听不懂的朋友请一边画圈圈去,小兵兵真的尽力了!

为什么要使用碳纤维材料制造涡扇发动机的冷端风扇叶片呢?

是因为碳纤维材料具有金属材料无法比拟的低密度、高比强度和高比刚度,世界各主要商用航发厂商为了达到发动机的高推重比、低耗油率、低噪声、低维修成本的需要,都在大力推广碳纤维材料在大涵道比涡扇发动机上的使用。

大涵道比涡扇发动机的结构,小兵兵就不说第二遍了啊!

中国攻克发动机关键技术,助推国产大飞机!该技术曾让罗罗公司破产这是中国自主研发的CJ-1000A大涵道比涡扇发动机,和美国LEAP发动机对阵

冷端风扇叶片是涡扇航发最重要的部件之一,依靠发动机进口风扇巨大尺寸和极高的旋转速度推进发动机外涵空气压缩,生产强大动力,80%的动力都是靠这这里产生的。

但据统计,风扇段质量约占发动机总质量的三分之一,降低风扇段质量是降低发动机质量和提高发动机效率的关键手段,采用更大、更轻的风扇叶片已成为发动机的发展趋势。

风扇叶片每减重1kg,风扇机匣和传动系统也相应减少1kg,同时发动机结构和飞机的机翼/机身结构也分别减重0.5kg,这种由于风扇结构减重带来的叠代效应对飞机的减重非常重要。

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此外,大涵道比涡扇发动机的主要推力来自流经外涵道的冷空气,要满足较大的涵道比,必须采用较大尺寸的风扇。因此,采用复合材料制造冷端风扇叶片是实现发动机更高涵道比和减重的唯一途径。

以前制造这个部件,使用的更多是钛合金之类的高性能金属,比如罗罗他们公司大部分航发使用的,就是钛合金制造的第二代宽弦空心风扇叶片。但即使是比强度最高的金属——钛合金制造的叶片,发动机转速一旦超过设计的转速,巨大的载荷也会导致叶片的强度不足,以至于发生叶片疲劳断裂的事故。

于是上世纪60年代,他们开创性地使用更轻更坚韧的碳纤维去制造风扇叶片。但投入巨资后,罗罗制造出来RB211发动机风扇爆发出严重的分层开裂质量问题,而且扛不住撞鸟实验,最后这一切导致罗罗公司破产,也成为世界航空发动机发展历史上最惨痛的一次教训。

中国攻克发动机关键技术,助推国产大飞机!该技术曾让罗罗公司破产航发三大巨头之一的罗罗公司因为没能研发出复合材料而破产

再次时隔20年多年后,美国GE公司重新发起冲击,采用最新的碳纤维复合材料制造风扇叶片,获得成功,应用在巨无霸GE90发动机上,也成就了波音777用双发击败对手四发的奇迹!

据悉,这种发动机叶片采用了预浸料/模压成型的掠形大流量宽弦复合材料结构,综合考虑了空气动力学、航空力学、低周疲劳循环和高周疲劳循环等因素。

GE90的复合材料风扇叶片高1.219m,叶根宽0.304m,弦长0.61m,风扇旋转尺寸3242mm,风扇叶尖速度为360~390m/s。

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该叶片由400层IM7/8551-7的碳纤维加强环氧预浸料模压制成,其外形从叶根至叶尖逐渐减薄。在叶身的压力面上,涂有聚氨酯防腐蚀涂层,叶背上涂有一般的聚氨酯涂层,为了提高叶片的抗鸟撞能力,在前缘增加了钛合金包边。为了避免在工作中出现复合材料的分层,在叶尖和后缘处易碎部位使用了凯夫拉线进行缝合。叶片根部为三角形燕尾形榫头,榫头承受压力的表面上涂有低摩擦系数的耐磨材料。

GE90风扇段重量约占发动机总体的8%,22片复合材料风扇叶片的总重量仅仅349kg,比常规的钛合金空心叶片,轻66%,强度提高100%。

而且经过十余年的运行,GE90复合材料发动机叶片已累计飞行1000万小时以上,仅有3片复合材料风扇叶片非正常损坏。

GE90发动机的成功应用,证明了制造适当的碳纤维复合材料风扇叶片适用于具有严格要求的商业飞行的需要。

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目前像这种方法制造的风扇叶片都处于濒临淘汰的状态,新一代发动机——LEAP-X的风扇叶片采用了法国斯奈克玛公司的3D预制体编织成型专利工艺制造,法国人对这种工艺细节极其保密,只说是将碳纤维编制成3D结构的外套后,注入高性能环氧树脂树脂一次成型,其他的技术细节全都不得而知。

但这样制造出来的发动机与国际民航通用的CFM56发动机相比,整体重量降低了半吨,燃油效率提高16%,可靠性却依然维持在CFM56的水平,性能十分强悍。

目前,我国碳纤维材料叶片的具体情况还没有全面公布。但从目前已知的消息分析可知,国外复合材料风扇叶片的增强材料均选用了T800级碳纤维,基体树脂选择了环氧树脂体。

中国攻克发动机关键技术,助推国产大飞机!该技术曾让罗罗公司破产复合材料叶片将被用于大飞机C919配套研发的长江发动机上

我国已经基本上解决了T700、T800级别的碳纤维制造问题,需要攻克的难关应该主要集中在制造细节上的问题,而且国内既然敢把大量使用碳纤维叶片的CJ1000发动机应用在国字第一号项目C919上,似乎也在侧面印证了国产大涵道比涡扇发动机复合材料风扇技术趋于成熟。

未来,材料技术的进步还会为在航空领域为我们带来什么样的惊喜,还是很值得期待的。当然现阶段,如果能让我们有点新玩意可摸,或许会更好哦。

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