中國復(fù)合材料葉片研制成功 將應(yīng)用于C919國產(chǎn)發(fā)動機(jī)
2019-12-17
C919客機(jī)將會換裝國產(chǎn)新一代大涵道渦扇發(fā)動機(jī)
近日江蘇新?lián)P新材料股份有限公司“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”江蘇省科技進(jìn)步一等獎，在該公司的先進(jìn)事跡之中提到他們參與研制的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片已經(jīng)進(jìn)入試制件生產(chǎn)階段，標(biāo)志著中國已經(jīng)掌握了這個關(guān)鍵技術(shù)，為國產(chǎn)大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)性能升級打下了堅實的基礎(chǔ)。
根據(jù)江蘇新?lián)P公司透露的信息，國產(chǎn)復(fù)合材料風(fēng)扇葉片將會用于CJ系列大涵道發(fā)動機(jī)，包括CJ1000A發(fā)動機(jī)，后者是C919客機(jī)配套發(fā)動機(jī)，CJ1000A換上復(fù)合材料風(fēng)扇葉片之后，性能更好，耗油率更低，可以讓C919客機(jī)性能向前再邁進(jìn)一步，有效增強(qiáng)了客機(jī)在國內(nèi)外市場的競爭能力。
C919客機(jī)現(xiàn)在采用進(jìn)口的LEAP-X1C發(fā)動機(jī)
它采用了復(fù)合材料風(fēng)扇葉片
對于大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)來說，風(fēng)扇葉片是關(guān)鍵部件之一。它的作用就是將空氣吸入，為燃燒室提供源源不斷能量，所以風(fēng)扇葉片性能好壞很大程度決定著發(fā)動機(jī)性能。從渦扇發(fā)動機(jī)原理我們可以知道，發(fā)動機(jī)涵道比越大，油耗越低，因此現(xiàn)代民用客機(jī)發(fā)動機(jī)涵道比呈現(xiàn)增加趨勢。不過這樣就產(chǎn)生一個問題，那就是發(fā)動機(jī)涵道比越大，風(fēng)扇直徑相應(yīng)也會增加，重量隨之上升，根據(jù)相關(guān)資料，風(fēng)扇質(zhì)量已經(jīng)占據(jù)到發(fā)動機(jī)整機(jī)重量三分之一左右。風(fēng)扇重量增加之后，還會帶動機(jī)匣、傳動系統(tǒng)重量上升，飛機(jī)機(jī)體和結(jié)構(gòu)重量也要跟著增加，結(jié)果致飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量提高，降低飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性。這樣就產(chǎn)生一個矛盾，想提高涵道比必須采用更大風(fēng)扇葉片，但是更大風(fēng)扇葉片又意味著更大的重量，又會影響飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性，為了解決這個問題復(fù)合材料葉片就出現(xiàn)了。
復(fù)合材料葉片顧名思義就是葉片采用碳纖維制成，由于碳纖維比金屬輕的多，所以復(fù)合材料葉片重量要比金屬葉片也要輕的多。例如比現(xiàn)有鈦合金葉片輕一半左右，效果可以說非常顯著。根據(jù)相關(guān)資料，C919客機(jī)的LEAP發(fā)動機(jī)就采用了復(fù)合材料葉片，發(fā)動機(jī)重量比采用鈦合金葉片的發(fā)動機(jī)減少接近500公斤，加上機(jī)體降低重量，飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量降低1000公斤左右，這對于客機(jī)來說會產(chǎn)生非常大經(jīng)濟(jì)效益。另外一方面復(fù)合材料也要比金屬更好加工，更容易制成復(fù)雜曲面，這樣葉片工作的時候會更加貼和氣流，提高工作效率。相比較之下金屬葉片加工成復(fù)雜曲面就非常困難，從而降低發(fā)動機(jī)工作效率。不過風(fēng)扇葉片工作的時候高速旋轉(zhuǎn)，還要承受外力沖擊，對于葉片強(qiáng)度、剛度要求較高，難度非常大。當(dāng)年羅羅公司研制復(fù)合材料葉片遲遲未能取得突破，一度處于破產(chǎn)的邊緣，英國政府不得不將它國產(chǎn)化。羅羅公司是現(xiàn)代民用航空發(fā)動機(jī)三大巨頭之一，研制復(fù)合材料葉片都如此艱難，其中難度可想而知。
國產(chǎn)CJ1000A渦扇發(fā)動機(jī)，它將用于C919客機(jī)
CJ1000A結(jié)構(gòu)示意圖，它采用鈦合金風(fēng)扇葉片
中國相關(guān)單位研制第一代國產(chǎn)大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的時候，考慮到國內(nèi)碳纖維水平、復(fù)合材料葉片研制難度，所以沒有采用復(fù)合材料葉片，仍然采用了鈦合金葉片。隨著國內(nèi)碳纖維技術(shù)提高，已經(jīng)能夠量產(chǎn)T800級別碳纖維，從而研制國產(chǎn)復(fù)合材料葉片打下了堅實的基礎(chǔ)。而江蘇新?lián)P新材料股份有限公司通過引進(jìn)技術(shù)組建專業(yè)團(tuán)隊，突破了一系列技術(shù)難關(guān)，獲取大量的數(shù)據(jù)，為國產(chǎn)復(fù)合材料葉片工程化鋪平了道路。
國產(chǎn)復(fù)合材料葉片研制成功之后，將會替代現(xiàn)有鈦合金葉片，提高國產(chǎn)大涵道渦扇發(fā)動機(jī)性能，從而進(jìn)一步推動國產(chǎn)客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)性能升級。
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來源：新浪軍事