民航客機(jī)、大型運輸機(jī)裝配的航空發(fā)動機(jī)通常是大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)。這類航空發(fā)動機(jī)位于前端的風(fēng)扇葉片是主要的動力來源，提供約80%的推力。

隨著飛機(jī)推力需求的不斷提高，航空發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇直徑越來越大，大厚度梯度、大扭轉(zhuǎn)風(fēng)扇葉片的設(shè)計及制造技術(shù)讓大飛機(jī)飛得更遠(yuǎn)、載得更多。

在各類航展上備受矚目的風(fēng)扇大葉片，究竟難在哪呢？

(資料圖片僅供參考)

首先要先從它極高的使用性能要求說起。當(dāng)航空發(fā)動機(jī)啟動后，風(fēng)扇葉片快速轉(zhuǎn)動，每分鐘可達(dá)三四千轉(zhuǎn)，每秒鐘吸入的空氣量超過400kg，單片葉片承受近40噸離心負(fù)荷，相當(dāng)于掛著兩輛大卡車在轉(zhuǎn)動。

同時，風(fēng)扇葉片位于發(fā)動機(jī)的最前端，要面臨鳥撞、冰撞、雹撞、砂石沖擊等可能發(fā)生的危險工況。

當(dāng)一只1kg重的飛鳥撞向以500km/h的速度飛行的飛機(jī)時，產(chǎn)生的沖擊力將達(dá)到20噸以上。風(fēng)扇葉片要阻止外來物進(jìn)入，守護(hù)飛行安全，這對為提高發(fā)動機(jī)效率一直在“減重瘦身”的風(fēng)扇葉片而言，無疑是一大挑戰(zhàn)。

既要“減重瘦身”，又要保證安全，設(shè)計師們從材料選擇入手，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，不斷創(chuàng)新葉片設(shè)計研制。

現(xiàn)在主流的風(fēng)扇葉片大多選用先進(jìn)復(fù)合材料。較之金屬葉片，采用先進(jìn)復(fù)合材料制造的風(fēng)扇葉片可以有效降低重量，還具有更好的抗疲勞性能和耐久性，降低使用維護(hù)成本。

復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的設(shè)計和制造，凝結(jié)了一代代工程師的智慧。20世紀(jì)90年代，復(fù)合材料風(fēng)扇葉片首次在商用發(fā)動機(jī)上應(yīng)用。在此后的三十年間，隨著復(fù)合材料設(shè)計和制造技術(shù)的突破，復(fù)合材料風(fēng)扇葉片已經(jīng)完成了4次技術(shù)更迭。

復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的“骨架”是由上萬束碳纖維絲束織造而成的增強(qiáng)體，如果折算到碳纖維單絲（直徑約6μm），可達(dá)上億根。

風(fēng)扇葉片的“肉體”是高韌性樹脂，具備超高的抗沖擊性能。每一束纖維要準(zhǔn)確地排布在設(shè)定的位置上，灌注的樹脂基體不允許出現(xiàn)任何孔洞。

為了抗擊鳥撞，風(fēng)扇葉片前緣還需要牢牢地粘接上合身的“金屬鎧甲”。在復(fù)雜彎掠的葉型和超高的尺寸精度的約束下，風(fēng)扇葉片可謂復(fù)合材料制造界的“頂級難題”。

了解了風(fēng)扇葉片所面臨如此嚴(yán)苛的使用要求、如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特點和如此艱巨的制造挑戰(zhàn)，下次乘坐飛機(jī)的時候，一定要欣賞一下風(fēng)扇葉片！

關(guān)鍵詞：