最近有個消息,中國某個企業(yè)研發(fā)了一款復(fù)合材料風(fēng)扇試驗品,直徑在2米左右,可以作為中國大飛機發(fā)動機的風(fēng)扇部件,這也是中國幾十年來,第一次報道復(fù)合材料風(fēng)扇葉片,而世界各國先進客機使用的先進大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機,報道的首當(dāng)其沖就是風(fēng)扇,除了風(fēng)扇葉片尺寸足夠大,視覺效果好之外,還有很多深層的原因。
從世界范圍來看,徹底搞定大推力民用航空發(fā)動機的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的公司,其實只有一家,這就是美國GE公司,這是世界最重磅的航空發(fā)動機大魔王,而航空發(fā)動機另外兩巨頭,面對復(fù)合材料和風(fēng)扇的組合,直接敗退下來,最慘的是英國羅羅公司,因為研制RB-211三軸發(fā)動機出問題,最終導(dǎo)致公司破產(chǎn),復(fù)合材料風(fēng)扇就是其中之一!

研發(fā)一款發(fā)動機讓公司破產(chǎn),羅羅公司就遭遇這樣的慘劇
大家都知道,民用航空發(fā)動機要求省油,所以增加外涵道的做功能力至關(guān)重要,為此增加涵道比和風(fēng)扇尺寸是不二選擇,為此航空發(fā)動機設(shè)計師不斷增加風(fēng)扇尺寸,最大增加到了3.4米,和波音737機身一樣,就鳥撞失敗的英國RB-211發(fā)動機來說,真是一個慘痛的教訓(xùn)。
RB211采用一級跨聲速風(fēng)扇,無進口導(dǎo)流葉片,增壓比為1.5,風(fēng)扇轉(zhuǎn)子由33片鈦合金葉片、鈦合金輪盤、傳動軸與保持軸等組成,重約380kg,外徑2.16m,葉片長0.7m,在葉高2/3處有減振凸臺,風(fēng)扇轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為3860r/min,每個葉片產(chǎn)生的離心力約為550kN,巨大尺寸的風(fēng)扇約產(chǎn)生全部推力的3/4,這就是世界發(fā)動機廠特別重視風(fēng)扇的原因!
為了讓風(fēng)扇用上復(fù)合材料,美國人努力了30年!
而在研制之初,英國羅羅公司設(shè)計師采用了碳纖維復(fù)合材料制造風(fēng)扇葉片,具有多種優(yōu)點,材料輕,振動小,顫振特性好,但是誰都想不到,一只小鳥擊碎了英國人的美夢,鳥撞試驗中風(fēng)扇開裂解體,最終沒有通過發(fā)動機適航條例,所以羅羅公司不得不重頭使用鈦合金制造風(fēng)扇葉片,重量大大增加,但是通過了!
英國人在風(fēng)扇玩復(fù)合材料失敗之后,從此繞路走,他們從70年代的RB-211發(fā)動機到后來的TRENT發(fā)動機,都不再考慮復(fù)合材料這個選項,全部使用空心鈦合金,效果也不錯,美國PW發(fā)動機公司也如出一轍,不給自己惹麻煩,但是大魔王GE公司則不吃這一套,既然有強大的性能優(yōu)勢,那就迎頭趕上!
波音777的成功大部分要歸功于GE公司的巨無霸發(fā)動機GE90
GE公司從上世紀60年代和英國羅羅公司同步開發(fā)復(fù)合材料風(fēng)扇技術(shù),TF-39發(fā)動機和英國羅羅公司RB-211一樣鳥撞失敗,連0.68公斤鳥撞考試都沒有通過,但是GE公司并沒有像英國羅羅公司一樣,從此放棄,而是不斷加大投資力度,一點點嘗試,先后在F103(風(fēng)扇葉片)、QC-SEE(風(fēng)扇葉片),復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的UDF項目上不斷努力,而且通過了吞鳥3.63公斤,遠超適航條例的1.6公斤!
最終在90年代中期,終于在GE90發(fā)動機上攻克難關(guān),在波音-777飛機發(fā)動機選型中,由于GE公司發(fā)動機架構(gòu)先進,而且采用了超大型復(fù)合材料風(fēng)扇葉片,比競爭對手更省油,而且潛力更大,在多次競標(biāo)中,輕松取得了對羅羅公司和PW公司的優(yōu)勢!在公眾對復(fù)材風(fēng)扇最擔(dān)心的鳥撞問題,GE90發(fā)動機取得了無與倫比的優(yōu)勢,通過了3.62公斤模擬大鳥撞擊試驗,而且裝機飛行的波音-777飛機也遭遇到30多次鳥撞,但是都沒有造成機毀人亡的悲劇,最大一次遭受1.362公斤鳥撞,而發(fā)動機仍然完好,沒有停車,繼續(xù)飛行!









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