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风扇叶片——大叶片有大作用
关键词:      时间:2024-04-02
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飞得更远 载得更多

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风扇叶片难在哪

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民航客机、大型运输机装配的航空发动机通常是大涵道比涡扇发动机。这类航空发动机位于前端的风扇叶片是主要的动力来源,提供约80%的推力。

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随着飞机推力需求的不断提高,航空发动机的风扇直径越来越大,大厚度梯度、大扭转风扇叶片的设计及制造技术让大飞机飞得更远、载得更多。


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在各类航展上备受瞩目的风扇大叶片,究竟难在哪呢?

首先要先从它极高的使用性能要求说起。当航空发动机启动后,风扇叶片快速转动,每分钟可达三四千转,每秒钟吸入的空气量超过400kg,单片叶片承受近40吨离心负荷,相当于挂着两辆大卡车在转动。

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同时,风扇叶片位于发动机的最前端,要面临鸟撞、冰撞、雹撞、砂石冲击等可能发生的危险工况。


当一只1kg重的飞鸟撞向以500km/h的速度飞行的飞机时,产生的冲击力将达到20吨以上。风扇叶片要阻止外来物进入,守护飞行安全,这对为提高发动机效率一直在“减重瘦身”的风扇叶片而言,无疑是一大挑战。

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既要减重瘦身”,又要保证安全,设计师们从材料选择入手,优化结构设计,不断创新叶片设计研制。

现在主流的风扇叶片大多选用先进复合材料。较之金属叶片,采用先进复合材料制造的风扇叶片可以有效降低重量,还具有更好的抗疲劳性能和耐久性,降低使用维护成本。


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复合材料风扇叶片的设计和制造,凝结了一代代工程师的智慧。20世纪90年代,复合材料风扇叶片首次在商用发动机上应用。在此后的三十年间,随着复合材料设计和制造技术的突破,复合材料风扇叶片已经完成了4次技术更迭。

复合材料风扇叶片的“骨架”是由上万束碳纤维丝束织造而成的增强体,如果折算到碳纤维单丝(直径约6μm),可达上亿根。

风扇叶片的“肉体”是高韧性树脂,具备超高的抗冲击性能。每一束纤维要准确地排布在设定的位置上,灌注的树脂基体不允许出现任何孔洞。

为了抗击鸟撞,风扇叶片前缘还需要牢牢地粘接上合身的“金属铠甲”。在复杂弯掠的叶型和超高的尺寸精度的约束下,风扇叶片可谓复合材料制造界的“顶级难题”。

了解了风扇叶片所面临如此严苛的使用要求、如此复杂的结构特点和如此艰巨的制造挑战,下次乘坐飞机的时候,一定要欣赏一下风扇叶片!
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