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羅·羅公司重返復(fù)合材料風(fēng)扇葉片研制

2011-01-15 08:54
燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究 2011年4期
關(guān)鍵詞:機(jī)匣鈦合金風(fēng)扇

雖然羅·羅公司目前仍堅(jiān)持在其渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上采用鈦合金結(jié)構(gòu)風(fēng)扇葉片,但也將注意力轉(zhuǎn)向了碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料風(fēng)扇葉片(CFRP)研制。

早在20世紀(jì)60年代末期,羅·羅公司就開始了復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的研制,并試圖用在RB211發(fā)動(dòng)機(jī)上。同時(shí),羅·羅公司也把鈦合金葉片的研制作為RB211發(fā)動(dòng)機(jī)的備選方案。然而,這種名為Hyfil的碳纖維基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片不能承受外物碰撞。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)研制成本的飛速增長(zhǎng)以及不利的經(jīng)濟(jì)條件,羅·羅公司面臨破產(chǎn)并于1971年被國家收購。此后,羅·羅公司不斷改進(jìn)空心鈦合金風(fēng)扇葉片制造工藝。自RB211-22以來,羅·羅公司的所有大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)均采用空心、寬弦鈦合金風(fēng)扇葉片,并采用超塑成型/擴(kuò)散連接工藝制造。

雖然GE公司于1995年就在GE90發(fā)動(dòng)機(jī)上采用了碳纖維復(fù)合材料風(fēng)扇葉片,并在GEnx系列發(fā)動(dòng)機(jī)上也采用了相似設(shè)計(jì)。但羅·羅公司認(rèn)為,復(fù)合材料風(fēng)扇葉片重量輕,但為了滿足強(qiáng)度要求,一般要比金屬風(fēng)扇葉片厚,無法達(dá)到同等的氣動(dòng)效率。

不過,目前羅·羅公司已經(jīng)和吉?jiǎng)P恩集團(tuán)(CKN)聯(lián)合開發(fā)了一種跟鈦合金葉片一樣薄的碳纖維風(fēng)扇葉片試驗(yàn)件,滿足穩(wěn)健設(shè)計(jì)及制造成本要求。這種碳纖維風(fēng)扇葉片已經(jīng)完成了包括葉片脫落、鳥撞試驗(yàn)在內(nèi)的地面試驗(yàn)。

復(fù)合材料風(fēng)扇葉片取代鈦合金葉片帶來的總重降低,不僅僅是由于采用了更輕的葉片,一個(gè)重要的因素是采用了新的碳纖維風(fēng)扇機(jī)匣。與葉片一樣,風(fēng)扇機(jī)匣也需要滿足不同的使用要求,為此機(jī)匣被設(shè)計(jì)成類似三明治的多層結(jié)構(gòu)。最內(nèi)層用于保證轉(zhuǎn)子葉尖間隙盡可能小,減小風(fēng)扇氣流能量損失;同時(shí)在其內(nèi)表面涂覆耐磨涂層,以避免由于振動(dòng)或湍流使葉尖接觸到密封襯套時(shí)損傷葉片。第二層主要是為了在葉片失效時(shí)能吸收能量,滿足適航取證對(duì)機(jī)匣包容性的要求。最外層則用于為管線等附件裝置提供結(jié)構(gòu)支撐。目前機(jī)匣已經(jīng)單獨(dú)完成了包括葉片脫落試驗(yàn)在內(nèi)的地面試驗(yàn)。

風(fēng)扇葉片和機(jī)匣將設(shè)計(jì)成一個(gè)整體,組成先進(jìn)低壓系統(tǒng)(ALPS),并計(jì)劃2013年在遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)上開始飛行測(cè)試。

羅·羅公司還認(rèn)為,復(fù)合材料風(fēng)扇和機(jī)匣并不能用于升級(jí)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī),因?yàn)榘ㄥ走_(dá)XWB在內(nèi)的現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)已針對(duì)專用的風(fēng)扇葉片和機(jī)匣系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。另外,碳纖維復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的尺寸越大,帶來的減重效果越明顯,因而建議用在大推力發(fā)動(dòng)機(jī)上。不過,從目前的測(cè)試結(jié)果看,該系統(tǒng)也能很容易地用在窄體飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上。在小型商用噴氣飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中,鈦合金葉片仍然擁有減重優(yōu)勢(shì)。復(fù)合材料風(fēng)扇和機(jī)匣可望在2020年前應(yīng)用于遄達(dá)XWB之后的新型發(fā)動(dòng)機(jī)。

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