（中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，上海 201108）

大型客機(jī)的發(fā)展是新一代商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的動(dòng)力，在性能、涵道比、耗油率、制造與維護(hù)成本、噪聲、長(zhǎng)壽命等方面都對(duì)新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)提出更高要求[1-2]。這也使國(guó)際民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展也愈加迅速。世界航空發(fā)動(dòng)機(jī)OEM巨頭GE、R·R、P·W為保持各自市場(chǎng)份額，維持其霸主地位，分別加快推進(jìn)新一代民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制步伐。 以 GEnx、PW1000G、Leap-X、Trent1000等為代表的新型大涵道比民用渦扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)為應(yīng)對(duì)市場(chǎng)發(fā)展的挑戰(zhàn)，均采用了多項(xiàng)新技術(shù)、新材料，以保證其產(chǎn)品的高性能、良好經(jīng)濟(jì)性、高可靠性和環(huán)保性，這在客觀上也為未來大涵道比民用渦扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展確立了新的標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展方向，也可以說是為民用渦扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)立了新的更高準(zhǔn)入門檻。

在不改變目前渦扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)布局的前提下，新材料的應(yīng)用和新的結(jié)構(gòu)方案是實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)性的重要技術(shù)手段。樹脂基復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度、高比模量、抗疲勞、耐腐蝕、具有可設(shè)計(jì)性、材料/設(shè)計(jì)/制造一體性、低成本等一系列優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造商所青睞的高性能冷端部件的重要候選材料，并逐漸開始在航空發(fā)動(dòng)機(jī)冷端部件、短艙和反推部件上得到應(yīng)用。從材料的角度看，樹脂復(fù)合材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用甚至已經(jīng)成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志[3-6]。

樹脂基復(fù)合材料是以樹脂材料為基體、高性能連續(xù)纖維為增強(qiáng)材料，通過復(fù)合工藝制備而成，具有明顯優(yōu)于原組分性能的一類新材料。目前廣泛應(yīng)用的樹脂主要包括環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂和聚酰亞胺樹脂，增強(qiáng)纖維主要包括碳纖維、玻璃纖維，工程上更習(xí)慣將碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料稱為先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料。

要研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，并取得市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，就必須著眼未來，開展先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用樹脂基復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與工程化應(yīng)用工作。為此，應(yīng)當(dāng)首先了解國(guó)外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合國(guó)內(nèi)樹脂基復(fù)合材料技術(shù)現(xiàn)狀，明確國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)樹脂基復(fù)合材料的研制需求與差距，在此基礎(chǔ)上制定目標(biāo)，開展相應(yīng)的研制工作。

國(guó)外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用現(xiàn)狀

樹脂基復(fù)合材料在航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用研究始于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過60余年的發(fā)展，GE、P·W、R·R以及MTU、SNECMA等公司投入了大量精力進(jìn)行樹脂基復(fù)合材料研發(fā)，取得了很大進(jìn)展，已經(jīng)將其工程化應(yīng)用到現(xiàn)役航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，并且還有進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用量的趨勢(shì)[5-7]。

樹脂基復(fù)合材料的服役溫度一般不超過350℃。因此，樹脂基復(fù)合材料主要應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端。樹脂基復(fù)合材料在國(guó)外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的主要應(yīng)用部位如圖1所示。

1 風(fēng)扇葉片

發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)最具代表性的重要零件，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的性能與其發(fā)展密切相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)扇段質(zhì)量約占發(fā)動(dòng)機(jī)總質(zhì)量的30%～35%，降低風(fēng)扇段質(zhì)量是降低發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率的關(guān)鍵手段，采用更大、更輕的風(fēng)扇葉片已成為發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。風(fēng)扇葉片每減重1kg，風(fēng)扇機(jī)匣和傳動(dòng)系統(tǒng)也相應(yīng)減少1kg，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和飛機(jī)的機(jī)翼/機(jī)身結(jié)構(gòu)也分別減重0.5kg，這種由于風(fēng)扇結(jié)構(gòu)減重帶來的疊代效應(yīng)對(duì)飛機(jī)的減重非常重要。與鈦合金風(fēng)扇葉片相比，樹脂基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片具有非常明顯的減重優(yōu)勢(shì)，此外，樹脂基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片受撞擊后對(duì)風(fēng)扇機(jī)匣的沖擊較小，有利于提升風(fēng)扇機(jī)匣包容性。

目前，國(guó)外已進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的主要代表有為波音777配套的GE90系列發(fā)動(dòng)機(jī)，為波音787配套的GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)，還有為中國(guó)商飛C919配套的LEAP-X發(fā)動(dòng)機(jī)。1995年，裝配樹脂基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的GE90-94B發(fā)動(dòng)機(jī)正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，標(biāo)志著樹脂基復(fù)合材料在現(xiàn)代高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)上正式實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。在綜合考慮空氣動(dòng)力學(xué)、高低周疲勞循環(huán)等因素的基礎(chǔ)上，GE公司又為后續(xù)的GE90-115B發(fā)動(dòng)機(jī)研制了新的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片。經(jīng)過11年累計(jì)890萬h的飛行，GE90-115B發(fā)動(dòng)機(jī)僅有3片復(fù)合材料葉片被更換下來，證明復(fù)合材料葉片適用于嚴(yán)格的商業(yè)飛行要求。上述發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片均為鋪層結(jié)構(gòu)，即采用碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料作為原材料，經(jīng)放樣、下料、鋪層等工序后模壓而成。在材料和模壓成型工藝不變的情況下，GE公司又對(duì)GE90-115B發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片進(jìn)行優(yōu)化，葉片數(shù)量由GE90-115B的22片減為18片，進(jìn)一步降低了發(fā)動(dòng)機(jī)重量。

進(jìn)入21世紀(jì)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高損傷容限復(fù)合材料的強(qiáng)烈需求牽引著復(fù)合材料技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，而通過不斷提高碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料韌性的方法已經(jīng)很難滿足高損傷容限的要求。在此背景下，3D編織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料風(fēng)扇葉片應(yīng)運(yùn)而生。SNECMA公司采用3D編織/RTM技術(shù)來制造LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片，即首先用碳纖維編織成具有葉片形狀的預(yù)制體，然后放入模具中采用RTM成型工藝灌注樹脂，相比采用預(yù)浸料/模壓工藝的鋪層復(fù)合材料風(fēng)扇葉片，采用這種工藝成型的復(fù)合材料葉片具有非常優(yōu)異的層間性能，其損傷容限與抗外物損傷性能大大提升。

值得注意的是，這兩種結(jié)構(gòu)的樹脂基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片均采用鈦合金加強(qiáng)邊對(duì)葉片前緣、葉尖、葉根等關(guān)鍵部位進(jìn)行增強(qiáng)。

圖1 樹脂基復(fù)合材料在國(guó)外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)冷端上的主要應(yīng)用部位Fig.1 Main application location of polymer matrix composites on foreign advanced aeroengine cold section

2 風(fēng)扇機(jī)匣

風(fēng)扇機(jī)匣是航空發(fā)動(dòng)機(jī)最大的靜止部件，它的減重將會(huì)直接影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比與效率。因此，國(guó)外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)OEM也一直致力于風(fēng)扇機(jī)匣的減重與結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作。圖2為國(guó)外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣發(fā)展趨勢(shì)。

風(fēng)扇機(jī)匣的主要功能是在葉片由于疲勞破壞或鳥撞造成脫落時(shí)，能起到防止高能碎片造成災(zāi)難性后果的作用。最初的風(fēng)扇機(jī)匣多采用不銹鋼或鋁合金，這就導(dǎo)致風(fēng)扇機(jī)匣的重量較大。隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外OEM率先將芳綸干纖維織物應(yīng)用于風(fēng)扇機(jī)匣，這種結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇機(jī)匣內(nèi)壁為鋁制的環(huán)形殼體，環(huán)形殼體外纏繞多層用Kevlar材料織成的條帶，最外層用環(huán)氧樹脂包覆，這種結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇機(jī)匣又稱為風(fēng)扇包容環(huán)。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇機(jī)匣，當(dāng)風(fēng)扇葉片碎片撞擊到風(fēng)扇機(jī)匣后，穿透薄壁金屬機(jī)匣被芳綸織物層捕獲，而且整體結(jié)構(gòu)不被破壞。但由于采用了多層芳綸纖維織物，導(dǎo)致這種風(fēng)扇機(jī)匣非常厚，盡管重量比金屬機(jī)匣有所降低，但對(duì)整體設(shè)計(jì)和裝配有較大影響。

相對(duì)于金屬葉片，復(fù)合材料葉片在脫落沖擊風(fēng)扇機(jī)匣時(shí)會(huì)分裂成更小的碎片，有利于機(jī)匣的包容。伴隨著樹脂基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，全樹脂基復(fù)合材料風(fēng)扇機(jī)匣開始在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上推廣應(yīng)用。GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)即同時(shí)采用了復(fù)合材料風(fēng)扇葉片和全復(fù)合材料風(fēng)扇機(jī)匣，使樹脂基復(fù)合材料的減重優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮。這種風(fēng)扇包容機(jī)匣首先采用二維三軸編織技術(shù)制造編織預(yù)成型體，當(dāng)復(fù)合材料風(fēng)扇葉片碎片撞擊到包容機(jī)匣后，可以被有效包容，包容效率提高大約30%。

3 風(fēng)扇帽罩

因?yàn)槭欠侵鞒辛?gòu)件，風(fēng)扇帽罩是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上最先使用復(fù)合材料制造的部件之一，使用復(fù)合材料制造的風(fēng)扇帽罩可以提供更輕的重量、簡(jiǎn)化的防冰結(jié)構(gòu)、更好的耐蝕性以及更優(yōu)異的抗疲勞性能。目前，復(fù)合材料替代合金作為風(fēng)扇進(jìn)氣帽罩的材料已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)。

目前，R·R公司RB211發(fā)動(dòng)機(jī)、P·W公司PW1000G、PW4000已經(jīng)采用樹脂基復(fù)合材料制備風(fēng)扇帽罩。

4 出口導(dǎo)流葉片

作為靜止部件，出口導(dǎo)流葉片（OGV）已經(jīng)在國(guó)外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)冷端部件上得到廣泛應(yīng)用，PW4084、PW4168發(fā)動(dòng)機(jī)采用PR500環(huán)氧樹脂制造風(fēng)扇OGV。 PW1000G發(fā)動(dòng)機(jī)采用AS7纖維/VRM37環(huán)氧樹脂RTM成型工藝制備風(fēng)扇OGV，并已形成成熟的復(fù)合材料靜子葉片工藝和技術(shù)體系。

5 短艙

相比航空發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)，樹脂基復(fù)合材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)短艙具有更廣闊的應(yīng)用空間，如圖3所示。資料顯示，國(guó)外廠商已經(jīng)在短艙進(jìn)氣道、整流罩、反推裝置、降噪聲襯部位大規(guī)模使用樹脂基復(fù)合材料。

6 其他部位

根據(jù)資料，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇流道板、軸承封嚴(yán)蓋、蓋板等部位也在不同程度應(yīng)用樹脂基復(fù)合材料。

國(guó)內(nèi)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)的航空用樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用起步于20世紀(jì)70年代，并取得了一系列成果，但當(dāng)時(shí)的應(yīng)用對(duì)象主要是軍用飛機(jī)。

20世紀(jì)70年代初，與國(guó)外的發(fā)展過程類似，國(guó)內(nèi)航空工業(yè)以“等代設(shè)計(jì)”作為起點(diǎn)，選用以剛度設(shè)計(jì)為主的飛機(jī)部件如垂尾和前機(jī)身為設(shè)計(jì)研制對(duì)象，開始了樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的研究。從1985年起開始轉(zhuǎn)入以帶整體油箱機(jī)翼蒙皮為代表的主承力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

從20世紀(jì)90年代，復(fù)合材料開始逐步過渡為“新機(jī)設(shè)計(jì)”，研制對(duì)象由以剛度設(shè)計(jì)為主的垂尾級(jí)飛機(jī)部件變?yōu)橐詮?qiáng)度設(shè)計(jì)為主的主承力部件，由軍機(jī)部件發(fā)展到需考慮與國(guó)際接軌、要進(jìn)行適航審定的民機(jī)部件，由飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件推廣應(yīng)用到以外涵道為代表的發(fā)動(dòng)機(jī)冷端結(jié)構(gòu)部件。

材料體系方面，在軍機(jī)上普遍采用T300級(jí)別碳纖維/雙馬樹脂，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷端部件上已有自行研制的T300級(jí)別碳纖維/聚酰亞胺材料體系。

設(shè)計(jì)理念方面，開始充分考慮飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性要求，從設(shè)計(jì)開始即按靜強(qiáng)度、剛度、耐久性和損傷容限要求，對(duì)研制的復(fù)合材料部件進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和驗(yàn)證。

進(jìn)入21世紀(jì)，復(fù)合材料已經(jīng)在國(guó)內(nèi)在研和改型軍用和民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)中得到較為廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用部件已不再限于次承力部件，新一代韌性樹脂復(fù)合材料體系也已經(jīng)開始用于結(jié)構(gòu)部件。國(guó)內(nèi)材料供應(yīng)商已成功研制出與國(guó)外T300相當(dāng)?shù)膰?guó)產(chǎn)碳纖維，并通過鑒定。與此同時(shí)，整體成型高效低成本的復(fù)合材料工藝和相應(yīng)的設(shè)計(jì)技術(shù)已進(jìn)入設(shè)計(jì)應(yīng)用階段。

圖3 樹脂基復(fù)合材料在短艙的主要應(yīng)用部位Fig.3 Main application location of polymer matrix composites on nacelle

但是，與國(guó)外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)OEM相比，樹脂基復(fù)合材料在國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用還尚顯滯后，目前完成試制并通過試車考核的僅有某型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料外涵道。

借助于復(fù)合材料外涵道的研制，國(guó)內(nèi)航空院所完成了材料鑒定、不同鋪層力學(xué)性能測(cè)試與分析、外涵道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)許用值、固化成型工藝、模具設(shè)計(jì)、外涵道連接裝備、無損檢測(cè)等一系列關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，達(dá)到了最初設(shè)計(jì)要求，為復(fù)合材料在國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

總之，經(jīng)過近40年的不斷探索與發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)基本具備了航空用復(fù)合材料部件的設(shè)計(jì)制造能力，已經(jīng)有能力開始航空發(fā)動(dòng)機(jī)樹脂基復(fù)合材料的研制工作。

國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)材部件研制問題分析

通過國(guó)外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)OEM復(fù)合材料應(yīng)用部件的發(fā)展可以看出，復(fù)合材料在民用大涵道比航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用迅速增加，標(biāo)志著低成本、高可靠性復(fù)合材料技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)得到了工程化應(yīng)用。

客觀地講，雖然國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)也開始不同程度地嘗試應(yīng)用復(fù)合材料，但與國(guó)外的差距已非常明顯。其中，成本（研制成本、制造成本和全壽命成本）、時(shí)間（研制周期）、技術(shù)（包括原材料、制造工藝與設(shè)備、設(shè)計(jì)手段、分析方法和驗(yàn)證技術(shù)及設(shè)計(jì)人員）和適航相關(guān)經(jīng)驗(yàn)是制約國(guó)內(nèi)復(fù)合材料技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）航空發(fā)動(dòng)機(jī)高性能復(fù)合材料纖維/樹脂體系及其工藝適用性研究不夠，起基礎(chǔ)支撐作用的高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料纖維/樹脂體系研究投入不足。高性能復(fù)合材料材料許用值、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值的合理確定，相關(guān)許用值數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)滯后。

（2）長(zhǎng)壽命、高可靠性、低成本復(fù)合材料航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件低成本制造工藝技術(shù)落后，復(fù)合材料低成本制造難以實(shí)現(xiàn)。這主要體現(xiàn)在以自動(dòng)鋪放為核心的大型復(fù)雜曲面形狀復(fù)合材料部件自動(dòng)下料、自動(dòng)鋪帶、自動(dòng)鋪絲技術(shù)，復(fù)合材料RTM成型工藝研究，復(fù)合材料預(yù)成型體三維編織工藝、模壓成型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分層問題與層間增韌技術(shù)尚不能滿足工程化應(yīng)用需求。

（3）面向工程化應(yīng)用的復(fù)合材料部件固化成型工藝優(yōu)化與固化變形控制技術(shù)不能全面支撐工程化應(yīng)用，導(dǎo)致質(zhì)量不穩(wěn)定，一致性差。

（4）基于數(shù)字化、虛擬仿真設(shè)計(jì)的復(fù)合材料設(shè)計(jì)制造一體化技術(shù)研究落后，缺乏以DFM（設(shè)計(jì)制造一體化）技術(shù)為核心的一體化設(shè)計(jì)平臺(tái)。

（5）面向工程化應(yīng)用的復(fù)合材料部件高/低速?zèng)_擊模擬技術(shù)，考慮復(fù)合材料各向異性與應(yīng)變速率變化的抗鳥撞/冰雹（高速大能量沖擊）數(shù)值模擬技術(shù)（本構(gòu)方程） 研究滯后。

（6）航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料表面技術(shù)研究滯后，尚未開展針對(duì)復(fù)合材料用表面防護(hù)材料開展系統(tǒng)性研究。

思考與建議

雖然我國(guó)的樹脂基復(fù)合材料研究具備了一定的技術(shù)水平和規(guī)模，已經(jīng)基本建立起樹脂基復(fù)合材料基礎(chǔ)研究體系。在工程化研究方面，各航空院所、高校也積累了大量的設(shè)計(jì)、制造經(jīng)驗(yàn)。但客觀地講，現(xiàn)在的技術(shù)水平，特別是航空發(fā)動(dòng)機(jī)用樹脂基復(fù)合材料水平與國(guó)外同行還有一定的差距，主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)水平、制造工藝、研制成本、設(shè)計(jì)體系/標(biāo)準(zhǔn)/數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、適航貫徹等幾個(gè)方面。

西方國(guó)家出于經(jīng)濟(jì)利益、軍事利益的考慮，憑借其掌握先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期壟斷國(guó)際市場(chǎng)，從高性能原材料、關(guān)鍵設(shè)備等方面對(duì)我國(guó)進(jìn)行封鎖，在技術(shù)合作與產(chǎn)品輸出方面也設(shè)置重重障礙，限制我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

因此，要使具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制成功，并在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，必須緊跟先進(jìn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)用樹脂基復(fù)合材料工程化應(yīng)用研制工作，不能寄希望于國(guó)外核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓與關(guān)鍵設(shè)備輸出。建議開展以下幾個(gè)方面的工作。

1 注重國(guó)產(chǎn)原材料的研發(fā)與質(zhì)量管控

碳纖維與樹脂是先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料研發(fā)的基礎(chǔ)，其中T800級(jí)碳纖維性能、碳纖維與樹脂性能匹配性/界面性能、樹脂增韌性能以及批次穩(wěn)定性等問題尤為重要。碳纖維與樹脂的匹配性直接影響復(fù)合材料性能以及成型工藝適應(yīng)性，原材料批次穩(wěn)定性直接影響復(fù)合材料零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、許用值確定等關(guān)鍵問題。因此，在持續(xù)加大研發(fā)投入，全面提升國(guó)產(chǎn)原材料性能的同時(shí)，還應(yīng)著力提升國(guó)產(chǎn)材料的批次穩(wěn)定性，通過培養(yǎng)一批經(jīng)過認(rèn)證的復(fù)合材料檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，采用統(tǒng)一的ASTM標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)國(guó)產(chǎn)原材料進(jìn)行檢測(cè)認(rèn)證。同時(shí)，還應(yīng)借鑒國(guó)外OEM的經(jīng)驗(yàn)，將原材料納入NADCAP特種工藝管控范圍，根據(jù)國(guó)內(nèi)航空航天用戶的需求，建立起相應(yīng)的NADCAP特種工藝管控體系，對(duì)上游原材料廠商進(jìn)行質(zhì)量管控，提升原材料質(zhì)量穩(wěn)定性與可追溯性，逐步提升國(guó)產(chǎn)原材料的批次穩(wěn)定性。

2 加大先進(jìn)、低成本成型技術(shù)的研發(fā)力度

低成本復(fù)合材料成型技術(shù)是復(fù)合材料工程化應(yīng)用的核心問題，提高先進(jìn)復(fù)合材料的性價(jià)比，增加其經(jīng)濟(jì)效益，除了在原材料等方面進(jìn)行研究改進(jìn)外，更重要的是降低復(fù)合材料制造成本。例如，引入自動(dòng)鋪帶或自動(dòng)鋪絲技術(shù)，可以有效提升鋪層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的制造精度與效率；利用3D編織機(jī)，采用RTM或VARI技術(shù)制備編織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料風(fēng)扇葉片，可以有效提升復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的性能。但目前國(guó)內(nèi)的復(fù)合材料低成本制備技術(shù)與裝備水平與國(guó)外還有較大差距，特別是自動(dòng)鋪帶與自動(dòng)鋪絲技術(shù)與裝備受限于歐美國(guó)家禁運(yùn)，還不能滿足國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要復(fù)合材料零部件的研制。因此，需要借鑒歐洲、美國(guó)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步加大低成本成型技術(shù)的研發(fā)力度。

3 著力建設(shè)滿足適航要求的復(fù)合材料設(shè)計(jì)、檢測(cè)體系與數(shù)據(jù)庫(kù)

國(guó)內(nèi)復(fù)合材料設(shè)計(jì)方法、手段、理念相對(duì)落后，與設(shè)計(jì)相關(guān)的手冊(cè)、指南、規(guī)范、指導(dǎo)書等軟件建設(shè)薄弱。目前的工具、流程/指導(dǎo)書幾乎不能支撐航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料部件工程化研制工作。另一方面，國(guó)產(chǎn)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)要參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，在研發(fā)階段就必須考慮國(guó)際適航要求，與國(guó)際接軌。這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先應(yīng)建立起基于AMS、ASTM以及OEM企標(biāo)的材料、工藝、檢測(cè)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)體系，同時(shí)建立起相應(yīng)的NADCAP特種工藝與檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室審核體系，實(shí)施復(fù)合材料特種工藝實(shí)驗(yàn)室管控，將人為因素、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等因素造成的復(fù)合材料零部件分散性降至最低，提升復(fù)合材料零部件質(zhì)量穩(wěn)定性。

針對(duì)復(fù)合材料設(shè)計(jì)/制造/評(píng)價(jià)一體化的特點(diǎn)，以航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件工程化應(yīng)用為需求，開展鋪層/編織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料零部件外形、鋪層結(jié)構(gòu)、編織預(yù)制體結(jié)構(gòu)、成型工藝、無損檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，消化吸收適航條款，建立起更加精確的有限元分析模型，逐步完善工程化研制必須的設(shè)計(jì)工具、方法、流程。針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵復(fù)合材料零部件，還應(yīng)建立若干SP（Special Condition）條款，以滿足適航條款要求。

在此基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)將積累起的復(fù)合材料設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)驗(yàn)收文件標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，匯總形成具有國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)、制造、鑒定指南，作為行業(yè)性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享，降低后續(xù)研制風(fēng)險(xiǎn)與研制成本。

除此之外，還應(yīng)在研制過程中注重材料數(shù)據(jù)積累，復(fù)合材料的制備成本高、周期長(zhǎng)、材料性能性能測(cè)試難度大、分散度高，導(dǎo)致復(fù)合材料的測(cè)試費(fèi)用非常昂貴，復(fù)合材料在設(shè)計(jì)/制備/評(píng)價(jià)和使用過程中獲得的每一個(gè)材料性能數(shù)據(jù)都彌足珍貴。因此，必須建立長(zhǎng)期的開放式復(fù)合材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)還應(yīng)參考MiLHDBK-17復(fù)合材料手冊(cè)，統(tǒng)一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，以保證數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性與可比性。

4 注重基礎(chǔ)預(yù)研與成果轉(zhuǎn)化

基礎(chǔ)預(yù)研是復(fù)合材料工程化應(yīng)用研制的“試驗(yàn)田”，歐美等國(guó)家十分注重樹脂基復(fù)合材料基礎(chǔ)預(yù)研工作，以工程化應(yīng)用需求為牽引，有計(jì)劃地組織開展先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料基礎(chǔ)研究，將高風(fēng)險(xiǎn)的先進(jìn)材料體系、設(shè)計(jì)理念、低成本成型技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)逐步轉(zhuǎn)化為成熟可靠的技術(shù)，并將其轉(zhuǎn)移到航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中。這些有針對(duì)性的樹脂基復(fù)合材料基礎(chǔ)研究計(jì)劃的實(shí)施，解決了諸多復(fù)合材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，使歐美國(guó)家的航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)一直占據(jù)領(lǐng)先地位。因此，也應(yīng)當(dāng)針對(duì)國(guó)產(chǎn)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)樹脂基復(fù)合材料研制需求，從碳纖維/樹脂原材料、低成本制造技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料部件設(shè)計(jì)、先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)、材料工藝標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、材料數(shù)據(jù)庫(kù)等幾方面開展相關(guān)的基礎(chǔ)預(yù)研工作，突破急需的低成本液態(tài)成型、自動(dòng)鋪帶/鋪絲等關(guān)鍵技術(shù)，形成強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。解決科研與工程化應(yīng)用脫節(jié)問題，推動(dòng)先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。

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