复合材料叶片在民航发动机上的应用

由于复合材料的低密度、高比强度和高比刚度，可以有效降低油耗和噪声，使用复合材料叶片已成为民航发动机的发展趋势。以下是我给你推荐的相关论文范文，希望对你有所帮助。更多精彩内容可查看(www.oh100.com/bylw)。

进入新世纪以来，很多领域的技术都有了很大的发展，特别是随着交通运输的进步，大型民用飞机开始成为交通运输的主力，于是各国开始更加重视大飞机的发展，航空工业开始成为衡量一个国家综合国力的重要标准。大飞机研发的关键和核心技术是发动机技术。随着民航业的发展，民航飞机的核心技术？发动机技术也发展迅速，其中复合材料叶片已逐步应用于多种民用飞机型号。

关键词:民航；复合材料；发动机；风机叶片

过去，飞机发动机叶片主要由金属和合金制成。随着新材料的出现，复合材料开始应用于飞机发动机叶片。与金属材料相比，具有重量轻、噪音低、效率高的优点，复合材料桨叶数量较少，能有效抗振动和损伤，在抗鸟撞方面也较为优越，满足现代民航的适航需求。因此，复合材料叶片引起了世界各大发动机制造商的重视，并逐步推广应用。

1复合材料叶片的应用

复合材料叶片的制造技术主要包括预浸料/模压技术和3-DWOVEN/RTM技术。预浸料/成型技术的典型例子是GE90、GEnx、TRENT1000和TRENTXWB发动机的复合材料风扇叶片，而LEAP-X发动机的复合材料风扇叶片是通过3D-WOVEN/RTM技术成型的。

1.1预浸料/模制叶片

使用这种复合材料叶片的代表主要是GE90发动机和GEnx发动机(美国GE)。罗公司也在进行相关的研发。(1)GE90发动机。该型发动机是ge公司在90年代研制的超大推力发动机，是国外最早应用于民航的复合材料叶片发动机之一。发动机的复合材料叶片采用预浸料/成型技术，叶片由内向外逐渐变薄，叶尖厚度最薄。此外，叶身采用防腐涂层(聚氨酯)，叶背采用通用涂层，前缘采用钛合金材料包裹，提高了叶片的抗鸟撞能力。为了防止复合材料在运行中脱层，采用纤维缝合技术对叶片尾缘和叶尖进行强化。叶根榫为三角形燕尾榫，表面涂有耐磨材料，降低榫的摩擦系数。GE90使用了22个复合材料叶片。与钛合金空心叶片相比，复合材料叶片重量更轻，强度更高。经过十几年的运行，证明复合材料风扇叶片适用于要求严格的商业飞行。(2)GEnx发动机。与GE90相比，该发动机采用的复合材料叶片材料和成型工艺变化不大。在此基础上，GEnx优化了GE90复合材料叶片的结构设计。GEnx主要采用第三代GE复合材料，外观与GE90-115B发动机相似。但由于新一代的三元流设计，叶片数量减少到18，总质量进一步降低。叶片尖端和前缘采用钛合金护套，叶片榫根处加耐磨垫片，方便后期维护。(3)随着复合材料在民航发动机上的应用，英国？罗公司也开始将注意力从钛合金叶片转移到复合材料叶片上。它正在与GKN集团合作开发碳纤维增强复合材料叶片，这种叶片与钛合金叶片一样薄，符合民用航空发动机在大规模生产、成本和坚固性方面的标准。目前这种碳纤维风扇叶片已经完成了包括叶片飞出和鸟撞试验在内的地面试验。

1.23-DWOVEN/RTM模制复合材料叶片

风扇叶片中等推力发动机的强度要求更高，因此斯奈克玛将在CFM56系列发动机的开发过程中应用碳纤维来增强LEAP-X中的复合材料。与GEnx和GE90相比，碳纤维薄层铺设技术有所不同。斯奈克玛在制造LEAP发动机叶片时采用的RTM工艺是将碳纤维进行预编织，在树脂注射和叶片高压成型之前，碳纤维已经成为3-DWOVEN结构。斯奈克马公司委托AEC公司制造复合材料叶片。因为AEC公司在制造方面的自动化程度比较高，从准备三维预制件到完成整个叶片的制造，只需要24个小时。与CFM56(CFM公司)发动机相比，LEAP发动机的叶片成形采用了3-DWOVEN/RTM技术。前者在结构上采用更多技术，后者采用复合材料，有效减轻发动机重量，提高燃油效率，降低排放和发动机噪音。目前LEAP-X发动机已经开始引起国内各种客机的关注，未来将在国内逐步普及。

2复合材料叶片的发展趋势

由于复合材料的低密度、高比强度和高比刚度，可以有效降低油耗和噪声，使用复合材料叶片已成为民航发动机的发展趋势。制约复合材料叶片大规模应用的关键因素是预制体制备和复合材料成型技术。

2.1预制准备

制造复合材料叶片的困难之一是制备预成型件。国外制备预制件的常用方法有两种:一种是以IM7/8551-7和IM7/M91为预浸料，采用激光定位手动/自动成型技术制备，适用于制备大推力、大叶片直径的涡扇发动机风扇叶片预制件；另一种是IM7碳纤维采用3D-WOVEN/RTM自动化技术预浸渍成型，主要用于制备小推力涡扇发动机风扇叶片预成型件。以往的预制件制造都是采用激光定位+手工堆垛的技术，而GKN研发了自动铺丝束设备(简称AFP)实现了预制件的自动成型。罗？TNENT系列发动机复合材料风扇叶片的研制采用了GKN公司的纤维束自动铺放设备，实现了复合材料叶片预制件的自动成型，并采用超声刀切割预制件。斯奈克玛公司率先提出了无余量预成形技术、预成形预变形技术和高度自动化的预成形制备技术。斯奈克玛的3DW/RTM成型风扇叶片预成型技术，可以降低传统二维风扇叶片出现脱层缺陷的可能性，使叶片顶部更薄，根部更厚；采用连续经纱的变截面成形技术，提高了预制件的承载能力；高压水射流用于无余量切割预制件。

2.2成型技术RTM

注射成型和模压成型是目前国际上流行的两种复合材料叶片成型技术。虽然两者有一定的技术差异，但都可以称为闭模成型技术。涡扇发动机叶片为双曲面，扭转较大，结构形式相对复杂。常规成形技术无法满足叶片的加工精度，而闭式模具成形技术具有较高的成形精度，可以很好地满足涡扇发动机对叶片制造的要求，因此逐渐成为目前复合材料叶片成形的主流技术。随着技术的逐步发展，目前国外开始使用复合材料模具代替金属模具，以保证模具和零件在生产加工中能保持相同的热膨胀系数，进而获得更高的零件尺寸精度。此外，在复合材料叶片成形技术中引入了数字模拟技术，以便在技术研究的前期对成形工艺进行方向性指导，在研制过程中合理规避风险，缩短研制周期，降低研制成本。

3结论

复合材料以其优越的特性成为民航发动机叶片的主流材料，并且随着技术的发展，复合材料发动机叶片的制造效率更高，自动化程度更先进。未来，高精度、可靠性和一致性将成为复合材料叶片生产和研究的主要方向。中国自主研发的大型民航客机也使用了商用发动机，这为中国的R&D和复合材料桨叶制造提供了机遇。虽然复合材料在我国航空发动机制造中还处于初步应用阶段，复合材料叶片的制造也只是处于初级阶段，但在我国技术人员的努力下，我国自主研发的复合材料叶片涡扇发动机必将在世界航空领域占据一席之地。

参考资料:

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