GEnx復(fù)合材料風(fēng)扇葉片缠黍。

整體葉盤和整體葉環(huán)減重虫喝。

ATP發(fā)動機尖蚪。

陶瓷基復(fù)合材料在航空發(fā)動機上的應(yīng)用拾拄。

北方首輪高溫來襲秀坤，炎炎夏日，減重瘦身成為熱點話題莺肘。航空發(fā)動機也需要“減重瘦身”荒懒，但航空發(fā)動機的“減重瘦身”并不是為了追求美好線條，而是出于對更高性能的需要阔萧。

讓航空發(fā)動機“減重瘦身”并不簡單绳瓣，對航空發(fā)動機的設(shè)計者來說懂棘，輕量化設(shè)計需要多個學(xué)科的綜合改進(jìn)男梆。那么，航空發(fā)動機究竟要如何實現(xiàn)“減重瘦身”呢先赛？

結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計

航空發(fā)動機“減重瘦身”第一條攻略：結(jié)構(gòu)輕量化贸卦，相當(dāng)于對人體不同部位減重，對于發(fā)動機來說挪确，就是在保證結(jié)構(gòu)強度诊胞、安全性的前提下，盡可能降低其總質(zhì)量锹杈。

民航運營使用的所有航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)中撵孤，輕量化設(shè)計最明顯的是整體葉盤和整體葉環(huán)。整體葉盤結(jié)構(gòu)替代了傳統(tǒng)榫槽連接的獨立結(jié)構(gòu)竭望，大大減輕結(jié)構(gòu)重量邪码。

在所有渦輪螺旋槳發(fā)動機中，“減肥”最成功的莫過于GE公司的ATP發(fā)動機咬清”兆ǎ基于3D打印技術(shù)特點，ATP發(fā)動機中855個獨立部件減少為12個旧烧，發(fā)動機減重5%影钉。

材料輕量化設(shè)計

航空發(fā)動機“減重瘦身”第二條攻略：材料輕量化，相當(dāng)于人的減脂增肌掘剪，這種方式依賴材料與技術(shù)的進(jìn)步平委。

商用發(fā)動機中，風(fēng)扇段質(zhì)量占發(fā)動機總質(zhì)量的30%～35%夺谁，降低風(fēng)扇段質(zhì)量是減重的關(guān)鍵手段廉赔。風(fēng)扇葉片每減重1千克，風(fēng)扇機匣和傳動系統(tǒng)也相應(yīng)減少1千克零破，同時發(fā)動機結(jié)構(gòu)和飛機的機翼/機身結(jié)構(gòu)也分別減重0.5千克衫半。

風(fēng)扇葉片減重骑琳。GE90發(fā)動機是最早采用復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的發(fā)動機，共采用了22片復(fù)合材料洋虫，風(fēng)扇葉片的總質(zhì)量為349千克蜀短，與鈦合金空心葉片相比質(zhì)量輕66%；之后的GEnx权疾、LEAP發(fā)動機風(fēng)扇葉片為18片趋奸，后者整體減重227千克。預(yù)計明年投入使用的GE9X僅有16片風(fēng)扇葉片满律，使用的是第四代復(fù)合材料風(fēng)扇葉片群鞭。

風(fēng)扇包容機匣減重。CFM56系列發(fā)動機的包容風(fēng)扇機匣使用的是17-4PH不銹鋼材料咖迄，CF6-80C2發(fā)動機則使用薄壁金屬機匣和多層芳綸織物的復(fù)合材料風(fēng)扇機匣刃纽，比金屬結(jié)構(gòu)最大減重50%；GE90發(fā)動機是第一臺采用全復(fù)合材料風(fēng)扇機匣的發(fā)動機溉浙，實現(xiàn)重量大幅減輕烫止；GEnx復(fù)合材料風(fēng)扇機匣使每臺發(fā)動機減重160千克；LEAP發(fā)動機的復(fù)合材料風(fēng)扇機匣和鋁相比減重30%戳稽。

即將在2020年投入使用的Advance發(fā)動機采用碳纖維復(fù)合材料葉片馆蠕、機匣，與早期的遄達(dá)發(fā)動機相比惊奇，將減重680千克互躬。

高壓渦輪外環(huán)減重。陶瓷基復(fù)合材料用于發(fā)動機的熱端部件颂郎，承受的工作溫度要遠(yuǎn)高于高溫合金材料吼渡。其密度僅為金屬材料的1/3，因此能夠?qū)崿F(xiàn)減重祖秒，目前使用這種材料減重的零件是LEAP發(fā)動機上的渦輪外環(huán)诞吱，每臺發(fā)動機有18個外環(huán)塊，可以有效減少發(fā)動機重量竭缝。

其他熱端部件減重房维。陶瓷基復(fù)合材料未來將在航空發(fā)動機領(lǐng)域大展拳腳。明年即將投入使用的GE9X發(fā)動機的燃燒室和高壓渦輪部分將采用陶瓷基復(fù)合材料跳蚓，其渦輪轉(zhuǎn)子葉片能夠?qū)崿F(xiàn)葉片減重2/3疑惨。

航空發(fā)動機的“減重瘦身”與技術(shù)進(jìn)步息息相關(guān)，隨著設(shè)計抠建、材料估掐、制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，未來航空發(fā)動機一定還會有更多的“減重瘦身”秘籍盛己，讓我們拭目以待船酗。

（中國航空報 張巖）

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