后掠大流量宽弦复合材料风扇叶片技术综述

用碳纤维复合材料制造的风扇叶片比钛合金夹芯结构的风扇叶片轻,在抗振特别是抗颤振性能方面也优于钛合金,抗鸟击能力和低噪声指标也获得适航当局的合格批准。装有高韧环氧复合材料风扇叶片的GE90发动机已装于波音777飞机,并在1995年投入航线运营使用。此项技术在十多年的使用时间里表现出色,无需例行的在役维护。     

复合材料涡轮风扇叶片的发展

本文简要地介绍了复合材料风扇叶片较传统的金属材料风扇叶片的优越性,回顾了复合材料风扇叶片的发展概况,对复合材料凤扇叶片的设计、制造、加工、检验方法进行了介绍,并着重分析了复合材料风扇叶片抗外物;中击能力差的主要弱点,以及人们为改善此弱点所做的工作,主要包括使用混杂纤维复合材料和超混杂复合材料等新的结构设计形式来提高其抗外物冲击的能力。     

B777及其所用发动机一些设计特点(Ⅰ)

B777是要求较高的新型客机,它对发动机提出了严峻的挑战。西方三大航空发动机公司P·W、R.R和GEAE分别推出了PW4074/4084、遄达800,GE90。三种型号的发动机不仅满足了B777飞机的要求,而且将风扇叶片、高压压气机、燃烧室、高、低压涡轮、支承与附件的研制水平提高到一个崭新的阶段。     

随着吸鸟试验的成功GE90即将获得适航证

具有复合材料、宽弦风扇叶片的GE90于9月26日在位于俄亥俄州皮布斯(Peebles)的 GE 飞机发动机试验基地成功地完成了中等鸟撞取证试验。这项由联邦航空局目睹的极为成功的试验标志着 GE90计划的又一重要里程碑。GE90计划11月取得发动机适航证,12月在波音777上首飞。作为取证试验的的一部分,4只2.5磅的鸟被射到风扇上:一只射在     

树脂基复合材料风扇叶片的优化设计

在深入研究树脂基复合材料的材料属性和设计准则的基础上,提出并建立了一种树脂基复合材料空心风扇叶片的结构设计方法,并对叶片的强度和振动特性进行了研究,结果表明所提出的树脂基复合材料空心风扇叶片的结构设计是可行的,且对于提高风扇叶片的强度和减重起到了显著的效果.在此基础上,以共振裕度为设计目标,提出了树脂基复合材料风扇叶片优化设计的流程,解决了优化过程中学科间、应用软件间的信息传递问题,并实现了叶片铺层顺序设计优化.结果表明:在满足强度约束条件的前提下,树脂基复合材料空心风扇叶片较金属实心叶片质量减少了78.88%,共振裕度增加了8.44%.      

复合材料宽弦风扇叶片模态仿真分析

针对复合材料宽弦风扇叶片,以铺层结构设计信息为基准建立了1种有限元建模方法,对某型复合材料风扇叶片模型进行了固有频率与模态振型的数值仿真计算,并采用激光测振仪对该风扇叶片的固有频率进行了试验测量。将试验测量与数值仿真结果进行对比分析,前3阶固有频率的误差在5%以内,第4阶固有频率的误差为6.6%。结果表明:该有限元建模方法建立的复合材料风扇叶片模型与实际叶片较吻合,基本满足工程分析要求,可以为复合材料风扇叶片的优化设计提供参考。     

连续纤维增强复合材料在民用航空

对碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维和玻璃纤维等连续纤维增强的复合材料在民用航空发动机上的应用进行了概述,对连续纤维增强复合材料在风扇的转子叶片、出口导流叶片、机匣、风扇包容系统、帽罩前锥、消声板、反推装置、高压涡轮导向器和低压涡轮转子叶片等重要零件上的应用现状和发展趋势进行了归纳,指出了国内民用航空发动机应用连续纤维增强复合材料选材的发展方向。     

连续纤维增强复合材料在民用航空发动机上的应用

对碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维和玻璃纤维等连续纤维增强的复合材料在民用航空发动机上的应用进行了概述,对连续纤维增强复合材料在风扇的转子叶片、出口导流叶片、机匣、风扇包容系统、帽罩前锥、消声板、反推装置、高压涡轮导向器和低压涡轮转子叶片等重要零件上的应用现状和发展趋势进行了归纳,指出了国内民用航空发动机应用连续纤维增强复合材料选材的发展方向.     

复合材料在航空发动机上应用的几个问题

复合材料在飞机主承力结构上的应用已有50多年历史,但在航空涡轮发动机上的应用是从60年代初开始的,不过它在发动机上的结构重量现已占约10％,除了风扇及尾喷管,一台现代民用航空发动机从外表看都是碳纤维复合材料制的,一些大型的静态结构,如风扇涵道、风扇框架、整体风扇机匣以及包容环等都采用了复合材料。甚至大型风扇叶片也在探索采用有机复合材料。     

复合材料风扇叶片-机匣碰摩振动的数值模拟

基于全三维模型的复合材料风扇叶片-机匣碰摩动力学特性的数值研究。建立了复合材料三维风扇叶片-机匣实体有限元模型,考虑叶片离心刚度的影响,机匣由贝塞尔曲面拟合,风扇叶片采用3种不同铺层形式。基于该模型,在机匣二节径变形的情况下,计算了不同铺层叶片在不同转速下与机匣碰摩后的动力学响应。计算结果表明:铺层形式对叶片中、低转速下的碰摩振动形式影响较大,带有90°铺层的叶片的最高振幅及不稳定振动所在区域的转速相对较低,改变铺层形式可以对复合材料风扇叶片-机匣的碰摩动力学特性加以控制。当转速靠近由3倍频与叶片1阶模态造成的共振点附近,或由6倍频与叶片2阶模态造成的共振转速附近时,叶片与机匣的碰摩会导致非稳定振动的产生。该方法与结果对复合材料风扇叶片的碰摩动力学特性研究具有一定指导意义。      

复合材料层合板鸟弹撞击损伤分析

为了研究复合材料风扇叶片鸟撞损伤情况,对鸟弹在4个入射角度下撞击复合材料层合板的过程进行了数值模拟,建 立了复合材料层合板靶板模型;分析复合材料层合板与鸟弹碰撞后的受力以及复合材料层合板水平、垂直应变情况,并在此基础 上建立了真实风扇叶片模型用于模拟被鸟弹撞击的风扇叶片。结果表明：复合材料层合板鸟撞数值模拟结果与试验结果一致;综 合比较鸟弹的残余速度和复合材料层合板的损伤情况发现,在鸟弹入射角为30°时,复合材料层合板的抗鸟撞效果最好;复合材料 层合板的数值模拟应变最大值与试验应变最大值的误差在10%以内,验证了数值模拟结果的正确性;当风扇转速为6000 r/min 时,鸟弹入射角度越大,鸟弹与风扇叶片接触的时间越短,接触碰撞后鸟弹的速度减小越多,残余速度越小。     

RB211已积累了0.75亿飞行小时

自从1972年4月RB211首次装备东方航空公司的L—1011“三星”飞机运载旅客上天以来，已有8个不同型别的2500多台发动机销售给了130家航空公司。RBZll各种型别装在B747、B757和B767飞机上，道达诈为罗尔斯·罗伊斯公司大型三轴涡扇发动机的延伸型已装备在波音公司最新的宽体客机B777和空中客车公司的A330上。罗尔斯·罗伊斯公司遍达和RBZll项目经理菲尔·霍普顿说：“RB211是航空发动机领域中真正的先锋，作为多年来唯一的三轴设计使运营者能灵活和高效地运营，这一系列发动机还采用了一系列成为工业标准的新技术，尤其是宽弦风扇叶片…     

基于多个MFC 激励器的复合材料宽弦风扇叶片模态测试

为了研究复合材料风扇叶片响应特性,利用压电纤维复合材料（Macro Fiber Composite,MFC）激励器对复合材料宽弦风 扇叶片进行模态测试。将测试结果与有限元仿真值进行比较,分析风扇叶片不同MFC 单独激励和组合激励下的响应特性。设计了 MFC 激励器激励系统,采用MFC 单独激励和组合激励的方法,实现快速正弦扫频激励信号激励,借助扫描式激光测振仪测量叶片上 关注测点的振动响应。结果表明：MFC 激励下风扇叶片的响应与MFC 覆盖位置处对应的MFC 纤维极化方向的应变大小、MFC 纤维方 向和测点选择有关;不同位置的MFC 激励叶片,叶片各阶模态响应有差异。该结果可用于宽弦风扇叶片的MFC 激励器/ 传感器控制 方法的进一步研发和风扇叶片的振动特性分析。     

航空发动机机匣包容性研究综述

从包容定义、机匣种类、设计概念和方法、试验验证、数值仿真、机匣和叶片破坏方式等方面,详细阐述航空发动机包容机匣的现状和发展趋势.简述发展大涵道比涡扇发动机对轻质高包容能力风扇机匣的需求,评述在役及在研大飞机发动机风扇机匣的设计方案,介绍国外从事纤维增强复合材料机匣包容能力研究的情况.并分别从结构改进、低成本复合材料风扇机匣制造技术、全复合材料机匣缠绕规律、耐高温复合材料机匣、叶片包容过程的多学科整机耦合响应分析、智能包容机匣等方面,简要论述我国高推质比发动机和大飞机发动机包容机匣的研制方向.      

科研成果简介

一九七八年,六二五研究所共完成工艺研究题目15项,部分成果已在新机研制和生产中投入使用,取得较好的技术经济效果,现将主要科研成果简介如下。一、碳纤维复合材料零件的研制在三二○厂、四一○厂等有关单位协助下,我们先后研制了碳纤维复合材料风扇叶片、二级压气机叶片、进气道侧壁板及启动箱口盖、氧气瓶口盖等零件,并研究了相应的工     

CFM向波音交付首批LEAP-1B发动机

<正>11月5日,CFM国际公司向波音公司交付了首批LEAP-1B发动机,支持首架波音737 MAX飞机年底前下线及2016年初首飞。这款发动机采用了包括三维编织碳纤维复合材料风扇叶片和机匣、防外物吸入系统、第四代三维空气动力学设计、首次投入商业使用的陶瓷基复合材料(CMC)、燃油喷嘴采用增材制造的革新型燃烧室以及轻质钛铝合金叶片等,这些部件具有重量轻、耐久性高     

“混杂”风扇叶片计划顺利进行

美国通用电气公司除了开发全复合材料的风扇叶片外，正在开发“混杂”风扇叶片，其方法是在钛合金锻造梁外包覆复合材料，其特点是叶片的速度增高。例如对于放大型的ＣＥ９０发动机，风扇的工作速度大约为４４０ｍ／ｓ，而“混杂”型的风扇叶片将大约为４８０ｍ／ｓ。后者将用于３１７ｋＮ推力的发动机，风扇直径大约为２．０～２．４ｍ。　　此项开发工作大约３年前开始，目前的台架试车结果很好，下一步工作将在ＣＦ６－８０Ｃ２上进行混杂的径向叶片的试验。（“混杂”风扇叶片计划顺利进行     

国外航空发动机风扇包容机匣研究进展

全复合材料风扇叶片的成功应用为复合材料风扇包容机匣的应用创造了条件,因此GE公司自上世纪90年代开始着手研究全复合材料风扇包容机匣。研究结果表明,碳纤维编织结构增强树脂基复合材料比铝合金具有更好的抗裂纹扩展能力,因此GE公司重点开发了碳纤维编织结构增强树脂基复合材料的风扇包容机匣,所用材料为TORAYCA的T700碳纤维和CYCOM的PR520环氧树脂。     

罗·罗公司重返复合材料风扇叶片研制

虽然罗·罗公司目前仍坚持在其涡扇发动机上采用钛合金结构风扇叶片，但也将注意力转向了碳纤维增强型复合材料风扇叶片（CFRP）研制。     

复合材料风扇叶片铺层设计方法研究

为了设计航空发动机复合材料风扇叶片,根据相关准则,系统建立了复合材料风扇叶片的铺层结构设计流程,针对某自行设计的风扇叶片,完成了叶片的几何模型检测、体积填充铺层设计、铺层纤维方向的确定、铺层的分组与顺序调整,以及铺层的结构检查与可制造性检查。对铺层顺序调整前后沿叶高及弦长方向的铺层过渡进行了对比分析,完成了铺层的可制造性检查与改进。结果表明:铺层结构满足现有复合材料铺层设计准则要求,铺层的递减过渡合理,可制造性良好。