在商用飛機領域，碳纖維復合材料（CFRP）已成為通過減輕飛機重量來提高燃油效率不可或缺的關鍵原材料。從飛機主翼、機身等一級結構材料到座椅、地板等二級結構材料，CFRP應用范圍廣泛，未來有望擴展到發動機零部件等新應用領域。在這里，將介紹CFRP在發動機結構導向葉片的應用實例。

發動機結構導翼——款商用飛機發動機結構導翼

歐洲空客新型A320neo發動機PW1100G-JM的風扇結構采用PAN基中模量級碳纖維。PW1100G-JM是與美國普惠公司、德國MTU Aero Engines AG、日本航空發動機公司（JAEC）成立合資公司International Aero Engines LLC（IAE LLC），在國際上共同開發的商用飛機發動機。

 

這也是次將位于從發動機前部吸入空氣的風扇內部的結構導向葉片制成復合材料。通過增加商用飛機發動機的風扇直徑，油耗和噪音降低 15%。新型發動機風扇結構特點體現在以下三個方面：

 

輕質高強度碳纖維復合材料 (CFRP) 用作制造更大風扇的材料；

 

通過將機翼構件、結構構件與結構導向翼集成在一起，進一步減輕重量；

 

先進的齒輪系統“Geared Turbo Fan”，更大的風扇直徑，可以降低風扇轉速，實現高推進效率和降噪。

 

PW1100G-JM采用先進的齒輪系統“Geared Turbo Fan”，涵道比約為12，幾乎是目前V2500的三倍，而這種高涵道比實現了高推進效率（低油耗）和低噪音。通過用輕而強的碳纖維樹脂基復合材料代替傳統使用的鈦和鋁，可以使發動機直徑更大，同時保持承受鳥類碰撞的強度，從而減輕發動機的重量并提高燃油效率。此外，本次采用的結構導翼還具有支撐風扇殼的結構件的功能，實現了進一步的輕量化。（備注：涵道比是指在渦輪風扇發動機中，僅在風扇中流動而不在發動機中流動的空氣即旁通空氣與在發動機中流動的空氣之間的流量比。涵道比越大，發動機在亞音速時的推進效率越好，低速時的燃油消耗率越低，發動機的排氣噪聲就越低）

 

兼具耐沖擊性和可承受鳥擊的高生產率熱塑性CFRP

 

商用飛機發動機風扇結構部件在運行期間可能會發生鳥擊。即使在鳥擊之后，也需要高沖擊強度以確保結構部件的穩固性。PW1100G-JM結構導翼采用日本三菱公司的中模量級碳纖維，具有極高的抗沖擊性，并采用碳纖維增強熱塑性樹脂基復合材料實現高生產率，目前正在量產。

 

此外，三菱公司按照航空航天質量管理體系“JISQ9100”進行嚴格的質量控制，開發、生產和銷售適用于飛機結構材料和內飾材料的多種材料。未來，隨著飛機發動機的大型化和對材料輕量化的需求，預計CFRP復合材料的應用將會取得更多的進展。（作者：錢鑫博士）