近日，江蘇新揚新材料股份有限公司參與的“航空航天用高性能復合材料及結構件的關鍵技術研發與產業化”項目獲得2019年度江蘇省科學技術一等獎。該公司參與研制的復合材料風扇葉片已經進入試制件生產階段。這一關鍵技術為國產大涵道比渦扇發動機性能升級打下了堅實的基礎。

 

　　根據江蘇新揚公司透露的信息，國產復合材料風扇葉片將會用于長江（CJ）系列大涵道比發動機，包括CJ1000A渦扇發動機。該機型是C919客機的配套發動機，CJ1000A換上復合材料風扇葉片之后，性能更好、耗油率更低，可以讓C919客機性能向前再邁進一步，有效增強其在國內外市場的競爭力。

 

C919客機目前采用的LEAP-X1C發動機

 

LEAP-X1C采用的復合材料風扇葉片

 

　　對于大涵道比渦扇發動機來說，風扇葉片是關鍵部件之一。它的作用是將空氣源源不斷地吸入燃燒室，所以風扇葉片性能好壞很大程度決定著發動機性能的優劣。從渦扇發動機原理我們可以知道，發動機涵道比越大，油耗越低，因此，現代民機發動機涵道比呈現增加趨勢。不過這樣就產生一個問題，即涵道比越大，風扇直徑相應也需要增加，重量隨之上升。根據相關資料，風扇質量已經占據發動機整機重量三分之一左右。風扇重量增加之后，會導致機匣、傳動系統重量上升，飛機機身和結構重量也要隨之增加，終導致飛機重量提高，降低了經濟性。這樣就產生一個矛盾，想提高涵道比必須采用更大的風扇葉片，但是更大的風扇葉片又意味著更大的重量和更低的經濟性，為了解決這個問題復合材料葉片應運而生。

 

　　復合材料葉片顧名思義就是葉片采用碳纖維復合材料制成。由于碳纖維比金屬輕得多，所以復合材料葉片重量要比金屬葉片輕得多。與鈦合金葉片相比，復合材料葉片將減重一半左右，效果非常顯著。根據相關資料，C919客機的LEAP-X1C發動機就采用了復合材料葉片，發動機重量比采用鈦合金葉片的發動機減少接近500公斤，加上機身減少的重量，飛機結構重量將降低1000公斤左右。這對于客機來說會產生非常大的經濟效益。另一方面，復合材料加工性能更好，更容易制成復雜曲面，葉片工作面更加貼合氣流，提高了工作效率。同時，由于高速旋轉的風扇葉片還要承受外力沖擊，對葉片強度、剛度要求較高，因此設計和制造難度非常大。當年，羅羅公司研制復合材料葉片遲遲未能取得突破，一度處于破產的邊緣。羅羅公司是現代民用航空發動機三大巨頭之一，研制復合材料葉片都如此艱難，其中難度可想而知。

 

國產CJ1000A渦扇發動機

 

采用鈦合金風扇葉片的CJ1000A結構示意圖

 

　　相關單位研制代國產大涵道比渦扇發動機的時候，考慮到國內碳纖維水平、復合材料葉片研制難度，所以沒有采用復合材料葉片，仍然采用了鈦合金葉片。隨著國內碳纖維技術水平的提高，目前，我國已經能夠量產T800級碳纖維，這為研制國產復合材料葉片打下了堅實的基礎。而江蘇新揚新材料股份有限公司通過引進技術、組建專業團隊，攻克了一系列技術難關，獲取大量的數據，為國產復合材料葉片工程化鋪平了道路。

 

　　國產復合材料葉片研制成功之后，將會替代現有鈦合金葉片，提高國產大涵道比渦扇發動機性能，從而進一步推動國產客機、運輸機性能升級。