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FRP玻璃鋼復(fù)合材料論壇

標(biāo)題: 碳纖維航空發(fā)動機(jī)葉片制造技術(shù) [打印本頁]

作者: 復(fù)合材料模具 時間: 2013-4-8 08:29
標(biāo)題: 碳纖維航空發(fā)動機(jī)葉片制造技術(shù)

碳纖維航空發(fā)動機(jī)葉片制造技術(shù)

----請注意其中的制造工藝部分（黑色加重字體）

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航空公司今天將完全可以服役的飛機(jī)棄之于沙漠中，卻去采購當(dāng)前一代的后繼機(jī)型——這些機(jī)型重量更輕、油耗更低，這在很大程度上要歸功于復(fù)合材料的使用。這種現(xiàn)象表明航空運營商從很大程度上已經(jīng)為在機(jī)身減重方面的投資做好了準(zhǔn)備，同時也顯示了他們對類似波音B787 Dreamliner及空客A350 XWB等新機(jī)型的渴求——這些機(jī)型采用的增強塑料按重量占整個飛機(jī)結(jié)構(gòu)的一半左右。

人們或許對復(fù)合材料在飛機(jī)內(nèi)飾方面的廣泛應(yīng)用及其對二級及主要飛機(jī)結(jié)構(gòu)不斷增長的貢獻(xiàn)耳熟能詳，但是未必清楚這種材料目前對發(fā)動機(jī)減重帶來的效果。雖然發(fā)動機(jī)的核心部件對復(fù)合材料來說通常溫度過高，但是溫度較低的運轉(zhuǎn)前端則是復(fù)合材料最主要的潛在應(yīng)用領(lǐng)域，主要為尺寸較大的風(fēng)扇及機(jī)匣?，F(xiàn)代噴氣式發(fā)動機(jī)通過風(fēng)扇使進(jìn)入進(jìn)氣道的空氣穿過發(fā)動機(jī)的外涵道，然后從發(fā)動機(jī)艙尾部噴出，通過這種方式形成發(fā)動機(jī)總推動力的70-90%。剩余部分則來自于內(nèi)涵道——發(fā)動機(jī)真正的噴氣部分。后者還為風(fēng)扇提供驅(qū)動力。風(fēng)扇的作用類似于大型的螺旋槳，只不過它的葉片數(shù)量要多得多，旋轉(zhuǎn)速度也快很多。在最新推出的一些渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)上，通過外涵道的空氣量最高約是通過內(nèi)涵道本身空氣量的12倍，這個比例稱為涵道比。

傳統(tǒng)上，發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片都是由金屬制成，通常是鈦金屬，但是今天，發(fā)動機(jī)制造商可以通過復(fù)合材料來大幅降低發(fā)動機(jī)的重量。同樣，用于容納任何形式的葉片分離及防止高速碎片損傷飛機(jī)機(jī)體或飛機(jī)系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)機(jī)匣，現(xiàn)在也可以采用復(fù)合材料來替代金屬或金屬復(fù)合材料混合物（通常是芳綸聚酰胺材料包覆在鋁合金外面）。風(fēng)扇與機(jī)匣模塊重量的減輕還可以帶來連鎖的效應(yīng)，使類似主軸軸承及連接發(fā)動機(jī)與機(jī)翼相連的吊架，以及相關(guān)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)都可以變得更輕。總體上說，每臺發(fā)動機(jī)約可以節(jié)省半噸或更多的重量，在今天航空油價居高不下的情況下，這種成效非常值得擁有。

相比金屬來說，復(fù)合材料具有更高的耐久性，尤其其耐疲勞度更強，而且可以成型成不同形狀，非常接近3-D虛擬空氣動力模型。復(fù)合材料還具有很好的抗蠕變性，這種朝外延伸的現(xiàn)象通過出現(xiàn)在金屬葉片上，主要是由葉片在2500rpm左右（巡航模式下風(fēng)扇的常見轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速下形成的離心力造成的，也就意味著葉片葉尖和外圍管道之間的距離在最初設(shè)計的時候就比應(yīng)有的大，這樣才能保證發(fā)動機(jī)的最佳性能。

市場開拓者

雖然羅爾斯·羅伊斯（Rolls-Royce）是復(fù)合材料風(fēng)扇葉片應(yīng)用的開拓者（后文將詳述），但是第一家成功將一架采用復(fù)合材料葉片的商用飛機(jī)推向市場的企業(yè)是美國飛機(jī)發(fā)動機(jī)制造商——通用電氣公司（GE）。最初的GE90發(fā)動機(jī)首次于1995年開始服役于英國航空公司的波音B777長程雙引擎廣體客機(jī)上。這款發(fā)動機(jī)的涵道比為8.4，風(fēng)扇直徑為10英尺，共有22個寬弦風(fēng)扇葉片組成。葉片采用通過高檔碳纖維增強的增韌環(huán)氧樹脂注塑而成。葉片表面采用耐磨的聚氨酯涂層，前緣采用的鈦合金保護(hù)可以防止葉片受到飛鳥、冰塊或其他“異物”的撞擊。鈦合金保護(hù)還形成了一種采用復(fù)合材料很難成形的非常必要的鋒利邊緣。這種保護(hù)前緣還可以替換，回收后還可以重新混合使用。

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GE公司此前在復(fù)合材料葉片方面擁有長達(dá)25年的開發(fā)經(jīng)驗，最早可追溯到NASA贊助的項目時期。該公司稱其GE90葉片承受了一整套嚴(yán)苛的測試，包括非常關(guān)鍵的Chicken-gun測試——將鳥的尸體射向工作中的發(fā)動機(jī)，來模擬高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下飛鳥的撞擊。測試獲得了積極的結(jié)果，這也與飛機(jī)在實際服役中對大量體形如白鷺及加拿大鵝般大小的飛鳥的真實撞擊結(jié)果一致。在這些情況下，飛機(jī)風(fēng)扇并沒有受到太大的損壞。據(jù)GE公司表示，暴露于飛機(jī)油液（燃油、液壓油等）環(huán)境中的復(fù)合葉片樣品維持了95%的基本性能。真實使用情況顯示葉片對濕度的吸收和材料的疲勞度都非常低。在葉片脫落試驗中，葉片被快速剪切掉，然后通過離心率被迅速甩出去。試驗結(jié)果驗證了復(fù)合材料機(jī)匣的性能。
GE90的升級版——GE90-115B目前是全球功率最強勁的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，其樣品在試驗臺架上曾輸出12.8萬磅推力（發(fā)動機(jī)的額定推力為11.5萬磅）。另外一款小型發(fā)動機(jī)——GENx為中等容量遠(yuǎn)程飛機(jī)開發(fā)，包括波音最新推出的最節(jié)油的B787客機(jī)，目前剛投入商業(yè)運營。在GE90葉片技術(shù)的基礎(chǔ)上，波音公司為B787開發(fā)了直徑為111英寸、18個葉片的復(fù)合材料風(fēng)扇。該風(fēng)扇使這架雙噴氣發(fā)動機(jī)飛機(jī)與如若采用金屬風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的機(jī)型相比重量減輕了700磅。
制造工藝
葉片的制造商是CFAN公司——GE與法國發(fā)動機(jī)制造商Snecma（斯奈克瑪）的合資公司。生產(chǎn)是在位于美國德克薩斯州圣馬科斯市（San Marcos）的一家專門的復(fù)合材料零部件工廠內(nèi)進(jìn)行的。這家工廠至今已經(jīng)生產(chǎn)了兩萬多個復(fù)合材料葉片，最初為GE90-115B發(fā)動機(jī)配套風(fēng)扇葉片，最近幾年也為GENx發(fā)動機(jī)生產(chǎn)葉片。據(jù)改公司稱，其嚴(yán)格的制造流程確保了所生產(chǎn)的葉片無孔隙、折皺及其他瑕疵。

E90葉片采用預(yù)制件方式制造，在每個葉根部分包含幾百層單向碳纖維預(yù)浸帶和織物。葉根部分的厚度達(dá)4英寸，然后逐漸變薄，直至葉尖部分厚度為0.25英寸。鋪層采用超聲波進(jìn)行切割，每一層的形狀都事先通過計算機(jī)軟件生成。碳纖維層然后通過激光投影系統(tǒng)進(jìn)行鋪設(shè)。編制完成的織物接著放置在模具中，然后向其中注入樹脂。在熱壓罐中，當(dāng)溫度設(shè)置為150°C左右，且施加一定固結(jié)壓力時，部件開始固化。最后，接近最終形狀的部件通過五軸CNC加工中心磨削至最終尺寸。

為GENx發(fā)動機(jī)開發(fā)的風(fēng)扇機(jī)匣是由GKN Aerospace Services公司位于阿拉巴馬州的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件工廠生產(chǎn)制造的。機(jī)匣由雙軸向和三軸向碳纖維及環(huán)氧樹脂織物組成，通過風(fēng)扇套管工具編制完成。套管中間關(guān)鍵部分采用了額外的三軸向?qū)?，彼此?/font>60°鋪設(shè)，使該部分比朝向尾端的部分更厚。這種全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)據(jù)稱要優(yōu)于其他發(fā)動機(jī)普遍采用的Kelvar（芳族聚酰胺）與鋁合金復(fù)合的機(jī)匣系統(tǒng)，后者更容易積累潮氣，從而導(dǎo)致兩種材料的銜接處出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

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。在今年的范堡羅航空展上，通用電氣航空（GE Aviation）公司稱其正在為計劃中的GE9X發(fā)動機(jī)開發(fā)第四代復(fù)合材料風(fēng)扇葉片，該發(fā)動機(jī)將用于新一代波音B777飛機(jī)上，代號為B777X。該公司還在探究將風(fēng)扇機(jī)匣與進(jìn)氣道整合到一個一體化裝置里，從而進(jìn)一步減輕重量的可能性。

----轉(zhuǎn)自復(fù)材網(wǎng)

作者: rlb 時間: 2013-4-15 09:32
可透露一下這種葉片的使用壽命多少小時嗎？

作者: everywhere 時間: 2013-4-17 16:31
謝謝分享！

作者: wly124 時間: 2013-4-30 21:37
中國什么時候能造出來？？？？？？？？？？？？？

作者: hurilu2010 時間: 2013-6-3 17:53
我公司都可以做出來，而且做出來可以達(dá)到噴了油的亮度，我公司好多產(chǎn)品做出來不用后處理，用模壓工藝更好，只是好多客人不關(guān)注我們小公司，有意者來電18664050309

作者: benfrp 時間: 2013-6-27 15:59
標(biāo)題: 回 hurilu2010 的帖子

hurilu2010:我公司都可以做出來，而且做出來可以達(dá)到噴了油的亮度，我公司好多產(chǎn)品做出來不用后處理，用模壓工藝更好，只是好多客人不關(guān)注我們小公司，有意者來電18664050309 (2013-06-03 05:53 PM)

全世界基本沒公司做得出，你們卻做出來了，強！中國的的飛機(jī)本來就差勁了，發(fā)動機(jī)技術(shù)更是落后，你應(yīng)該去航空研究院當(dāng)老大了，不過，我想你會被當(dāng)瘋子！
坦白的告訴你，聽你這么說，你是有一點抽真空的技術(shù)，有點RTM技術(shù)，有點模壓技術(shù)！只是皮毛，那發(fā)動機(jī)的溫度多高你知道嗎？中國內(nèi)我相信沒有一膠水能工作在200度以上，更不要說在發(fā)動機(jī)中工作了！
你說你的產(chǎn)品不怎么后處理，最多不就是模具光一點！其實要達(dá)到A級表面差遠(yuǎn)了！

作者: hanjian3927 時間: 2013-12-14 02:00
美帝確實強大啊

作者: 自在人心 時間: 2014-3-5 16:36
我們公司也能做得出來，我們習(xí)總都說了。

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