近日，江苏新扬新材料股份有限公司参与的“航空航天用高性能复合材料及结构件的关键技术研发与产业化”项目获得2019年度江苏省科学技术一等奖。该公司参与研制的复合材料风扇叶片已经进入试制件生产阶段。这一关键技术为国产大涵道比涡扇发动机性能升级打下了坚实的基础。
根据江苏新扬公司透露的信息，国产复合材料风扇叶片将会用于长江（CJ）系列大涵道比发动机，包括CJ1000A涡扇发动机。该机型是C919客机的配套发动机，CJ1000A换上复合材料风扇叶片之后，性能更好、耗油率更低，可以让C919客机性能向前再迈进一步，有效增强其在国内外市场的竞争力。
C919客机目前采用的LEAP-X1C发动机
LEAP-X1C采用的复合材料风扇叶片
对于大涵道比涡扇发动机来说，风扇叶片是关键部件之一。它的作用是将空气源源不断地吸入燃烧室，所以风扇叶片性能好坏很大程度决定着发动机性能的优劣。从涡扇发动机原理我们可以知道，发动机涵道比越大，油耗越低，因此，现代民机发动机涵道比呈现增加趋势。不过这样就产生一个问题，即涵道比越大，风扇直径相应也需要增加，重量随之上升。根据相关资料，风扇质量已经占据发动机整机重量三分之一左右。风扇重量增加之后，会导致机匣、传动系统重量上升，飞机机身和结构重量也要随之增加，最终导致飞机重量提高，降低了经济性。这样就产生一个矛盾，想提高涵道比必须采用更大的风扇叶片，但是更大的风扇叶片又意味着更大的重量和更低的经济性，为了解决这个问题复合材料叶片应运而生。
复合材料叶片顾名思义就是叶片采用碳纤维复合材料制成。由于碳纤维比金属轻得多，所以复合材料叶片重量要比金属叶片轻得多。与钛合金叶片相比，复合材料叶片将减重一半左右，效果非常显著。根据相关资料，C919客机的LEAP-X1C发动机就采用了复合材料叶片，发动机重量比采用钛合金叶片的发动机减少接近500公斤，加上机身减少的重量，飞机结构重量将降低1000公斤左右。这对于客机来说会产生非常大的经济效益。另一方面，复合材料加工性能更好，更容易制成复杂曲面，叶片工作面更加贴合气流，提高了工作效率。同时，由于高速旋转的风扇叶片还要承受外力冲击，对叶片强度、刚度要求较高，因此设计和制造难度非常大。当年，罗罗公司研制复合材料叶片迟迟未能取得突破，一度处于破产的边缘。罗罗公司是现代民用航空发动机三大巨头之一，研制复合材料叶片都如此艰难，其中难度可想而知。
国产CJ1000A涡扇发动机
采用钛合金风扇叶片的CJ1000A结构示意图
中国相关单位研制第一代国产大涵道比涡扇发动机的时候，考虑到国内碳纤维水平、复合材料叶片研制难度，所以没有采用复合材料叶片，仍然采用了钛合金叶片。随着国内碳纤维技术水平的提高，目前，我国已经能够量产T800级碳纤维，这为研制国产复合材料叶片打下了坚实的基础。而江苏新扬新材料股份有限公司通过引进技术、组建专业团队，攻克了一系列技术难关，获取大量的数据，为国产复合材料叶片工程化铺平了道路。
国产复合材料叶片研制成功之后，将会替代现有钛合金叶片，提高国产大涵道比涡扇发动机性能，从而进一步推动国产客机、运输机性能升级。
来源：小飞猪的防务观察
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