杨超凡的材料世界【10】：世界最大复材-风扇叶片

罗尔斯·罗伊斯使用可持续燃料进行全功率发动机测试，以提高未来窄体和宽体飞机的航空效率。

Rolls-Royce（英国伦敦）在其位于英国德比的工厂成功地将其UltraFan技术演示机运行到最大功率。测试的初始阶段是使用100%可持续航空燃料（SAF-）进行的。

今年早些时候，UltraFan演示器首次成功测试。从那时起，作为严格测试制度的一部分，该团队一直在逐步提高功率，演示者的表现符合公司的预期。测试结果将提供有价值的学习，数据将用于继续分析航空发动机。

UltraFan的效率比劳斯莱斯的Trent XWB提高了10%，后者被称为世界上现役效率最高的大型航空发动机。UltraFan的可扩展技术推力约为25000-110000磅，也有可能为预计在2030年代推出的新型窄体和宽体飞机提供动力。

此外，作为UltraFan开发计划的一部分，罗尔斯·罗伊斯已经确定了一些可能转移到其当前特伦特(Trent)发动机的技术，这些技术将为客户提供更高的可用性、可靠性和效率。

集团工程总监Simon Burr表示：“我们估计，要在2050年前实现净零飞行，最新一代高效燃气轮机（如在100%SAF下运行的UltraFan）的组合可能会贡献总解决方案的80%左右，这就是为什么这一宣布对劳斯莱斯和整个行业来说是一个重要的里程碑。”，罗尔斯·罗伊斯公司的技术和安全。

UltraFan已经酝酿了十年，其概念于2014年公开亮相。据该公司称，这是一种与目前服役的约4200台劳斯莱斯民用大型发动机截然不同的设计架构，因为它采用了尚未以这种尺寸生产的齿轮设计。阅读“罗尔斯·罗伊斯开始为UltraFan演示器制造世界上最大的复合材料风扇叶片”，了解与复合材料组件和罗尔斯·罗伊斯可持续发展战略中的关键元素有关的详细信息。

CFRP叶片和风扇壳体为双引擎飞机减重700公斤

英国布里斯托尔Rolls-Royce复合材料技术中心生产的复合材料风扇叶片

UltraFan的艺术家渲染图，采用直径140英寸（3，56米）的一组18个复合风扇叶片。

Rolls-Royce（英国伦敦）已经开始生产世界上最大的风扇叶片，用于其UltraFan演示发动机，这将在效率和可持续性方面树立新的标准。这一里程碑标志着该演示器的零部件生产正式开始。

复合材料叶片

据报道，UltraFan发动机将在效率和可持续性方面制定新标准，与第一代Trent发动机相比，燃料消耗和排放量减少了25%。效率的提高部分来自UltraFan的复合风扇叶片和风扇外壳，它将双引擎飞机的重量减轻了700公斤，相当于7个人带着行李。

作为一套，复合材料叶片的直径为140英寸，几乎相当于目前窄体飞机机身的大小。它们是在该公司位于英国布里斯托尔的技术中心制造的。

风扇叶片由500层HexPly M91赫氏（Hexcel-美国康涅狄格州斯坦福德市）碳纤维增强、高韧性和耐冲击环氧预浸料制成。赫氏（Hexcel）提供用于自动上篮的狭缝胶带。叶片使用热和压力进行热压罐固化，精密加工，然后在前缘结合薄钛护套之前进行涂层，以防止侵蚀、异物和鸟类撞击。使用计量学和超声波测试对复合钛（CTi-composite titanium）叶片进行检查和测量。

罗尔斯·罗伊斯复合材料技术中心正在使用GOM计量系统对复合材料风扇叶片进行扫描。

布里斯托尔复合材料厂

布里斯托尔复合材料工厂可追溯到复合材料技术与应用有限公司（CTAL-Composite Technology and Applications Ltd），该公司是Rolls-Royce和GKN Aerospace（英国Redditch）于2008年成立的合资企业。CTAL将罗尔斯·罗伊斯在先进发动机技术方面的专业知识与吉凯恩航空航天在复合材料研究和自动化制造方面的能力结合在一起。英国政府资助Rolls-Royce的复合材料技术研发也始于2008年，并于2012年用于在怀特岛建立CTAL设施。罗尔斯·罗伊斯于2015年宣布，将于2017年将CTAL的能力，包括设备和30-40名人员转移到布里斯托尔。

罗尔斯·罗伊斯在2015年报告称，预生产复合材料设施将在现有建筑内开发，同时开发碳纤维复合材料电气线束筏的新设施，该设施当时正在布里斯托尔工厂建造。这两个工厂都受益于与布里斯托尔国家复合材料中心（NCC-National Composites Centre）合作开发的制造技术，以及布里斯托尔大学罗尔斯·罗伊斯大学技术中心进行的研究。

先进低压系统（ALPS-Advanced Low Pressure System）演示机的罗尔斯·罗伊斯碳纤维复合钛（CTi-composite titanium）风扇叶片。

可持续发展战略的关键要素

复合材料叶片已经在先进低压系统（ALPS-Advanced Low Pressure System）开发发动机上进行了广泛测试，包括在劳斯莱斯飞行试验台上进行的飞行测试。ALPS是罗尔斯·罗伊斯、Clean Sky、Innovate UK、BEIS、ATI、ITP Aero和GKN的合作伙伴。ATI、Innovate UK、LuFo和Clean Sky 2支持为实现UltraFan而开发的技术组合。

UltraFan是罗尔斯·罗伊斯可持续发展战略的一个关键要素，该战略包括持续研究以提高燃气轮机性能，以及开创电气化，并与行业合作伙伴合作加快可持续航空燃料的使用。它也是劳斯莱斯智能引擎愿景的一部分，该愿景将其产品、服务和数字技术结合在一起。

UltraFan将于2021年开始地面测试，并在本世纪末投入使用，它是一种可扩展的设计，推力从25000磅到100000磅不等。它还具有以下特点：

• 一种新的发动机核心架构——提供最大的燃油燃烧效率和低排放
• 先进的陶瓷基复合材料–在涡轮机高温下更有效运行的耐热部件
• 齿轮传动设计，最大限度地提高高推力、高旁通比的发动机效率。

罗尔斯·罗伊斯民用航空总裁克里斯·乔勒顿表示：“这是UltraFan的十年，随着示范发动机的开始生产，进入20世纪20年代令人兴奋。”。“我们已经把所有的构建块、设计、技术、一个全新的试验台都准备好了，现在我们真的看到了发动机的组装。”

该工厂正在为罗尔斯·罗伊斯UltraFan喷气发动机演示机开发碳纤维复合材料风扇叶片和风扇机匣。

Rolls-Royce（英国德比）1月9日报道称，该公司已在英国布里斯托尔开设了一家新工厂，开发用于喷气发动机的碳纤维复合材料风扇叶片和风扇外壳。该公司表示，其新技术的目标是减少排放，大幅减轻喷气发动机重量，降低油耗。

该工厂正在制造的风扇叶片和风扇外壳是劳斯莱斯UltraFan发动机演示器的一个特点，该公司表示，与第一款特伦特(Trent)发动机设计相比，该发动机设计将减少至少25%的燃料消耗和二氧化碳排放。据罗尔斯·罗伊斯公司称，其一个由碳纤维复合材料制成的风扇系统每架飞机可节省近700公斤，相当于7名乘客及其行李。

罗尔斯·罗伊斯表示，其风扇叶片由数百层预先填充树脂的碳纤维材料组成。在施加热量和压力后，每个刀片都有一个薄的钛前缘，据报道，它可以防止侵蚀、异物和鸟类撞击。

几十年来，罗尔斯·罗伊斯一直在开发用于发动机零件的碳纤维技术。新设施计划将这项技术提升到一个新的水平，部分原因是与国家复合材料中心（布里斯托尔）和布里斯托尔大学的Rolls-Royce大学技术中心以及英国和欧洲的其他大学和研究中心建立了合作伙伴关系。

据报道，新工厂将使用低能耗、低排放的工艺，并采用最先进的自动化制造方法和材料。它还打算最大限度地利用原材料，减少浪费。罗尔斯·罗伊斯承诺到2030年在其运营和设施中实现零排放。

该工厂已在布里斯托尔获得150个工作岗位。现有的劳斯莱斯复合材料制造技术设施以及大约30名员工已从怀特岛转移到布里斯托尔。

罗尔斯·罗伊斯航空航天技术和未来项目总监Alan Newby表示：“这座令人难以置信的新设施体现了我们对创造更清洁、更高效的电力形式的承诺。”。“我们的高技能员工将使用最新的技术、材料和制造技术来开发部件，这些部件将有助于制造更轻、更安静、更强大、排放更少的喷气发动机。”

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【注】原文见以下：

1.《Composites-intensive UltraFan aeroengine achieves full power milestone 》2023．11．24

2. 《Rolls-Royce opens composite fan blade facility in Bristol, U.K. 》 2020.1.10

3.《Rolls-Royce opens composite fan blade facility in Bristol, U.K.》 2020.1.10

杨超凡 2023.11.29