發布時間:2020-07-22
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2011年國際通用航空大會披露,我國與法國、新加坡合作研制的輕型直升機EC120的機身、垂尾、水平安定面、尾翼、前艙等結構均由CFRP等復合材料制成。在軍機方面,近年來所有的國產直升機旋翼都是多維編制的CFRP復材葉片,金屬旋翼葉片已經完全淘汰。報載:碳纖維復合材料葉片和先進旋翼機構,已經成為中國直升機整體短板下不可多得的優勢點,水平基本與國外看齊——殲-20、武直-10、遼寧號這些平臺類的突破固然可喜,而直升機葉片這樣長期困境中的點滴進步,也同樣令人感動。
既然說起葉片,再嘮叨兩句航空渦扇發動機。
大家知道,航發的風扇葉片,大多采用鈦合金。金屬葉片有一個弱點,就是振動阻尼性能較差,高速旋轉時容易震顫,而且不易衰減。而且如果葉片本身已經有微小裂紋,就會在這種持續震顫中,引發裂紋由內向外快速擴張,在極短時間內造成葉片斷裂。這是一種比共振更加危險的振動現象。
因此,有些風扇就在每個葉片的兩側加一個凸臺,專業術語稱為“凸肩”。建國60周年空軍成就展上披露,在殲-11系列的AL31FN和WS-10A發動機進氣口,都有這樣的凸肩(見下圖)。這樣,葉片全部高速旋轉時,各凸肩形連起來成了一個加強環,增加了葉片剛度。而且,葉片是依次疊加的,每個凸肩“頂”著前面一個葉片,有效降低了阻尼震顫。但這樣做的后果,是凸肩增加了葉片厚度和重量,同時增加了葉片數量,降低了發動機的推重比。
殲-10發動機進氣口的凸肩(紅圈處)
而CFRP材料制成的風扇葉片,由于纖維多層交叉鋪貼,材料本身“各向異性”性能優越,裂紋生長緩慢,再加上振動衰減率比鈦合金快5-6倍,因此可以取消葉片凸肩。2010年珠海航展披露,GE和法國斯奈克瑪為C919大飛聯合研制的發動機LEAP-X,就采用了CFRP三維碳纖維編織物整體成型的風扇葉片,不但重量減輕了50%,葉片數也減少了一半。
國內發動機風扇葉片,目前只看到渦槳發動機的復合葉片,尚未見到實裝渦扇發動機使用CFRP的報道。2012年珠海航展上的CJ-1000A發動機是我國一款商用渦扇航空發動機在研產品,據稱采用了CFRP寬弦復合大彎掠風扇葉片。讓我們假以時日,拭目以待吧。
在2011年中國國際通用航空大會上,“天弩”、“風刃”等無人機采用了全機結構CFRP材料,V750無人直升機、小型通用航空雙座飛機,也都大范圍采用了CFPR蒙皮,可以看作是國內碳纖維復合材料在通用航空領域的有益嘗試。