图1  碳纤维增强树脂基复合材料风扇叶片

 

　　碳纤维增强树脂基复合材料具有轻质、比强度高、比刚度大等特征，可替代传统钛合金等材料在民用航空发动机上应用。在气动设计、结构设计和复合材料技术发展的基础上，大涵道比商用发动机应用复合材料风扇叶片，可以进一步提高商用飞机的推重比和燃油效率，降低噪声和有害气体排放，增加舒适性和经济性。采用复合材料可以减轻风扇及发动机质量，提高比刚度、疲劳性能、损伤和缺陷容限等，航空发动机采用先进复合材料是同时实现更高涵道比和减重的唯一途径，这也为扩大复合材料在发动机上的使用提供了大的机遇。

表1  发动机冷端件使用的树脂基复合材料密度、比模量和比刚度与金属材料之比

 

　　与金属钛合金叶片相比较，复合材料叶片具有以下一些明显优势：复合材料叶片数量比钛合金叶片数量减少50%，减轻质量66%；高效率、低噪声；较低燃油消耗率；在抗振特别是抗颤振方面，优于钛合金叶片；抗鸟撞能力得到了适航当局的认可。

图2  LEAP-X1C发动机

 

　　在商用发动机领域，借助于在机匣、风扇叶片及涵道等部位引入轻质的碳纤维增强树脂基复合材料，CFM公司的LAEP发动机涵道比上升到10。LEAP是CFM国际公司在CFM56的基础上研制的新一代大涵道比涡扇发动机，用于新一代150-200座级单通道客机，这一发动机是针对下一代飞机进行改造的产品，具有更好的燃油经济性和更低的二氧化碳排放量。CFM-56有24个风扇叶片，重量达到120公斤，而LEAP采用了宽弦后掠三维成型复合材料叶片，边缘用钛合金加强，数量只有18个，叶片总重量只有70公斤左右，而且结构牢固，抗鸟撞能力强，制造成本却相对较低。由于叶片数量减少，加上采用了后掠设计，可以降低了叶片通道之中激动的强度，从而提高发动机的进气流量，增加推力，降低油耗。我们C919客机上采用了LEAP-X1C发动机，这也是C919选用的唯一国外启动动力装置。

 

　　图3  GEnx航空发动机

 

　　通用电器GEnx(General Electric Next-generation)发动机是一款先进的双转子轴流式大涵道涡轮风扇发动机，使用于波音787、747-8。此外，GEnx也是作为CF6的替代产品，GEnx运用了一些在GE90涡轮风扇发动机中的技术，包括复合材料制造的风扇叶片以及更小的体积的核心组件。风扇叶片采用三维气动技术设计，是一种高流量后掠型叶片，这种第三代复合材料叶片（带钛前缘）重量轻、耐久性好、效率高、噪声低。叶片数由GE90的22片减为18片，重量明显降低，巡航耗油率比CF6-80E1A4发动机降低了15.4%。