2001年2月26日
图片来源:Marina Pousheva/Shutterstock.com
多年来，高旁通航空发动机的风扇叶片都是用固体钛合金锻件制造的，并设计了中盘减振器来控制振动。然而，缓冲器阻碍了气流，降低了空气动力效率，导致高油耗。现代风扇叶片设计移除了减振器，以提供更有效的机翼。
这种新机制同时增加了叶片弦，以保持机械稳定性，减少了大约三分之一的叶片数量。这是在减轻重量与空心结构和内部核心。
叶片材料亚博网站下载
对于减震器和宽弦叶片，使用的是传统的细晶粒钛合金，由6%的铝和4%的钒(Ti6Al4V)组成。这种组合在化学上很简单，铝在低密度下提供了强度，而钒有利于更容易的材料热加工过程。
这种细晶钛合金用于高达350°C的圆盘和压缩机叶片，但优异的超塑性成形和固态扩散连接能力使其特别适合于宽弦叶片。
为空心设计的低密度核心是结构的一个组成部分。两个外部表皮由蜂窝填料或超塑成型的波纹材料分开，后者承担一定的离心负荷。面板与面板之间和芯与面板之间的连接都必须达到母材性能，以承受外来物体冲击和疲劳的影响。
对于第一代设计，接头是通过瞬态液相扩散连接工艺制造的，而第二代设计采用固体扩散连接与超塑性成形的装配。粘合结构的空腔在高温下膨胀，在金属染料之间使用惰性气体来膨胀核心，同时形成叶片的外部空气动力剖面。
然而，这些类型的叶片是不可靠的。减少这一限制的技术努力被证明是一个主要的竞争优势。仅仅过了十年，劳斯莱斯以外的制造商就推出了一款类似的设计。这个服务记录是彻底的开发测试的结果。
低周疲劳试验和高周疲劳试验是必要的;一组叶片在真空中反复加速至其最大速度，以建立低周疲劳，并在静态振动装置上研究高周疲劳，直至在服役中可能遇到的最大应力水平。
技术因素
由于有很大的前向区域，需要抵抗鸟类的摄入。吞食几只中等大小的鸟是通过在起飞时启动引擎，并要求它在一秒内吞食4只鸟来演示的。发动机应继续提供动力，加速和减速30分钟，以模拟严重摄入事故后可能的操作过程。
如果叶片发生机械故障，即使故障发生在最大功率时，发动机也必须结构良好并包含所有碎片。
在现代发动机中，密封是用铝或钛外壳来实现的，叶片碎片可以通过外壳穿透，并被凯夫拉尔的外部缠绕物所捕获。
采用宽弦叶的发动机的风扇模块轻约24%，发动机轻约7%(典型的是波音77亚博网站下载7中使用的Trent 800发动机)，这表明了材料开发和设计改进的好处。
燃气轮机的未来
有证据表明，碳复合材料可以解决现代机械对风机叶片的要求。亚博网站下载目前，这些材料限制了叶片的设计速度亚博网站下载，在给定的推力下需要更大的直径。研究人员正在不断开发一种综合方法，将材料和空心设计融合在一起;这将导致满足适航要求，重点是在复合材料叶片的很大一部分周围制造钛覆盖层，并减轻一些重量。该复合材料可以作为钛蜂窝或波纹芯的替代。各公司也一直在研究利用由碳化硅单丝提供的选择性增强的钛基金属基复合材料来控制叶片的解扭。
本文于29日更新th2020年1月。