羅·羅公司重返復(fù)合材料風(fēng)扇葉片研制

雖然羅·羅公司目前仍堅持在其渦扇發(fā)動機上采用鈦合金結(jié)構(gòu)風(fēng)扇葉片，但也將注意力轉(zhuǎn)向了碳纖維增強型復(fù)合材料風(fēng)扇葉片(CFRP)研制。

早在20世紀(jì)60年代末期，羅·羅公司就開始了復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的研制，并試圖用在RB211發(fā)動機上。同時，羅·羅公司也把鈦合金葉片的研制作為RB211發(fā)動機的備選方案。然而，這種名為Hyfil的碳纖維基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片不能承受外物碰撞。隨著發(fā)動機研制成本的飛速增長以及不利的經(jīng)濟條件，羅·羅公司面臨破產(chǎn)并于1971年被國家收購。此后，羅·羅公司不斷改進空心鈦合金風(fēng)扇葉片制造工藝。自RB211-22以來，羅·羅公司的所有大推力渦扇發(fā)動機均采用空心、寬弦鈦合金風(fēng)扇葉片，并采用超塑成型/擴散連接工藝制造。

雖然GE公司于1995年就在GE90發(fā)動機上采用了碳纖維復(fù)合材料風(fēng)扇葉片，并在GEnx系列發(fā)動機上也采用了相似設(shè)計。但羅·羅公司認(rèn)為，復(fù)合材料風(fēng)扇葉片重量輕，但為了滿足強度要求，一般要比金屬風(fēng)扇葉片厚，無法達到同等的氣動效率。

不過，目前羅·羅公司已經(jīng)和吉凱恩集團(CKN)聯(lián)合開發(fā)了一種跟鈦合金葉片一樣薄的碳纖維風(fēng)扇葉片試驗件，滿足穩(wěn)健設(shè)計及制造成本要求。這種碳纖維風(fēng)扇葉片已經(jīng)完成了包括葉片脫落、鳥撞試驗在內(nèi)的地面試驗。

復(fù)合材料風(fēng)扇葉片取代鈦合金葉片帶來的總重降低，不僅僅是由于采用了更輕的葉片，一個重要的因素是采用了新的碳纖維風(fēng)扇機匣。與葉片一樣，風(fēng)扇機匣也需要滿足不同的使用要求，為此機匣被設(shè)計成類似三明治的多層結(jié)構(gòu)。最內(nèi)層用于保證轉(zhuǎn)子葉尖間隙盡可能小，減小風(fēng)扇氣流能量損失；同時在其內(nèi)表面涂覆耐磨涂層，以避免由于振動或湍流使葉尖接觸到密封襯套時損傷葉片。第二層主要是為了在葉片失效時能吸收能量，滿足適航取證對機匣包容性的要求。最外層則用于為管線等附件裝置提供結(jié)構(gòu)支撐。目前機匣已經(jīng)單獨完成了包括葉片脫落試驗在內(nèi)的地面試驗。

風(fēng)扇葉片和機匣將設(shè)計成一個整體，組成先進低壓系統(tǒng)(ALPS)，并計劃2013年在遄達1000發(fā)動機上開始飛行測試。

羅·羅公司還認(rèn)為，復(fù)合材料風(fēng)扇和機匣并不能用于升級當(dāng)前發(fā)動機，因為包括遄達XWB在內(nèi)的現(xiàn)有發(fā)動機核心機已針對專用的風(fēng)扇葉片和機匣系統(tǒng)進行了優(yōu)化。另外，碳纖維復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的尺寸越大，帶來的減重效果越明顯，因而建議用在大推力發(fā)動機上。不過，從目前的測試結(jié)果看，該系統(tǒng)也能很容易地用在窄體飛機發(fā)動機上。在小型商用噴氣飛機發(fā)動機中，鈦合金葉片仍然擁有減重優(yōu)勢。復(fù)合材料風(fēng)扇和機匣可望在2020年前應(yīng)用于遄達XWB之后的新型發(fā)動機。