這個綠色風扇葉片全世界就一家能做,80多道工藝,2025年後才投入使用

2021-12-28 製造原理

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來源：直觀學機械

資料源：羅爾斯羅伊斯、國際航空、軍工也瘋狂

羅羅於2014年發布了他們的下一代航空大型發動機，其中鈦合金空心風扇葉片是羅羅的核心技術之一。

他們花費了十年時間才最終得到一個穩定的、能滿足精度要求的生產工藝，並最終得到非常輕巧但極其堅固的設計。羅羅官方也發布了風扇製造的工藝。

製造一個風扇葉片涉及80多種工藝步驟

這裡只展示其中幾步

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在溫度近1,000°C的熔爐中，用氬氣使三片連接在一起的鈦板膨脹，精確成形。

隨著外側兩片鈦板膨脹，中間層伸展成為內核結構，使中空葉片具備非凡強度。

觀測數百萬個數據點，測量精度達40微米，相當於人類頭髮直徑的一半。

機器人拋光並進行掃描，通過三維虛擬模型，檢測葉片上是否存在任何差異。


(碳/鈦合金複合材料風扇系統）

經過這麼多年的發展，我們知道飛機氣動性能優化的空間已非常有限, 大家把關注的焦點轉移到如何進一步提升發動機的推進和燃燒效率上。羅羅公司通過開展Advance和UltraFan項目，有望在未來幾年實現民用發動機的重大技術突破。

Advance項目

在Advance項目下，羅羅公司計劃用全新研發的增壓比超過60的高壓核心機打造下一代渦扇發動機系列。預期在2020年投入使用的Advance發動機的涵道比將超過11, 燃油消耗率比目前的遄達700至少降低20%。 

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UltraFan™風扇

UltraFan將在Advance核心機的基礎上，進一步改進中壓渦輪設計，通過齒輪系統來驅動風扇。

預期 2025 年以後投入使用的UltraFan發動機在採用齒輪驅動可變槳距風扇後，其總增壓比達到70，涵道比有望達到15，燃油消耗率將比遄達700至少降低 25%。

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UltraFan發動機到底有多牛

UltraFan（翻譯為：超扇）發動機的CTi風扇系統，採用碳纖維/鈦合金風扇葉片和複合材料機罩，每架飛機可減重1500磅（680kg），相當於多載七名乘客而不增加成本。

超扇發動機的變速設計，將為未來的大推力、高涵道比發動機提供有效動力。

「綠」不僅表現在碳纖維/鈦合金風扇葉片的材料基色，更意味著它的節能環保效果：節油、減排、降噪。

超扇發動機的燃油消耗和排放將比目前的遄達700發動機降低25%，也是環境友好發動機（EFE）驗證計劃的基礎技術。

由於風扇增壓比很低，採用變槳距控制以使其在非設計轉速不發生失速和顫振，採用傾斜和掠形出口導向葉片並進行吸聲處理，能夠有效降低噪聲。

超扇發動機短艙是一種帶出口導向葉片支撐的懸臂短艙，這種設計去掉了反推力裝置，大大減輕發動機重量。

去掉反推力裝置還可減小進排氣損失，進一步降低噪聲水平。

超扇發動機的核心設計之一「動力齒輪箱」，日前已在德國完成臺架實驗，輸出效率達到7萬馬力，這是該項目的又一個重要裡程碑。

動力齒輪箱的設計輸出功率將達10萬馬力，世界上最大的齒輪傳動渦扇發動機即將面世。

超扇（UltraFan）於2014年在美國亞利桑那州的試驗基地，搭載在波音747-200飛行平臺的遄達1000發動機上完成了第一次飛行試驗。

在美國的試驗表明風扇性能表現良好，這是該項目的第一個重要裡程碑。

風扇葉尖處安裝有光纖傳感器，以監控風扇的健康狀態。

羅羅每年投資於研發的經費為12億到13億英鎊。

超扇發動機計劃於2025年投入使用，目前普惠的齒輪渦扇發動機GTF已為空客A320neo、龐巴迪C系列、三菱噴氣MRJ、俄羅斯MC-21和安博威E噴氣-E2提供動力，民用航空發動機的革命性時代即將到來。

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