超級大坑：航發複合材料風扇，英國失敗退出，美國30年苦工突破

2020-09-11 馨雨每日關注

最近有個消息，中國某個企業研發了一款複合材料風扇試驗品，直徑在2米左右，可以作為中國大飛機發動機的風扇部件，這也是中國幾十年來，第一次報導複合材料風扇葉片，而世界各國先進客機使用的先進大涵道比渦輪風扇發動機，報導的首當其衝就是風扇，除了風扇葉片尺寸足夠大，視覺效果好之外，還有很多深層的原因。

從世界範圍來看，徹底搞定大推力民用航空發動機的複合材料風扇葉片的公司，其實只有一家，這就是美國GE公司，這是世界最重磅的航空發動機大魔王，而航空發動機另外兩巨頭，面對複合材料和風扇的組合，直接敗退下來，最慘的是英國羅羅公司，因為研製RB-211三軸發動機出問題，最終導致公司破產，複合材料風扇就是其中之一！

研發一款發動機讓公司破產，羅羅公司就遭遇這樣的慘劇

大家都知道，民用航空發動機要求省油，所以增加外涵道的做功能力至關重要，為此增加涵道比和風扇尺寸是不二選擇，為此航空發動機設計師不斷增加風扇尺寸，最大增加到了3.4米，和波音737機身一樣，就鳥撞失敗的英國RB-211發動機來說，真是一個慘痛的教訓。

RB211採用一級跨聲速風扇,無進口導流葉片,增壓比為1.5，風扇轉子由33片鈦合金葉片、鈦合金輪盤、傳動軸與保持軸等組成,重約380kg,外徑2.16m,葉片長0.7m,在葉高2/3處有減振凸臺，風扇轉子轉速為3860r/min,

每個葉片產生的離心力約為550kN，巨大尺寸的風扇約產生全部推力的3/4,

這就是世界發動機廠特別重視風扇的原因！

為了讓風扇用上複合材料，美國人努力了30年！

而在研製之初，英國羅羅公司設計師採用了碳纖維複合材料製造風扇葉片，具有多種優點，材料輕，振動小，顫振特性好，但是誰都想不到，一隻小鳥擊碎了英國人的美夢，鳥撞試驗中風扇開裂解體，最終沒有通過發動機適航條例，所以羅羅公司不得不重頭使用鈦合金製造風扇葉片，重量大大增加，但是通過了！

英國人在風扇玩複合材料失敗之後，從此繞路走，他們從70年代的RB-211發動機到後來的TRENT發動機，都不再考慮複合材料這個選項，全部使用空心鈦合金，效果也不錯，美國PW發動機公司也如出一轍，不給自己惹麻煩，但是大魔王GE公司則不吃這一套，既然有強大的性能優勢，那就迎頭趕上！

波音777的成功大部分要歸功於GE公司的巨無霸發動機GE90

GE公司從上世紀60年代和英國羅羅公司同步開發複合材料風扇技術，TF-39發動機和英國羅羅公司RB-211一樣鳥撞失敗，連0.68公斤鳥撞考試都沒有通過，但是GE公司並沒有像英國羅羅公司一樣，從此放棄，而是不斷加大投資力度，一點點嘗試，先後在F103(風扇葉片)、QC-SEE(風扇葉片)，複合材料風扇葉片的UDF項目上不斷努力，而且通過了吞鳥3.63公斤，遠超適航條例的1.6公斤！

最終在90年代中期，終於在GE90發動機上攻克難關，在波音-777飛機發動機選型中，由於GE公司發動機架構先進，而且採用了超大型複合材料風扇葉片，比競爭對手更省油，而且潛力更大，在多次競標中，輕鬆取得了對羅羅公司和PW公司的優勢！在公眾對復材風扇最擔心的鳥撞問題，GE90發動機取得了無與倫比的優勢，通過了3.62公斤模擬大鳥撞擊試驗，而且裝機飛行的波音-777飛機也遭遇到30多次鳥撞，但是都沒有造成機毀人亡的悲劇，最大一次遭受1.362公斤鳥撞，而發動機仍然完好，沒有停車，繼續飛行！

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