渦輪發動機復合材料葉片用增強織物的應用研究

劉梓琳　鄒雄　徐讓書　王金鐸

摘 要：在航空器結構中，渦輪發動機是其中的關鍵組成部分，用來為航空器提供連續飛行所需的動力能源。航空器的渦輪發動機是一種高度復雜并十分精密的熱力機械零件。隨著國內外對新型復合材料的深入研究與普遍開發利用，復合材料在航空器渦輪發動機葉片制造中的應用越來越廣泛，推動航空器渦輪發動機向“全復合材料發動”的發展方向邁進。增強體是復合材料的重要組成部分，用以增進復合材料的基本性能。本文以這一理論作為基礎，展開對渦輪發動機復合材料葉片用增強織物的深入研究，從對增強織物的概念及其優勢分析入手，探究增強織物在渦輪發動機復合材料葉片制造中的應用實踐。

關鍵詞：航空器；渦輪發動機；復合材料；增強織物；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.037

隨著我國社會經濟的飛速發展，我國遠距離交通運輸業得到了蓬勃發展。為了緊跟世界發展步伐，在國際社會中占據重要發展地位，我國的航空運輸產業在整個交通運輸系統中占據很大的比重，迎接逐漸廣闊的發展前景，也同時面臨著日益嚴峻的考驗與挑戰。完備的航空運輸網絡不僅是現代旅客運輸、尤其是遠途旅客運輸的重要方式之一，也是國際貿易市場中生鮮、貴重或精密貨品運輸的必要保障措施。

1 增強織物的概念及其優勢分析

航空運輸產業的健康發展，離不開航空器這一基礎性、核心性與關鍵性元素的科學化設計制造及規?；a加工。在航空器諸多組成部分中，渦輪發動機是其運行動力的來源，也因此成為一架航空器其中一項重要技術指標。渦輪發動機是內燃機的一種類型，利用旋轉的葉片從穿過機身的流動物質中汲取動能，為大型的飛機等航空器以及船舶、車輛等提供動能，是這些大型交通工具的必備的動力裝置。本文以對航空器渦輪發動機的工作原理分析為切入點，由此對其制造工藝加以研究，結合當前理論界廣泛關注的增強體這一研究焦點，著重探討增強織物應用于渦輪發動機復合材料葉片的實踐科學性與可行性，以期對渦輪發動機未來的創新性設計制造提供一定的借鑒意義。

1.1 增強織物的概念

增強織物，又被稱為fabric reinforcement，是增強體的一種，主要以纖維材料為基礎構成，通常以織物呈現形式而存在。增強織物的種類有很多，根據其不同的化學分子構成，可以分為有機增強織物與無極增強織物兩大類。增強織物是復合材料不可或缺的重要組成部分。

1.2 增強織物的優勢分析

社會發展進入21世紀后，對于先進的新型復合材料的研究開發與應用也隨之進入了飛速發展的時期，復合材料在航空器用渦輪發動機葉片制造中得到廣泛應用。復合材料葉片用增強織物的研究也顯得尤為重要。增強織物能夠有效改善復合材料的強度與各項使用性能，具有低密度、拉伸強度大、拉伸模量高等技術優勢。

2 增強織物在渦輪發動機復合材料葉片制造中的應用實踐

2.1 碳纖維增強織物的應用

碳纖維增強織物具有密度低、強度高、模量大以及耐高溫、抗腐蝕、耐輻射等技術優勢，應用于航空器渦輪發動機葉片制造，使葉片整體的拉伸強度與彈性都得到了較大提升，進而實現降低油耗、提高經濟效益的目標。

2.2 芳綸纖維增強織物的應用

芳綸纖維是對芳香有機纖維的總稱，以芳香基代替脂肪基，使得纖維的耐熱性與初始模量得到顯著提升，同樣具有密度低、拉伸強度大的優點，并具有優質的材料韌性。使用高強度、高韌性的芳綸纖維增強復合材料的渦輪發動機葉片，能夠大大提高抗沖擊能力。

2.3 碳化硅纖維增強織物的應用

碳化硅纖維增強織物具有極高的耐熱性能，能夠在近100攝氏度的高溫下保持基本性能與優質的材料強度，并能夠達到120攝氏度的耐熱問題。此外，碳化硅纖維增強織物還具有較好的化學穩定性與抗氧化性。應用于航空器渦輪發動機，可以大幅度減輕自身總重量，有效降低冷卻過程使用的氣流總量，進而提高發動機的使用性能。

3 結束語

復合化是新材料的重要發展方向，也是新材料的重要組成部分和最具生命力的分支之一。航空器渦輪發動機對新型復合材料的選用是當前航空器零部件制造產業的一大發展趨勢。文章分析了碳纖維增強織物、芳綸纖維增強織物以及碳化硅纖維增強織物在航空器渦輪發動機葉片制造中的應用實踐，為渦輪發動機的研究開發與制造提供了部分發展空間。當然，在渦輪發動機的制造研發中，還應當充分考量不同復合材料的各自突出優勢，切實做到揚長避短，最大限度地發揮不同復合材料的設計技術優勢，以滿足不同的制造需求。

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