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日本三菱化学高性能碳纤维在商用飞机发动机领域应用实例

2022-04-22 16:132920
 在商用飞机领域,碳纤维复合材料(CFRP)已成为通过减轻飞机重量来提高燃油效率不可或缺的关键原材料。从飞机主翼、机身等一级结构材料到座椅、地板等二级结构材料,CFRP应用范围广泛,未来有望扩展到发动机零部件等新应用领域。在这里,将介绍CFRP在发动机结构导向叶片的应用实例。
技
发动机结构导翼——款商用飞机发动机结构导翼
欧洲空客新型A320neo发动机PW1100G-JM的风扇结构采用PAN基中模量级碳纤维。PW1100G-JM是与美国普惠公司、德国MTU Aero Engines AG、日本航空发动机公司(JAEC)成立合资公司International Aero Engines LLC(IAE LLC),在国际上共同开发的商用飞机发动机。
 
这也是次将位于从发动机前部吸入空气的风扇内部的结构导向叶片制成复合材料。通过增加商用飞机发动机的风扇直径,油耗和噪音降低 15%。新型发动机风扇结构特点体现在以下三个方面:
 
轻质高强度碳纤维复合材料 (CFRP) 用作制造更大风扇的材料;
 
通过将机翼构件、结构构件与结构导向翼集成在一起,进一步减轻重量;
 
先进的齿轮系统“Geared Turbo Fan”,更大的风扇直径,可以降低风扇转速,实现高推进效率和降噪。
 
PW1100G-JM采用先进的齿轮系统“Geared Turbo Fan”,涵道比约为12,几乎是目前V2500的三倍,而这种高涵道比实现了高推进效率(低油耗)和低噪音。通过用轻而强的碳纤维树脂基复合材料代替传统使用的钛和铝,可以使发动机直径更大,同时保持承受鸟类碰撞的强度,从而减轻发动机的重量并提高燃油效率。此外,本次采用的结构导翼还具有支撑风扇壳的结构件的功能,实现了进一步的轻量化。(备注:涵道比是指在涡轮风扇发动机中,仅在风扇中流动而不在发动机中流动的空气即旁通空气与在发动机中流动的空气之间的流量比。涵道比越大,发动机在亚音速时的推进效率越好,低速时的燃油消耗率越低,发动机的排气噪声就越低)
 
兼具耐冲击性和可承受鸟击的高生产率热塑性CFRP
 
商用飞机发动机风扇结构部件在运行期间可能会发生鸟击。即使在鸟击之后,也需要高冲击强度以确保结构部件的稳固性。PW1100G-JM结构导翼采用日本三菱公司的中模量级碳纤维,具有极高的抗冲击性,并采用碳纤维增强热塑性树脂基复合材料实现高生产率,目前正在量产。
 
此外,三菱公司按照航空航天质量管理体系“JISQ9100”进行严格的质量控制,开发、生产和销售适用于飞机结构材料和内饰材料的多种材料。未来,随着飞机发动机的大型化和对材料轻量化的需求,预计CFRP复合材料的应用将会取得更多的进展。(作者:钱鑫博士)
 
 
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