航空发动机关键部件结构及制造工艺的发展

    自20世纪40年代进入喷气时代以来，伴随着人们对发动机推重比需求的提高，航空发动机技术得到了飞速发展，它每一次的更新换代都伴随着一些新结构的应用，而支撑这些结构的基础就是一些新材料与制造技术的发展与使用。因此，必须对航空发动机关键部件在结构、材料及制造技术方面的发展及未来的应用趋势进行深入剖析。

    航空发动机是飞机性能、可靠性和成本的决定性因素。从1903年莱特兄弟首次实现动力飞行，所使用的推重比仅为0.11的水冷式发动机，到第二次世界大战期间迅速发展起来的推重比可达1.0左右的活塞式发动机，再到如今成为航空动力装置主力的推重比已达10.0左右的喷气式发动机，航空发动机推重比有了重大发展（见图1）。评价航空发动机性能的关键性指标为发动机的推重比，其每一阶段的发展都是与当时的社会需要以及科学技术发展水平（如耐高温的材料、先进的加工方法等）分不开的。

图1 1940~2010年间发动机推重比的发展

    自20世纪40年代进入喷气时代以来，伴随着人们对发动机推重比需求的提高，航空发动机技术得到了飞速发展，它每一次的更新换代都伴随着一些新结构的应用，而支撑这些结构的基础就是一些新材料与制造技术的发展与使用。因此，必须对航空发动机关键部件在结构、材料及制造技术方面的发展及未来的应用趋势进行深入剖析。

1 风扇/压气机

    压气机用来提高进入发动机内的空气压力，它不仅受较高的离心负荷、气动负荷等，还会受到发动机进气道外来物的冲击，受风沙、潮湿的侵袭，同时由于压气机前面增压级和后面增压级的流通能力不匹配，容易产生喘振现象，因此，无论在设计、制造，还是维修中都需在这方面耗费更多的精力和成本。下面分两部分概述压气机结构及制造技术的发展变化。

1.1 风扇叶片

    20世纪80年代初，风扇叶片一般为窄弦、带凸肩、实心结构，由钛合金整体锻件加工而成，其主要加工工序为：先墩出叶根和凸肩，并预锻成形，再在带转动炉膛的电阻炉中加热，取出后精锻、切边，最后经过数道机加工序得到成品叶片。由于凸肩的存在，降低了风扇的流通能力，气动效率低，同时，实心的叶片质量过大，这种叶片不适合更大推力发动机对风扇叶片的要求。

    为解决这些难点，英国罗-罗公司于80年代中期开创性地设计并制造出了新型宽弦、无凸肩、夹芯风扇叶片，这种风扇叶片能够消除原有中间凸肩的相互干扰阻力, 提高空气流量和气动效率, 增加抗外物撞击能力及喘振裕度, 并且使风扇的叶片数量减少1/3，其制造工艺是在叶盆和叶背钛合金面板之间放一块钛合金蜂窝夹芯块，两块面板和蜂窝夹芯块经活化扩散连接形成一体。