科普复材非金属,大发的瘦身秘笈

看!灰机!

哪呢?哪呢?

哇~~好壮观呀!咦,小红,你说飞机是咋上天的啊?

听说是一个叫发动机的东西把它飞上去的,具体的我也不太清楚,走,问问大发去!

大发,大发,飞机是咋上天的啊?

咳,飞机能够翱翔蓝天,靠的是它背后的武林盟主——发动机的动力支持。发动机,绰号大发,盟主之位来之不易,设计、材料、工艺、检测……九九八十一难,难难扎心,更要提防东邪西毒们的虎视眈眈和蠢蠢欲动。为了保护自己的盟主地位,大发不得不万剑归宗,追求更高的武功造诣,不断增大涵道比,提高效率。因此,大发的身材越来越圆润,变成了一个傻大胖。俗话说,爱美之心,人皆有之,大发为了保住男神的称号,积极健身减肥。

那么大发的减重秘诀是什么呢?答案就是《复材非金属》——一本拈花飞叶可伤人的宝典秘笈。

汲日月之精华,聚幽冥之灵气。《复材非金属》自诞生之日起,就引起整个江湖血雨腥风,各大门派(GE、RR、PW)为尽早登峰造极,更是拼得你死我活、鱼死网破。

复材非金属

RR公司

GE公司

1

复合材料风扇叶片篇

——屠龙宝刀

复合材料风扇叶片

相传,为了得到屠龙宝刀——复合材料风扇叶片,早在20世纪60年代各大门派就在秋名山展开了黑云压城城欲摧的厮杀。

GE公司研制的TF39发动机就曾尝试采用碳纤维增强的树脂基复合材料风扇叶片,因没有通过吞鸟(0.68kg)试验而宣告失败。然而,武痴GE并没有放弃,又相继在F,QCSEE等发动机上开展了复合材料风扇叶片的应用研究;特别是装有复合材料风扇叶片的GE36UDF(无涵道风扇)发动机,在地面台架和飞行试验台上进行了h的试验,并通过了吞入3.63kg鸟的试验。此后GE再接再厉,成功地为GE90发动机开发了先进树脂基复合材料风扇转子叶片。GE90发动机风扇叶片的叶身和叶根由IM7中长碳纤维与增强的-7环氧树脂组成的称为“大力神”的-7/IM7复合材料制成一体。

武圣RR不甘示弱,在无量山闭关修炼。20世纪60年代,RR公司开发了Hyfil结构的碳纤维增强的树脂基复合材料风扇叶片,并在Conway发动机上得到验证,但将这一结构放大并尝试应用于RB发动机风扇叶片时没有通过抗鸟撞试验,最后不得不改用钛合金叶片。至今,武圣RR还未修得商业化的复合材料风扇叶片,着实令人可惜。

在此,大发给你们也透露一个小秘密,第四代复合材料风扇叶片采用三维机织,经RTM(ResinTransferMolding,树脂传递模塑成型)成形,典型应用的发动机型是LEAP-X发动机,其预制体为一次编织成型,每片叶片使用的碳纤维长度累计可达公里。

RTM成型

2

复合材料风扇机匣篇

——金钟罩、铁布衫

正所谓“力不打拳,拳不打功”,真正的高手不仅精于攻速,更耐于抗击打。因此,为练就金刚不坏之身(复合材料风扇机匣),提高包容性和抗损伤容限,武痴GE、武圣RR、武神PW等各大门派再一次聚集于光明顶,“双手采气调真元,电激命门火自添,叩齿咽津坎填离,出掌探珠神贯鼎”,各大门派各显神通。

复合材料风扇包容机匣

GE公司开发的芳纶纤维缠绕的风扇机匣包容环技术已经逐步成熟,现在已经成功地应用于CF6-80C2,GE90,CFM56等发动机上。与不锈钢风扇机匣包容环相比,其质量减轻了35%-50%。

CF6-80C2和GE90发动机采用相似的铝合金与Kevlar复合材料复合加工的风扇机匣包容环。GE90发动机风扇包容环在很薄的铝合金壳体上,缠绕几十层Kelver织成的条带,条带外面再覆以环氧树脂。采用铝机匣,并在其外表面纵横铣出许多减质的槽道,主要用于保持一定圆度的环腔。

GE90发动机复合材料风扇叶片被设计成当叶片从叶根断裂被甩出、撞到包容环上时,在径向冲击的压缩负荷作用下容易碎断,变成几块碎片,这种设计对包容环特别有利。

这种包容环包容能力强,厚度虽很大,但由于主要是用复合材料制作的,因此质量很轻。CFM56发动机风扇机匣由几节不锈钢环采用电子束焊焊接而成,并采用以Nomex为芯的玻璃纤维蜂窝夹层结构。

为了增强其包容性,还特意加厚机匣壁和前安装边,并在机匣外壁上做出4圈特别的整体加强肋,以增强机匣的安全性,能起到包容碎片的作用。

在黑木崖修炼已久的PW公司,也展示了过人的抗揍能力。

目前,PW发动机采用了RTM工艺加工的风扇机匣,PW和PW发动机采用了复合材料制造的风扇出口机匣内衬,F和F发动机采用了树脂基复合材料外涵机匣,都收到了减轻质量和降低成本的明显效果。

采用碳纤维增强聚酸亚胺基复合材料的F发动机外涵机匣由Dow-UT公司研发的先进树脂转移造型技术制造,工作温度为℃,质量减轻15%-20%,成本降低30%-35%。

这种制造技术可以制造形状复杂的进气机匣,其所有外部气流通道的表面粗糙度、最终尺寸精度可与经机械加工的钦合金进气机匣相媲美,并可使进气机匣减少零件总数和取消许多劳动密集的装配工序,因而可以大幅度减轻结构质量和降低成本。

武圣RR已经将芳纶纤维缠绕的风扇机匣包容环发展得较为成熟,应用到大多数TRENT发动机上。

TRENT发动机风扇包容环采用了类似RB-E4发动机的结构,但进行了一些改进;在铝制的环形壳体上缠绕多层用Kevlar材料织成的条带,然后用环氧树脂包覆。为了减轻铝壳体的质量且又具有一定的刚性,壳体上纵横交叉地铣出多道凹槽,形成具有格栅的薄机匣,称为“等格栅铝环”。

这种新的包容环既具有较好的刚性,又具有足够的韧性,质量较轻(比RB-E4发动机的轻35%,比RB-22B发动机的轻55%。TRENT发动机采用与GE90和PW发动机相同结构的芳纶纤维缠绕的凤扇机匣包容环,替代了以前的不锈钢结构,使质量减轻了35%-50%。

“矛锤弓弩铳,鞭锏剑链挝,斧钺并戈戟,牌棒与枪杈”,复合材料用其十八般武艺征服了各大门派,并使之为其痴癫。

目前,复合材料不仅已成熟应用于风扇叶片和机匣,也被用于OGV、帽罩与进气锥等冷端部件,将来也必“用我百点热造出千分光”。

热压罐成型

3

非金属材料篇

——太极拳

“以静制动,以柔克刚,避实就虚,借力发力”,太极宗师非金属材料糅合橡胶、密封剂、胶粘剂、塑料于一身,秉阴阳五行之变化,刚柔相济,迅速引起了整个江湖的







































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