航空發動機有哪些防鳥擊絕技？

飛機在設計時，對於那些容易受到鳥撞擊的部位，例如風擋玻璃、雷達罩、機翼前緣等應予以加強，以能承受大鳥的撞擊。

美國空軍通過試驗提出要求，當飛機的飛行速度為每小時950公里時，座艙結構和風擋玻璃應能承受重量為1.6公斤的鳥的撞擊。上述這些部位在飛機上都是固定不動的，相對而言，較容易地解決。

但是對於發動機，那就難多了，因為在發動機進口後就是高速旋轉的風扇葉片（圖20），風扇葉片長而薄，當受到鳥撞擊後，容易折斷，不僅會造成發動機振動加大，而且斷片會隨氣流流向發動機後部，打壞後續部件,嚴重時造成發動機停車；碎片夾在葉尖上與機匣間被轉子帶著旋轉時，會由摩擦引起發動機失火；折斷的葉片如打穿機匣，還會打壞飛機的結構與系統等。

對於客機用的大涵道比渦扇發動機，風扇葉片更長，且隨著發動機推力的增加，風扇葉片越來越長，例如用于波音757發動機風扇葉片長0.522米；用于波音747的風扇葉片長約為0.8～0.9米；而用于波音777的發動機風扇葉片長達1米多。

圖20、大涵逍比風扇發動機前端是高速旋轉的風扇葉片

風扇葉片設計時，不僅耍考慮抗鳥撞擊的能力，還要考慮長葉片工作時的振動問題，上世紀70年代前後研製的所有大涵道比渦輪風扇發動機，其風扇葉片無一例外的是將葉身上距葉尖1/3～2/3處做出向兩側伸出的凸肩，如圖21（a）所示。

各個葉片的凸肩相互抵緊形成一加強葉片的環箍，如圖22所示。這樣，不僅增加了葉片的剛性，提高了抵抗外物（包括鳥）撞擊的能力與葉片自振頻率，而且不易出現振動。

即使出現葉片振動，凸肩的抵緊面之間的摩擦可吸收振動能量，使葉片振動不起來。但是這種帶凸肩的設計，卻帶來許多問題，例如葉片不好加工；

葉片根部所受的離心負荷加大，凸肩與葉身交界處還會產生附加的彎曲應力，氣流流過凸肩會產生分離，不僅使流通面積減少，而且使效率降低等。

圖21 （a）帶凸肩的風扇葉片 （b）無凸肩的寬弦葉片

為此，從80年代起，國外幾家大發動機公司都在設法解決葉片帶凸肩引起的問題。然而，由於風扇葉片所處的特殊工作條件，要全面解決是比較困難的。

將風扇葉片加寬成為寬弦葉片，如圖21（b）所示。隨著葉片寬度的加大，其厚度自然變大，寬而厚的葉片，抗外物打擊的能力大大提高，也不易引起振動。

因此是解決採用凸肩帶來問題的好方法。但是這種寬而厚的葉片重量也隨之增加了許多，葉片根部會受不了, 安裝葉片的盤也必須做得很厚很重才行。

這樣的零件顯然不適合用於大型航空發動機上。因此，在大涵逍比風扇發動機誕生以後，經過近15年的時間，才研製出適用的寬弦風扇葉片。

圖22、多個葉片的凸肩相互抵緊組成箍

上世紀80年代中期，英國羅.羅公司設計發展了「三明治式」的寬弦夾層風扇葉片，這種葉片的葉盆與葉背分別由兩塊鈦合金做成，中心部分挖掉形成空腔，空腔中嵌入鈦合金蜂窩結構的芯板，通過活性擴散連接的方法將三者連接在一起，形成一個重量輕的寬弦葉片，見圖23。

這種設計，既解決了風扇葉片抗鳥擊的能力與抗振動問題，又減輕了葉片的重量，很快在羅.羅公司的發動機中得到應用。

圖23、 「三明治」式的寬弦風扇葉片

羅·羅公司後來又在「三明治」式葉片的基礎上作了近一步的改進，即芯部採用了三角形桁架結構取代了原有的蜂窩結構，如圖24所示。這種芯部的結構不僅輕而且能參與承力，使每片葉片的重量比採用蜂窩芯的低15％，這種葉片從上世紀90年代起一直到現在都應用於該公司新發展的發動機中。

圖24、具有桁架結構芯的風扇葉片剖面圖

美國GE公司在90年代初期採用了前緣包有鈦合金蒙皮的複合材料葉片設計，不僅用于波音777的發動機中，而且用于波音787與波音777X的發動機中。與此同時，美國普惠公司採用了兩個葉型材料焊接成具有空心結構的葉片，它是在由鈦合金加工的葉盆、葉背上，先分別銑出許多徑向槽道，然後用擴散連接方法連成在葉片心部具有多道空槽，如圖25所示。

這種葉片中間帶有6條槽帶形成空心，減輕了重量，而未被銑削處又相互焊接在一起，增加了葉片抗外物打擊的能力。這種結構的葉片不僅用于波音777的發動機上，也用於第4代戰鬥機F-22的發動機上。

採用上述三種方法設計的風扇葉片，不僅減輕了發動機重量，而且大大提高了發動機抗大鳥撞擊的能力，截至2017年初，尚未見到過裝有採用這些設計方法設的發動機，遭到鳥撞擊而造成發動機空中停車亊件的報導。

圖25、普惠公司的銑槽空心寬弦風扇葉片

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