Thin-Walled Structures~在航空发动机树脂基复合材料风扇叶片中的应用
发布时间 : 2025-07-01   作者 : 魏家辉,张一帆   字体:

  摘要:过去几十年来,航空发动机的发展聚焦于高涵道比和轻量化结构。使用更轻、更大的风扇叶片可满足发动机减重和高涵道比的技术要求,提升发动机运行效率和性能。现有文献表明,树脂基复合材料风扇叶片(RMCFBs)作为传统轻质金属风扇叶片的替代品,具有高能量吸收效率和稳定的响应曲线。本综述评估了RMCFBs在航空发动机中的最新研究进展与应用。首先,确立了不同制造工艺的特点并对RMCFBs进行分类。讨论了RMCFBs的当前应用状况,评估了在特定系统中的进展。详细回顾了应用于RMCFBs机械性能的实验测试和数值模拟,考虑了RMCFBs中的缺陷以及

采用的非破坏性测试和在线监测技术。最后,识别了当前的关键研究问题,并提出了未来发展方向。本综述可作为设计和开发航空发动机RMCFBs的最新技术参考。

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  结论:树脂基复合材料风扇叶片(RMCFBs)的制造主要涉及五个方面,且这五个方面都有进一步发展的空间。在材料选择方面,需要一种高效且成本较低的成型工艺。此外,应研发经微纳米材料改性的高性能复合材料或增材制造复合材料,以优化复合材料性能并提高叶片韧性。在预制体成型方面,需调整精确分区差异层合板和混杂纤维层合板设计、自动化铺放高效路径规划以及3D编织均匀变厚度技术,从而改善具有复杂双曲面、变厚度和大曲率特征的风扇叶片预制体的成型效果。这些发展可减少因人为操作导致的偏差,显著提高生产效率并降低制造成本。在固化成型方面,应开展工艺模拟等数值分析研究,融入复合材料树脂流动与浸渍、孔隙抑制及热传递的固化动力学模型,这将有助于降低成本、缩短开发周期并最小化风险。在机械加工方面,需要研究以确定复合材料中纤维和界面损伤的机制,重新审视支撑旨在实现精确、高效和高质量材料加工的新方法及应用的理论考量。在包覆粘结方面,需进一步研究粘结界面的载荷传递和失效问题,建立能够定义不同应力下粘结界面力学行为的有限元数值模型。这将能准确分析混合模式下的粘结变形以及损伤的萌生与扩展。