【簡(jiǎn)介：】飛機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于那些容易受到鳥撞擊的部位，例如風(fēng)擋玻璃、雷達(dá)罩、機(jī)翼前緣等應(yīng)予以加強(qiáng)，以能承受大鳥的撞擊。
美國(guó)空軍通過試驗(yàn)提出要求，當(dāng)飛機(jī)的飛行速度為每小時(shí)950公里時(shí)

飛機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于那些容易受到鳥撞擊的部位，例如風(fēng)擋玻璃、雷達(dá)罩、機(jī)翼前緣等應(yīng)予以加強(qiáng)，以能承受大鳥的撞擊。
美國(guó)空軍通過試驗(yàn)提出要求，當(dāng)飛機(jī)的飛行速度為每小時(shí)950公里時(shí)，座艙結(jié)構(gòu)和風(fēng)擋玻璃應(yīng)能承受重量為1.6公斤的鳥的撞擊。上述這些部位在飛機(jī)上都是固定不動(dòng)的，相對(duì)而言，較容易地解決。
但是對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)，那就難多了，因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口后就是高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇葉片（圖20），風(fēng)扇葉片長(zhǎng)而薄，當(dāng)受到鳥撞擊后，容易折斷，不僅會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)加大，而且斷片會(huì)隨氣流流向發(fā)動(dòng)機(jī)后部，打壞后續(xù)部件,嚴(yán)重時(shí)造成發(fā)動(dòng)機(jī)停車；碎片夾在葉尖上與機(jī)匣間被轉(zhuǎn)子帶著旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)由摩擦引起發(fā)動(dòng)機(jī)失火；折斷的葉片如打穿機(jī)匣，還會(huì)打壞飛機(jī)的結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)等。
對(duì)于客機(jī)用的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，風(fēng)扇葉片更長(zhǎng)，且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)推力的增加，風(fēng)扇葉片越來越長(zhǎng)，例如用于波音757發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片長(zhǎng)0.522米；用于波音747的風(fēng)扇葉片長(zhǎng)約為0.8～0.9米；而用于波音777的發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片長(zhǎng)達(dá)1米多。

圖20、大涵逍比風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)前端是高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇葉片
風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)時(shí)，不僅?？紤]抗鳥撞擊的能力，還要考慮長(zhǎng)葉片工作時(shí)的振動(dòng)問題，上世紀(jì)70年代前后研制的所有大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其風(fēng)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(cè)伸出的凸肩，如圖21（a）所示。
各個(gè)葉片的凸肩相互抵緊形成一加強(qiáng)葉片的環(huán)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(xiàn)振動(dòng)。
即使出現(xiàn)葉片振動(dòng)，凸肩的抵緊面之間的摩擦可吸收振動(dòng)能量，使葉片振動(dòng)不起來。但是這種帶凸肩的設(shè)計(jì)，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(fù)荷加大，凸肩與葉身交界處還會(huì)產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力，氣流流過凸肩會(huì)產(chǎn)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(fēng)扇葉片 （b）無凸肩的寬弦葉片
為此，從80年代起，國(guó)外幾家大發(fā)動(dòng)機(jī)公司都在設(shè)法解決葉片帶凸肩引起的問題。然而，由于風(fēng)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(fēng)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(dòng)。
因此是解決采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(huì)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于大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)上。因此，在大涵逍比風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)誕生以后，經(jīng)過近15年的時(shí)間，才研制出適用的寬弦風(fēng)扇葉片。

圖22、多個(gè)葉片的凸肩相互抵緊組成箍
上世紀(jì)80年代中期，英國(guó)羅.羅公司設(shè)計(jì)發(fā)展了“三明治式”的寬弦夾層風(fēng)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(jié)構(gòu)的芯板，通過活性擴(kuò)散連接的方法將三者連接在一起，形成一個(gè)重量輕的寬弦葉片，見圖23。
這種設(shè)計(jì)，既解決了風(fēng)扇葉片抗鳥擊的能力與抗振動(dòng)問題，又減輕了葉片的重量，很快在羅.羅公司的發(fā)動(dòng)機(jī)中得到應(yīng)用。

圖23、 “三明治”式的寬弦風(fēng)扇葉片
羅·羅公司后來又在“三明治”式葉片的基礎(chǔ)上作了近一步的改進(jìn)，即芯部采用了三角形桁架結(jié)構(gòu)取代了原有的蜂窩結(jié)構(gòu)，如圖24所示。這種芯部的結(jié)構(gòu)不僅輕而且能參與承力，使每片葉片的重量比采用蜂窩芯的低15％，這種葉片從上世紀(jì)90年代起一直到現(xiàn)在都應(yīng)用于該公司新發(fā)展的發(fā)動(dòng)機(jī)中。

圖24、具有桁架結(jié)構(gòu)芯的風(fēng)扇葉片剖面圖
美國(guó)GE公司在90年代初期采用了前緣包有鈦合金蒙皮的復(fù)合材料葉片設(shè)計(jì)，不僅用于波音777的發(fā)動(dòng)機(jī)中，而且用于波音787與波音777X的發(fā)動(dòng)機(jī)中。與此同時(shí)，美國(guó)普惠公司采用了兩個(gè)葉型材料焊接成具有空心結(jié)構(gòu)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，然后用擴(kuò)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(jié)構(gòu)的葉片不僅用于波音777的發(fā)動(dòng)機(jī)上，也用于第4代戰(zhàn)斗機(jī)F-22的發(fā)動(dòng)機(jī)上。
采用上述三種方法設(shè)計(jì)的風(fēng)扇葉片，不僅減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)重量，而且大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)抗大鳥撞擊的能力，截至2017年初，尚未見到過裝有采用這些設(shè)計(jì)方法設(shè)的發(fā)動(dòng)機(jī)，遭到鳥撞擊而造成發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車亊件的報(bào)導(dǎo)。