著氣動熱力學、結(jié)構(gòu)力學和材料科學等的飛速發(fā)展，較高的性能、良好的經(jīng)濟性、極好的環(huán)保特性和很高的可靠性已經(jīng)成為運輸機用大涵道比渦扇發(fā)動機研制的主要目標，而較高的推重比、較低的油耗、較少的信號特征、極高的可靠性已經(jīng)成為戰(zhàn)斗機用小涵道比加力渦扇發(fā)動機研制的主要目標。 

      研究表明，在不改變目前航空渦扇發(fā)動機結(jié)構(gòu)布局的前提下，上述目標要想取得突破，創(chuàng)新的材料和新穎的結(jié)構(gòu)方案是極其關(guān)鍵的因素。樹脂基復合材料以其具有：（1）制件質(zhì)量輕、強度高，具有突出的比強度和比模量；（2）制件成型方便，成本較低；（3）成型工藝成熟等明顯優(yōu)勢，并已經(jīng)成為航空渦扇發(fā)動機設(shè)計與制造商所青睞的高性能冷端部件的重要候選材料，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在大涵道比渦扇發(fā)動機和小涵道比加力渦扇發(fā)動機的外涵機匣、轉(zhuǎn)子葉片、靜子葉片、包容機匣以及發(fā)動機短艙和反推力裝置等部件上。

纖維增強樹脂基復合材料部件的開發(fā)和應(yīng)用

       纖維增強樹脂基復合材料在航空渦扇發(fā)動機上的應(yīng)用研究始于20世紀50年代。目前，英國的R·R公司、美國的GEAE公司和P&W公司、德國的MTU公司和法國的SNECMA公司都進行了大量的開發(fā)和驗證工作，也都取得了很大的進展，已經(jīng)將樹脂基復合材料成功地應(yīng)用到部分大涵道比和小涵道比航空渦扇發(fā)動機上。

1 GEAE公司

       為了減輕發(fā)動機質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，GEAE公司已經(jīng)將先進的纖維增強樹脂基復合材料應(yīng)用到航空渦扇發(fā)動機的較多低溫部件中，如外涵機匣、風扇轉(zhuǎn)子葉片、包容機匣。公司還進行了應(yīng)用于靜子葉片、風扇框架、整流罩、葉冠等部件的大量開發(fā)和研究工作。

2 P&W公司

       樹脂基復合材料在P&W公司渦輪發(fā)動機上的應(yīng)用始于20世紀70年代。至80年代，P&W公司首先從外部部件入手，嘗試研究了噴管外部調(diào)節(jié)片、加力燃燒室筒體、風扇包容環(huán)、風扇機匣等部件。爾后，一直在開發(fā)和嘗試用于其他一些低溫部件。

3 R·R公司 

       20世紀60年代，R·R公司開始開發(fā)玻璃纖維增強的樹脂基復合材料部件。1977年投入使用的第一代垂直起飛戰(zhàn)斗機的升力發(fā)動機RB162發(fā)動機，就采用了Kerimid60材料制造的壓氣機機匣、靜子和轉(zhuǎn)子葉片。雖然該發(fā)動機僅用于起飛時的幾分鐘，但是，到目前為止，仍是唯一采用全復合材料壓氣機的投入使用的航空發(fā)動機。

4 MTU公司

      (1) 驅(qū)動渦扇發(fā)動機開發(fā)的復合材料部件技術(shù)。MTU公司開展的齒輪驅(qū)動大涵道比渦扇發(fā)動機的研制工作，始于1985年起動的德國國家反轉(zhuǎn)閉式整體槳扇發(fā)動機（CRISP）技術(shù)研究計劃支持的CRISP項目。20世紀80年代中期，MTU公司在CRISP項目下開展了樹脂基復合材料壓氣機靜子葉片和轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計、加工和驗證工作。

      (2)J200 發(fā)動機未來改進開發(fā)的纖維復合材料結(jié)構(gòu)件。

       按照一項軍用發(fā)動機技術(shù)研究計劃（為改進EJ200發(fā)動機），2000年12月，MTU公司開始進行設(shè)計點總增壓比為5.1的3級低壓壓氣機試驗件的試驗。在從慢車到起飛的整個工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，該試驗件具有令人格外欣喜的喘振裕度和性能。進口導流葉片（IGV）具有由碳纖維增強塑料（CFRP）制作的可調(diào)襟葉。其前支板是固定的鈦葉片，有供油和供氣通道；鈦支板起機械支承結(jié)構(gòu)的作用，以至在直接的高速沖擊下也有足夠的抗鳥撞能力。與實心鈦葉片設(shè)計相比，可調(diào)CFRP襟葉能減輕總質(zhì)量7kg。采用樹脂轉(zhuǎn)換模技術(shù)，其加工費用與空心鈦襟葉設(shè)計的加工費用相當。結(jié)構(gòu)設(shè)計階段和在相關(guān)的部件機械試驗表明：CFRP襟葉的振動水平較低；耐磨能力足夠；支板/襟葉設(shè)計合理，可以確保具有抗鳥撞和抗喘振能力。 

       綜上所述，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，纖維增強的樹脂基復合材料已經(jīng)被美國、英國、法國等航空發(fā)動機技術(shù)先進國家廣泛應(yīng)用在航空渦扇發(fā)動機的低溫部件上。回顧與總結(jié)此類部件的研制歷程和應(yīng)用情況，可以發(fā)現(xiàn)其發(fā)展具有以下特點。

1 耐高溫能力提高，應(yīng)用范圍擴大

       目前，應(yīng)用在渦扇發(fā)動機部件上的較為成熟的纖維增強樹脂基復合材料主要包括纖維增強PMR-15基復合材料和凱芙拉增強環(huán)氧樹脂基復合材料等。由于耐溫能力較差，這些材料還僅限于應(yīng)用在工作溫度較低的冷端部件上。為了擴大纖維增強樹脂基復合材料的應(yīng)用范圍，世界航空發(fā)動機技術(shù)先進國家開發(fā)了耐更高溫度的多種樹脂基復合材料，如HT-S/L a R C-160、A S4/P M R-Ⅱ、T40R/PMR-Ⅱ、T40R/V-CAP-50、QuaHZ/AFR-700B、Celion6K/LaRC-RP46等，并在航空渦扇發(fā)動機或驗證機上對其進行了驗證。具體實例包括：在F110IPE發(fā)動機上，對VCAP-75基復合材料后整流部件進行了驗證；在IHPTET計劃驗證機上，對AFR700B基復合材料支板進行了驗證，并準備應(yīng)用于F136發(fā)動機上；在IHPTET計劃驗證機上，對AFR700B基復合材料外涵機匣等靜止部件進行了驗證，并準備用于F119發(fā)動機上。

       由航空渦扇發(fā)動機性能不斷提高和質(zhì)量不斷減輕的明顯發(fā)展趨勢樹脂基復合材料渦扇發(fā)動機部件發(fā)展特點決定,未來渦扇發(fā)動機不得不大量采用先進復合材料和相應(yīng)的新穎結(jié)
構(gòu)，因此，有理由相信，隨著耐溫能力更強的新型樹脂基復合材料的驗證和成熟，樹脂基復合材料渦扇發(fā)動機部件的工作溫度將得到提高，應(yīng)用范圍也將逐步擴大，最終將應(yīng)用到工作溫度稍高的核心機上。

2 制造技術(shù)自動化，成本降低

      經(jīng)過多年的開發(fā)和研究，國外樹脂基復合材料制件的制造技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，部分實現(xiàn)了自動化。采用自動化纖維鋪放技術(shù)，可以取代手工鋪放，降低成本38%，減少勞動工時60%，減少零件數(shù)量80%采用自動化RTM成形技術(shù)，可以降低纖維鋪放成本，制造出形狀復雜的制件，提高生產(chǎn)的可重復性，并可將材料消耗降低到最低程度；采用先進的自動化纖維引導鋪放、樹脂膜浸漬和真空輔助RTM造型技術(shù)，可以實現(xiàn)復雜幾何形狀、大尺寸、厚截面和高精度的航空渦扇發(fā)動機部件的低成本制造。

      與RTM相關(guān)的制造技術(shù)，如樹脂膜浸漬技術(shù)（RFI）和真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移造型（VARTM）技術(shù)尚在發(fā)展之中。2020年前，國外將進一步開發(fā)更加高效、可靠、低成本的制造方法和設(shè)備，探索研究具有良好加工性能和優(yōu)良熱穩(wěn)定性的新聚合物合成技術(shù)。

3 設(shè)計與制造一體化，綜合能力提高

       復合材料的形成過程就是復合材料制件的加工過程。復合材料制件的應(yīng)用不是簡單的材料替代，而是需要設(shè)計、制造和材料研究人員針對特定的結(jié)構(gòu)，共同選擇和確定材料的組分比例與取向、制件的形狀和質(zhì)量等，使材料和制件在同一工藝操作過程中達到整體優(yōu)化。

      隨著復合材料3D設(shè)計方法和設(shè)計制造一體化思想的形成和不斷成熟，復合材料發(fā)動機部件將實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料選擇的真正融合，綜合性能潛力將得到充分發(fā)揮。