作者：Horson 來源：航空微讀 

我們都知道，發動機作為飛機中推進系統的一個組成部分，是一種高度復雜和精密的熱力機械，它的造價要遠遠的高于飛機中的其他部件。

下面是幾種不同型號的航空發動機：

 
圖1 勞斯萊斯梅林V-12引擎

圖2 一個ULPower UL260i水平對置氣冷式航空發動機

圖3 GEnx商用飛機發動機的內部構造

一、航空發動機葉片

首先，我們看幾張發動機葉片基本形狀和構造。

 
圖4  發動機簡圖

發動機中葉片主要分為四個部分：

扇葉（fan blades）

壓氣機葉片（compressor blades）

高壓渦輪葉片（high pressure turbine blades）

低壓渦輪葉片（lowpressure turbine blades）

 
圖5  GEnx-2B的風扇葉片和進口導流葉

 
圖6噴氣式飛機發動機的渦輪葉片

 
圖7 風扇葉片

你知道葉片在發動機中起多大作用嗎？

發動機中完成對氣體的壓縮和膨脹，并且以最高的效率產生強大的動力來推動飛機前進的工作的就是這眾多的葉片。

葉片是一種特殊的零件，它數量多，形狀復雜，要求高，加工難度大，而且是故障多發的零件一直以來各發動機廠的生產的關鍵，因此對其投入的人力、物力、財力都是比較大的，而且國內外發動機廠家正以最大的努力來提高葉片的性能，生產能力及質量，以滿足需要。

二、葉片的形狀設計

說了這么多，你可能會有疑問了，既然葉片數量多，為什么不把它設計成直的規則圖形，而是一個凹的曲線狀呢？這樣一來既減少了很多加工工藝，又降低了設計難度，可以減少很多成本。

為了解釋這個問題，先給大家介紹一些基本的概念知識。

首先，什么是流道？下圖是兩個典型的流道圖。

 
圖8 壓氣機流道圖

 
圖9 渦輪流道圖

其次，圓周速度的計算公式是什么？在流道中，由于在不同的半徑上，圓周速度是不同的，（這個可以根據下圖中的計算公式得到）

   
圖10 圓周速度

最后，什么是氣流的攻角？氣流的攻角是氣流相對于葉片速度方向與葉片弦線夾角。

 

圖11 以飛機機翼為例，展示氣流的攻角

接下來解釋葉片為什么一定要扭呢？

由于在流道中，不同半徑上的圓周速度是不同的，那么就導致在不同的半徑基元級中，氣流的攻角相差極大；

在葉尖，由于半徑大，圓周速度大，就造成很大的正攻角，結果使得葉型葉背產生嚴重的氣流分離；在葉根，由于半徑小，圓周速度小，造成很大的負攻角，結果使得葉型的葉盆產生嚴重的氣流分離。

 

圖12 葉片背面和端面

因此，對于直葉片來說，除了最近中徑處的一部分還能工作之外，其余部分都會產生嚴重的氣流分離，也就是說，用直葉片工作的壓氣機或渦輪，其效率是極其低劣的，甚至會達到根本無法運轉的地步。

這也就是為什么葉片一定要扭的原因。

三、葉片設計的幾何參數

葉片的幾何尺寸如下表：

 
圖13 壓氣機葉片葉柵幾何參數示意圖

表1 葉片的幾何參數

四、葉片技術的改良

由于葉片的好壞優劣直接決定飛機發動機的性能和質量，現如今，在葉片的設計和制造領域仍面臨很多挑戰。下圖是未來技術的一個設想：

 

圖14葉片技術改良

它將采用更先進的空氣動力學和通道塑造，更先進的制造工藝，盡可能少的套管渦輪機設計，以及更先進的材料，等等。

另外，還有GE公司提出的GE9X發動機，風機葉片采用碳纖維復合材料，是一種全新的、更有效的設計，它減少了葉片的數量（從22到18），并減輕了重量。

 

圖15 碳纖維復合材料風機葉片—GE9X發動機

葉片的設計技術日益更新和完善，那么就讓我們對未來的葉片，未來的發動機拭目以待吧！

 
圖16 GENX-2B飛機引擎