航空發(fā)動機(jī)零部件之葉片產(chǎn)品分類及國內(nèi)外廠商競爭格局分析

航空發(fā)動機(jī)零部件之葉片產(chǎn)品分類及國內(nèi)外廠商競爭格局分析

葉片是航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零件，它的制造量占整機(jī)制造量的三分之一左右，是發(fā)動機(jī)中數(shù)量最大的一類零件。航空發(fā)動機(jī)葉片屬于薄壁易變形零件，如何控制其變形并高效、高質(zhì)量地加工是目前葉片制造行業(yè)研究的重要課題之一。航空發(fā)動機(jī)葉片按部件分為風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)葉片和渦輪葉片。按運動方式又分為動葉和靜葉。風(fēng)扇和壓氣機(jī)的靜葉稱作整流器葉片，而渦輪的靜葉稱作導(dǎo)向器葉片，渦輪盤上的動葉就是工作葉片。金屬材料葉片按工藝類別分，壓氣機(jī)葉片主要采用精密鍛造工藝，渦輪葉片主要采用精密鑄造工藝（高壓級單晶、低壓級定向晶）。GE公司F110發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)資料來源：公開資料航空發(fā)動機(jī)葉片分類資料來源：公開資料整理——民用渦扇發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片隨著民用渦扇發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片涵道比增加直徑逐漸增大，風(fēng)扇葉片減重成為了發(fā)展重點。為了降低風(fēng)扇噪聲，民用渦扇發(fā)動機(jī)風(fēng)扇一般為單級低壓比設(shè)計，出口溫度低，適合用于低溫環(huán)境的低密度高比強(qiáng)度的樹脂基復(fù)合材料實心葉片正在替代鈦合金空心葉片成為主流。經(jīng)過數(shù)十年技術(shù)積累的GE和Snecma公司，已經(jīng)基本完成了在復(fù)材風(fēng)扇方面的專利布局。英國羅-羅公司目前正將目光從其渦扇發(fā)動機(jī)上長期應(yīng)用的鈦合金空心風(fēng)扇葉片移開，轉(zhuǎn)而研制碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料風(fēng)扇葉片。該公司與吉凱恩集團(tuán)(GKN)一起碳纖維風(fēng)扇葉片試驗件，有望在2020年前應(yīng)用于TRENT-XWB之后的下一型新發(fā)動機(jī)。我國對3D編織結(jié)構(gòu)/RTM工藝成型的大量研究始于20世紀(jì)90年代初，在航空發(fā)動機(jī)葉片上的應(yīng)用更是最近幾年才開始。——軍用渦扇發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片和壓氣機(jī)低壓級葉片軍用小涵道比渦扇發(fā)動機(jī)為了在迎風(fēng)面積限制條件下提高外涵流量，一般采用多級高壓比設(shè)計，葉片直徑和工作環(huán)境與壓氣機(jī)前幾級基本相當(dāng)，材料與工藝的選用基本相同，主要選用鈦合金空心葉片，目前鈦基復(fù)材空心葉片正在研發(fā)中?？招娜~片主要采用超塑性成型/擴(kuò)散連接技術(shù)（SPF/DB）。超塑性成型/擴(kuò)散連接技術(shù)是金屬毛坯在一次加熱過程中同時完成擴(kuò)散連接和超塑性成形的組合方法。超塑性通常是指材料在拉伸條件下表現(xiàn)出異常高的延伸率也不產(chǎn)生縮頸與斷裂的現(xiàn)象；（）擴(kuò)散連接是指在一定的溫度和壓力下，經(jīng)過一定時間，連接界面原子間相互擴(kuò)散，實現(xiàn)的可靠連接。鈦合金空心葉片超塑性成型/擴(kuò)散連接技術(shù)（SPF/DB）由R&R公司首先研發(fā)成功，應(yīng)用于RB211發(fā)動機(jī)上，隨后PW公司也開發(fā)了此項技術(shù)。PW公司目前正在研制連續(xù)碳化硅纖維增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片。我國擴(kuò)散連接技術(shù)還僅僅局限在實驗室基礎(chǔ)研究和小批量生產(chǎn)之間，目前渦扇-15發(fā)動機(jī)采用實心鈦合金風(fēng)扇葉片?！獕簹鈾C(jī)高壓級葉片壓氣機(jī)高壓級葉片直徑逐漸減小，主要采用實心葉片。隨著壓氣機(jī)級數(shù)增多，壓氣機(jī)葉片工作溫度逐漸提高，材料選用由鈦合金變?yōu)樽冃胃邷睾辖?。另外，在高壓壓氣機(jī)末級，新型輕質(zhì)耐高溫Ti-Al合金將逐漸取代變形高溫合金。高壓壓氣機(jī)葉片生產(chǎn)多采用精鍛制坯，磨削技術(shù)精密加工成型。精鍛葉片可以更完整地保持金屬流線的連續(xù)，精鍛葉片余量小、強(qiáng)度高、加工周期短、壽命長。目前在航空發(fā)動機(jī)預(yù)葉片鍛件領(lǐng)域，英國、美國、德國和日本走在世界前列，技術(shù)實力雄厚，依托高端的生產(chǎn)設(shè)備及先進(jìn)的加工工藝，能夠生產(chǎn)出大尺寸、高精度、高性能的產(chǎn)品，占據(jù)著高端市場。國內(nèi)企業(yè)目前技術(shù)主要生產(chǎn)廠商是航發(fā)動力、無錫透平葉片有限公司和無錫航亞科技股份有限公司。國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)葉片鍛造企業(yè)資料來源：公開資料整理——渦輪葉片在航空發(fā)動機(jī)中，渦輪葉片由于處于溫度最高、（立鼎產(chǎn)業(yè)研究中心）應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最惡劣的部位而被列為第一關(guān)鍵件，并被譽(yù)為“王冠上的明珠”。渦輪葉片的性能水平，特別是承溫能力，成為一種型號發(fā)動機(jī)先進(jìn)程度的重要標(biāo)志，在一定意義上，也是一個國家航空工業(yè)水平的顯著標(biāo)志。渦輪低壓級葉片工作溫度相對渦輪高壓級葉片溫度較低，主要采用定向結(jié)晶鑄造鎳基高溫合金。新型輕質(zhì)耐高溫Ti-Al和陶瓷基復(fù)合材料也已經(jīng)在部分機(jī)型上成功應(yīng)用。推比10一級的渦輪高壓級葉片工作溫度達(dá)到1700℃，主要采用耐溫1150℃的第三代鎳基單晶鑄造高溫合金，空心氣膜冷卻結(jié)構(gòu)和陶瓷涂層的使用提高了渦輪葉片基體材料的耐溫水平。美國IHPTET計劃開發(fā)的高溫度基體材料-鎳鋁基單晶鑄造高溫合金也處于工程應(yīng)用階段。單晶高溫合金已經(jīng)發(fā)展到了第五代，當(dāng)前主要應(yīng)用為第三代。目前單晶葉片的研制，美國、法國、英國和俄羅斯走在世界前列，美國的Howmet公司、GE公司、PCC公司以及Allison公司，英國RR公司，法國的SNECMA公司，俄羅斯的SALUT發(fā)動機(jī)制造廠等廠商均大量生產(chǎn)單晶零件。國內(nèi)企業(yè)目