摘要：复合材料风扇包容机匣已成为商用大涵道比发动机机冷端部件的应用发展趋势，全复合材料包容机匣已在GEnx、LEAP-X、和GE9X等多型先进商用大涵道比发动机上应用，2.5D机织缠绕/RTM成型、预浸料自动铺丝/热压罐成型全复合材料风扇包容机匣技术已成为未来发展最重要的技术路线，我国需在上述技术路线上加速研发，推动自主研发的商用大涵道比发动机的进步。
风扇包容机匣是现代商用大涵道比发动机重要的部件之一，采用树脂基复合材料风扇包容机匣是实现发动机更高涵道比和减重的主要途径[1~2]，世界各主要发动机厂商都在大力推广复合材料在大涵道比涡扇发动机上的使用。
1 应用现状
涡扇发动机的风扇包容机匣通常分为硬壁和软壁包容结构。早期的风扇包容机匣全部采用金属，属于硬壁包容结构。后期随着技术的发展，逐步出现了金属机匣结合软壁结构、二维三轴缠绕/RTM成型、铺丝和三维机织/RTM成型全复合材料机匣，其中三维机织/RTM成型全复合材料机匣是国外最新的一代成型技术。
1. 1 芳纶纤维增强风扇包容机匣（软壁）
GE公司的CF6-80C2发动机最早采用了软壁结构的风扇包容机匣，即在铝制机匣上包裹一圈铝制的蜂窝层，然后包覆上65层芳纶布形成厚轮缘，在芳纶的轮缘外再包覆一层树脂来保护芳纶布层，随后的GE90发动机也沿用了这种结构。此外，普惠公司的RB211和RR公司的Trent800、Trent900、Trent1000也采用了这种芳纶织物包容结构 [3]。
由于采用了多层芳纶纤维织物，因此这种风扇包容机匣比较厚，尽管重量比金属机匣有所降低，但对整体设计和装配有较大影响。
1.2 全复合材料风扇包容机匣（硬壁）
（1）第一代二维三轴缠绕/RTM成型全复合材料风扇包容机匣
GE公司自上世纪90年代后期开始全复合材料风扇包容机匣的研制工作,重点开发了碳纤维编织结构增强树脂基复合材料的风扇包容机匣，并最终将其工程化应用于GEnx发动机[4]。
这种复合材料风扇包容机匣成型过程主要由编织预制体的制备和RTM整体成型两部分组成。编织两维三轴编织套，通过整体牵引，将编织好的编织套压平后缠绕在芯模上。随后将预成形体转移缠绕在一个转移芯模上，接下来通过一个张力缠绕装置将转移芯模上的编织预制体缠绕在RTM成型芯模上。最后通过RTM成型得到复合材料风扇包容机匣。
（2）第二代2.5D机织缠绕/RTM成型全复合材料风扇包容机匣
SNECMA公司也研制了2.5D机织/RTM成型复合材料风扇包容机匣，并已应用在LEAP-X发动机上。
第二代风扇包容机匣采用的2.5D机织结构预制体[5]，与GEnx发动机全复合材料风扇包容机匣相比，其预制体幅面包含了整个风扇包容机匣的宽度，其承载能力、自动化程度和成型效率也明显高于第一代风扇包容机匣。GE公司在其最新型号的双通道大推力GE9x发动机上也采用了该技术。
（3）预浸料/热压罐成型全复合材料风扇包容机匣
据报道，英国RR公司在也在开展复合材料风扇包容机匣的研制工作，其公司的复合材料风扇包容机匣采用预浸料双机械臂自动铺丝工艺制备。
美国PW公司联合日本三菱公司也开发了预浸料/热压罐成型全复合材料风扇包容机匣，目前已在PW1100G发动机上实现应用[6]。
2. 国内复合材料风扇包容机匣发展思路及核心技术
我国的商用大涵道比发动机的研制与开发，须配备全复合材料风扇包容机匣才具有核心竞争力。
从技术类别来说，可以针对2.5D机织缠绕/RTM成型全复合材料风扇包容机匣和预浸料自动铺丝/热压罐成型全复合材料风扇包容机匣两条技术路线同时进行开展，笔者认为涉及如下核心技术：
（1）全复合材料风扇包容机匣设计技术
通过对发动机总体结构强度要求，结合特征复合材料结构、工艺和力学性能，开发出全复合材料风扇包容机匣设计技术。
（2）高抗冲击性高韧性材料体系
基于复合材料风扇包容机匣抗外物冲击/叶片飞脱损伤要求，开发国产高韧性低粘度环氧树脂/高韧性预浸料材料体系。
（3）变厚度变截面2.5D预制体工艺设计及自动化织造技术
突破基于L形翻边变形结构和基于抗冲击单胞结构设计，以及变厚度变截面2.5D预制体的自动化织造技术关键。
（4）带翻边回转体结构铺丝技术
复合材料风扇包容机匣铺丝技术的核心是如何实现变厚度抗冲击结构的双机械臂自动铺丝轨迹设计及协同技术，以及L形翻边的铺丝技术关键。
（5）2.5D预制体缠绕控制及RTM成型技术
2.5D机织风扇包容机匣，其预制体在织造后为全宽度的变厚度三维机织结构纤维条带，2.5D机织纤维条带在成型模具中进行定位铺缠技术和带翻边变厚度回转体结构的RTM成型技术关键。
3. 结束语
随着技术的进步，复合材料风扇包容机匣的应用已经成为商用大涵道比发动机技术先进的标志之一。而制造过程的自动化、高效率，材料的高抗冲击性，成型工艺的高精度，基于适航要求的高可靠性和高一致性是复合材料风扇包容机匣设计/制造技术的发展方向。
参 考 文 献
[1] 刘强，赵龙，黄峰.商用大涵道比发动机复合材料风扇叶片应用现状与展望[J]航空制造技术，2014（15）:58-62.
[2] 沈尔明，王志宏，赵凤飞，李晓欣.风扇机匣材料应用现状与发展[J]航空制造技术，2013（13）:92-95-62.
[3] 纪双英，王晋，邢军，益小苏，袁学仁.国外航空发动机风扇包容机匣研究进展[J]航空制造技术，2010（14）:44-46+48.
[4] 陈亚莉.GEnx发动机在材料应用上的创新[J]航空维修与工程，2007（04）:54-56.
[5]Ginger Gardiner .Albany Engineered Composites: Weaving the Future in 3-D[J]High-Performance Composites, 3/4/2014.
[6] MURAKAMI Tsutomu,MORITA Hideo,OIKAWA Kazuki.Develop of Composite Fan System [J]IHI Engineering Review，2014（47）:57-61.