今年九月的一天，南部戰區空軍航空兵某旅一級飛行員王建東在訓練中遇到了一場因飛鳥撞機導致的險情。不過，憑藉著高超的飛行技術和多年的飛行經驗，王建東前後共用了37秒處理了這場突發事件，最終化險為夷。戰機最後墜入空曠的水田，王建東的頸椎和腳踝等部位受傷，沒有造成其他地面人員傷亡。根據事後調查，事故原因是有兩隻飛鳥撞入飛機進氣道，發動機損毀嚴重而停止工作，導致戰機空中停車。

小小葉片很重要

我們知道，飛鳥撞擊飛機的破壞力十分驚人，因為這種破壞主要來自飛機的速度而不是鳥本身的質量。在飛機飛行歷史上，撞鳥事故頻繁發生，總是不可避免，一直影響著飛行安全。尤其是當鳥撞擊到飛機發動機時，很容易導致嚴重後果。

風扇葉片是發動機的重要部件，為發動機提供了75%～80%的推力，風扇葉片的效能也對發動機效能起著了關鍵的作用。

飛鳥對發動機的撞擊很可能會讓風扇葉片變形甚至斷裂，使得風扇氣動效能下降，飛機會失去大部分動力，同時撞擊的衝擊力或者被進氣口的強大吸力吸進的鳥體碎片也會影響發動機其它結構的效能，最終可能導致“空中停車”，直接危及乘員安全。

風扇葉片“對抗”飛鳥

在渦扇發動機起初，風扇葉片的設計長而薄，機械強度也較低，這樣的風扇葉片不僅容易被飛鳥撞壞，而且容易發生振動。為解決這個問題，在上世紀60年末，美國普惠公司、GE公司和英國羅羅公司均對風扇葉片採用了凸肩結構來增強葉片的抗外物打擊效能，這不僅可以減少飛鳥的撞擊損害，並且還改善了葉片振動的缺點。

凸肩結構的風扇葉片雖然強度增強，但是它的缺點也很快顯現了出來：

首先，它的加工難度比較大；其次，葉身與凸肩交接處會增加一個作用於葉身的附加力矩；另外，這樣還會減少氣流通道面積，在凸肩後形成迴流旋渦，影響風扇的氣動效能。

那麼，反過來想，解決難題一個比較好的辦法就是加大風扇葉片的寬度和厚度來獲得更大的強度，以此來減少飛鳥的撞擊損害和振動。但是，加大寬度和厚度會增加葉片的重量，厚重的葉片使得扇葉在運轉時會產生更大的離心力。

也就是說，風扇葉片在增加自身強度對抗飛鳥撞擊的同時還不能減弱自身氣動效能，畢竟高涵道比渦扇發動機的大部分動力是來自於風扇加速的外涵道空氣。終於，在上世紀八十年代初，羅羅公司解決了這個進退兩難的問題，提出“寬弦無凸肩空心夾層結構葉片”。

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該葉片使用了寬弦的形狀來加大機械強度，用空心結構來減少重量。

空心葉片由兩塊鈦合金薄板和同樣用鈦合金製成的蜂窩狀結構的“芯”組成。這種葉片具有極輕的重量和極大的強度，抗外物打擊能力較強，也不易振動。隨後，它用在了波音757的RB211-535E4和V2500、 RB211-542G/H等發動機上。

解決問題的方法並不是只有空心結構，上世紀九十年代，GE公司在波音777上使用的GE-90渦扇發動機，使用了先進的增強環氧樹脂碳纖維複合材料來製造風扇葉片。

這種材料製成的風扇扇葉重量極輕，而強度卻極大。為保障在遭到特大鳥的撞擊時不脫層，公司又在風扇的前緣上包覆了鈦合金蒙皮，在後緣上又用Kevlar線進行縫合加固。並且，在此後的20多年時間裡，GE公司為GE-90研製了四代複合材料。

如今，採用複合材料製作風扇葉片來提高其承受飛鳥等外來物撞擊的能力已經成為各國研究和發展的方向。用複合材料製作的葉片受到外物撞擊時，在彈性變形下，能將撞擊能量吸收並在葉片身上重新分佈，使它具有能承受較大的外物擊傷的能力，並且它的重量輕、抗振效能也好。

近年來，我國在航空發動機採用的複合材料葉片的設計與製造上也取得了重大突破。

新研發的複合材料風扇葉片的主體結構為全碳纖維增強高韌性環氧樹脂基複合材料結構，為有效對抗外來物撞擊，在葉片前緣粘接鈦合金金屬包邊。相比於以往風扇葉片，具有質量輕、高強度高、優越的抗疲勞效能和抗振動效能等優點。

在風扇葉片“對抗”飛鳥等外來撞擊物的研究中，除了材料，目前還有其它的解決思路。例如：

研究表明，風扇的第一級轉子葉片是發動機“對抗”飛鳥撞擊設計中最關鍵的零件之一，葉片的前緣是關鍵的部位，前緣角度決定了葉片的損傷模式和損傷程度。因此，透過調整葉片前緣角度儘量接近鳥相對撞擊葉片角度，可以減少葉片損傷，並且這種方法在實現“對抗”飛鳥撞擊的同時也不降低風扇的氣動效能。

另外，還可以利用爆炸衝擊波防止撞鳥，就是在風扇葉片上纏繞一定劑量的線狀定向炸藥，保證炸藥把鳥體炸碎時，不會對風扇葉片造成損傷。這種設計思路是有可行性的，但是如何在進氣風扇上纏繞這種炸藥，並保證炸藥的穩定性和發動機的安全性，仍是進一步要解決的問題。

希望在未來的某天，飛機發動機的風扇葉片“對抗”飛鳥這種外來撞擊物的許多難題能夠解決，進一步提高飛機的飛行安全，在最大程度上減少人員傷亡和經濟損失。

參考文獻：

[1]楊瑞進,姜楠,池劍虹,等.航空發動機基於爆炸衝擊波防鳥撞理論的探索性研究[J].機械管理開發,2013,(2):13-15.

[2]張海洋,王相平,杜少輝,等.航空發動機風扇葉片的抗鳥撞設計[J].航空動力學報,2020,35(6):1157-1168.