我们常见的飞机是目前最快的交通工具，每小时一千公里的速度，为人们出行带来了极大的便利，朝发夕至对于飞机来说，千里之行只需要1,2个小时左右的时间，就像古代传说的日行千里的神话一样实现了。

航空发动机，是典型的技术和知识双密集型高科技产品，它的设计制作一定是非常复杂和精密的，因此常常被人们称为为现代工业皇冠上的明珠。然而，如此高科技的产品，异常复杂而又精密的航空发动机，它里面的风扇叶片居然是相对松动的，你感到意外吗？飞机发动机工作时，又主要靠叶片来旋转，为什么飞机发动机叶片很难造？它们到底用的什么材料？这又是为什么呢？这样的设计，又有什么科学依据呢？今天算长见识了。

当你登机的时候或者当你在看关于航发介绍的视频时，你有可能曾经注意到过飞机发动机里传出来的叮铃铃的声音，就像是飞机风扇叶片松动了发出的声音。没错，它就是松动的。在一般人看来，这完全不可思议，甚至说有一些烧脑。能够将我们送上蓝天的发动机，推力高达几十吨甚至数百吨的航空发动机，其扇叶竟然不是和轮盘整体加工成形或固定焊接在一起的，而是相对松动的。那这到底怎么回事呢？扇叶到底又是以一种什么样的方式来固定的呢？

那么，在了解风扇叶片的固定问题之前，我们先来了解一种我国祖先独特的工艺创造——榫卯结构。榫卯，是一种你中有我，我中有你，连接在一起的方式，它是中国建筑中最早具有科学设计意义的发明创造。日本所谓的永不松动的螺母，就是借用了我国的榫卯思路而得。

一直以来，航空发动机的风扇叶片，并不像普通风扇的扇叶完全固定在转盘上的，而是巧妙的利用了榫卯结构，每个叶片通过榫头，一个个的卡在转盘的榫槽里，而且看起来感觉还卡的不是特别紧实似的。同时，榫头和榫槽之间还留有间隙，当风扇转盘转动起来时，扇叶凸台就会在这个过程中相互碰撞，从而发出一种叮铃铃的声响。

为何采用榫连接？为何还要那么麻烦的一个一个叶片的加工？你想知道这是为什么吗？别着急，接下来我将为你一一揭晓。

根据常识我们大概都能够意识到，做成整体强度和稳定性会更好一些。那为何发动机扇叶不与轮盘整体加工在一起呢？主要原因可以分为三点：首先，整体式叶盘制造技术难度非常大，之前由于受到加工制造技术的限制，无法制造出可靠的整体叶盘。其次，假如整体式叶片，如果有任意一片叶片出现了破损，那么为了飞机的安全，就必须要整体换掉，而叶片又是相对容易损坏的部件。就算是再有钱的航空公司，也经不住这样的折腾。最后，采用榫连接可以保护高达10W转以上的强大离心力，而不会破盘。通常飞机发动机风扇转速一般最高不会超过几万转，因而可以保障可靠性和安全性。因此，为了可持续利用，为了避开加工技术上的限制等原因，此前我们见到的飞机，基本上只能采取单独制造的榫连接方式。所以，采用榫连接的叶片就成为了我们现在通常看到的飞机发动机叶片的样子了。

那么，榫连接方式就没有问题了吗？当然不是，榫连接虽然巧妙的解决了我们曾经加工制造技术的限制，但它的确存在问题，而且还不少。相比而言，整体叶盘结构更具优势。那么，整体叶盘又具有哪些优势呢？

这种整体结构的优点：从加工流程来说，采用整体加工或焊接方法制造而成的整体叶盘，省去了传统榫连接方式采用的榫头、榫槽和锁紧装置，零件数减少；其次，叶盘的轮缘径向高度、厚度和叶片原榫头部位尺寸均可大大减小，减重效果明显，实现了结构上的轻量化；发动机转子部件的结构大为简化，消除了分体结构榫齿根部缝隙中气体的气流损失，推重比和可靠性明显提高；避免了叶片和轮盘装配不当造成的微动磨损和裂纹，叶片松动引起的喘振，以及锁片损坏带来的故障，从而有利于提高发动机工作效率，可靠性得以进一步提升。

随着现代科技的飞速发展，整体叶盘加工制造技术已经取得突破。目前，可以通过以下制造方法来实现整体叶盘的加工制造：电子束焊接法；扩散连接法；线性摩擦焊接法；五坐标数控铣削加工或电解加工法；锻接法；热等静压法等。

据资料显示，在推重比达到10的第四代战机发动机F119和EJ200，风扇、压气机和涡轮都采用了整体叶盘结构设计，使得整个发动机的零件数量减少了50%以上，重量减轻了20%~30%，效率提升了5%~10%。由此可见，整体叶盘优势之明显。

科技的魅力是无穷的，科技的力量是无限的。在整体叶盘技术日渐成熟的今天，科学家们又在想，能否将整体叶盘中的轮盘部分再去掉呢？如果能去掉，此时的叶盘就就成为了整体叶环，零件的重量且不是能进一步得到降低。

答案是，能！随着材料科学的助力，科学家们通过采用密度较小的复合材料制造，叶片重量大为减轻，可以将其直接固定在承力环上，结构重量将减轻70%左右。航空发动机的扇叶设计，或许还有很多你可能不知道的地方。

实际上飞机发动机的挤压叶片，不是一般的材料，能在高空中承受强烈气流的冲击，还能进行挤压气流的操作，这些叶片还不会变形，具备的强度和韧性，以及抗压能力，重要的是能扛得住高温和高压，是非常厉害的。

因为飞机在高空飞行，空气的压力越大，气流冲进发动机经过叶片旋转和摩擦，要非常耐磨的叶片才行，而且发动机燃烧室的燃油燃烧时，达到大约一百度左右的温度。

喷出的空气会变成高温气流，发动机向外导出的气流温度也会随之升高，没有强悍的耐压和耐高温叶片，是无法担当保护飞机发动机重任的，所以就需要特殊材质才能制造这种叶片。

飞机发动机的挤压气流的叶片，是越往发动机里面，整个叶片的直径会越小，但是形成密集的十多层叶片排列，可以形成非常稳定的饿导流空气的效果，辅助发动机把冲进去的气流导出，从而形成向前飞进的推力。

目前最新的发动机风扇叶片是用复合材料制成的，这种复合材料主要是高温合金，能够抵御高速旋转产生的高温不会变形，还包有钛合金是为了保护发动机叶片不会在高速旋转中破裂和损伤，而且能够在维修当中方便进行更换。

在我国民航领域，多年来一直民航客机都是主要依靠进口，而我国自己还没有攻克飞机的研发建造和生产技术。大多数非都是从美国和法国等欧美国家进口到国内的，自然所有的飞机零部件都是由国外提供维修和更换。

但是我国科研工作者，始终没有停下自主研发的脚步，一方面我国的民航飞机在维持进口机型的使用，另一方面研发国产飞机的进程始终也在全力提升。

经过了多年的研发，我国目前终于能成功生产出国产民航飞机了，而且也解决了飞机发动机的叶片生产问题。

目前飞机发动机的叶片，主要是用铸造的方法进行生产的，主要采用高温合金铸造，而且由我国钢铁研究总院的高温材料研究所，经过研发后，提供高温合金，这种属于我国的专利技术了。

高温合金这种特殊金属，又叫作热强合金，能在高温环境，高压力条件下，在苛刻的工作标准下，还能按照设定要求保持正常工作状态的金属材料，这种高温合金，不仅耐氧化和耐腐蚀，还能应对复杂的疲劳环境，甚至能承受高达600度到1200度的高温而不会有任何变形和破损。高温合金的强度，耐拉钢断裂的韧性等，都是非常厉害的。

这种高温合金早在上个世纪初欧美就开始研发，到上世纪30年代开始应用在涡轮喷气发动机上，从而随之使用到航空飞机上面，从而成为飞机发动机叶片的核心材料，高温合金的分类多，还有多种制造工艺。

目前在航空发动机领域，高温合金的位置非常重要和特殊，在飞机发动机的最重要的耐热四个部件，燃烧室，涡轮叶片，涡轮盘和导向器，都必须要使用到高温合金，才能确保飞机发动机的正常工作，另外像飞机的转叶，尾喷口等部件也是需要高温合金，可以说飞机最重要的核心部件，都离不开这种特殊的金属来建造。

而高温合金的加工工艺也非常复杂和先进，就算是国际上很多国家也把这个生产技术当做机密，目前我国能生产高温合金的企业很少，而且产能和产量也非常低，主要就是供应民航飞机建造和军工领域使用。

文章来源： 金武器说，张教授说科普