超级军网带叶冠扭曲叶片整体涡轮盘在发动机中的应用前景
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 16:59:21
1 整体涡轮盘技术的应用
80年代中期，在航空发动机结构设计领域，出现了一种称之为“整体叶盘”的结构。它是将工作叶片和轮盘联成一体，省去了连接用的榫头、榫槽、使叶轮结构大为简化。通常，发动机的压气机及风扇的工作叶片（即转子叶片）均用其叶身下的榫头（多为燕尾型）装于涡轮盘轮缘的榫槽中，而整体涡轮盘则把叶片和轮盘做成一体。这样不需要在涡轮盘轮缘加工安装叶片的榫槽，因而可以大大减小轮缘的径向尺寸，从而减轻转子重量。整体叶盘结构不但比现有的焊接结构强度高、可靠性能好，而且可经过长时间使用不掉叶冠，特别是涡轮效率由50%提高到70%。其次，采用整体涡轮盘结构可以使发动机的零件数目大大减少，这不仅是由于叶片与涡轮盘做成一体而得到的，而且也是由于减少了每片叶片的锁紧装置获得到的。零件数目的减少不仅能降低成本，而且还可以提高发动机的可靠性。另外，采用整体涡轮盘还可以消除在常规用榫头连接叶片于轮盘的结构中，气流在榫头与榫槽缝隙中逸流所造成的损失，避免由于装配不当后榫头的腐蚀，特别是微动腐蚀、裂纹及锁片损坏等带来的故障。
基于上述原因，美国的先进战术战斗机计划（ATF)把整体叶盘技术作为它的一个重要技术核心。而美国国防部1988年开展的高性能涡轮发动机术计划（IHPTET）中则更是进一步指出，到2020年，战斗机的涡轮都将采用整体叶盘结构。如：美国艾立逊公司1991年底和1994年6月试验的针对 IHPTET计划第二阶段目标的XTC16/1A和XTC16/1B核心机上验证的新技术就包括整体轮盘技术。XTC16/1A核心机上压气机的第三、第四级为整体叶环结构。其中，第四级叶环只有4.54kg，而常规的镍基合金转子盘重为25kg；它的涡轮转子也采用了整体叶盘结构，整个结构减重 25%～30%。艾立逊公司在1995～1996年期间试验的XTC16/2核心机则在压气机上采用了高温钛合金Til100制造整体叶环，压气机静子用 TiA1金属间化合物制造，耐温提高到700～800℃，重量减轻一半。此外，目前高性能军用航空发动机也大量采用整体叶盘结构。如：美国F414发动机一共采用了五级整体涡轮盘，使发动机零件数减少了484件。仅第二、三级风扇转子重量就减轻20.43kg。Rolls-Royce公司的研究指出，采用整体涡轮盘结构与传统的叶片、轮盘结构相比，重量最多可减少50%,若采用金属基复合材料（MMC）的整体涡轮盘，则可减重70%。
2 弯曲叶片技术的应用
弯曲叶片技术自60年代提出以来，经过几十年的发展，已经得到了航空、航天发动机界的广泛重视。
采用弯曲叶片除了可以达到控制径向压力梯度目的外，还可以重组沿叶高方向的二次流，消除附面层堆积或避免旋涡的汇合，从而有效地控制叶片表面径向二次流和端壁横向二次流发展，降低端部流动损失。同时，弯曲叶片还可以使反力度沿叶高方向发生显著变化，从而提高间隙根部的压力，降低间隙顶部的压力，改善动叶根部区的流动状况，减少动叶顶径向间隙漏气损失。上述改变都有助于消除端部壁角区的失速，提高间隙站顶部的压力并降低顶部区域气流马赫数。前者可以减小压气机叶片径向间隙漏气损失。后者则可以削弱压气机叶尖区域的激波强度，降低激波损失。近年来，由于制造业的迅速发展，弯扭叶片制造成本太高的瓶颈问题得以解决，使得各国重新关注弯扭叶片技术在航空、航天发动机中的重要地位。如：美国通用电力公司在其最先进的E3发动机中采用了这种先进技术，改善了高、低压压气机中间过渡段的气动性能。美国普惠公司为装备波音777飞机所研制的PW4084发动机的一级风扇叶片、七级低压和十一级高压压气机的静子导流叶片全部采用具有可控扩散叶型的三维弯曲造型的端弯叶片，使压气机的增压比提高到了36,发动机的功率提高了5%,耗油率明显下降，推力也由原来322kN提高到397kN,同时发动机的噪音也比原型PW4000发动机降低。美国、英国、日本、德国和意大利五国联合研制的涡扇发动机—V2500,是国际航空发动机公司的先进产品。其压气机叶片设计采用了端部弯曲的可控扩散叶型。该叶片端部弯曲的叶型适于低速环形附面层气流，可减少二次流并控制涡系的形成。试验表明，采用弯曲叶型使发动机效率提高了1%,高压压气机喘振边界提高了6%。此外，英法联合研制的RTM322,美国Pratt&Whitney 公司研制的PW2037和PW4000,英国Rolls-Royce公司的RB211-535E4/H4,以及前苏联的ⅡC-90(A)等发动机的涡轮也都采用了弯叶片技术。美国的HPTET计划中采用革命性技术—“先进的气动热力学”中列第一位的就是“三维粘性气动热力学模型”，如普惠公司的低压涡轮三维复合扭曲导向叶片项目。目前，国内的一些航空发动机也开始采用弯曲叶片。如：沈阳航空发动机制造公司、沈阳发动机研究所、北京航空航天大学等也都曾将端弯叶片、倾斜叶片、端削叶片应用于航空发动机的压气机叶栅中，取得了良好的效果。
3 带叶冠弯曲叶片技术的应用前景
国外报道加工带叶冠三维扭曲叶片高温合金涡轮盘的资料很少。据了解，前苏联PⅡ-120液氧/煤油发动机中的带叶冠扭曲叶片整体叶轮采用铸造工艺整体成形。但铸造成形除了毛坯结构尺寸大以外，还存在铸件气孔、表面裂纹、疏松、偏析，产品相应结构强度低，成形精度不易控制等缺陷和诸多不利因素。因此，前苏联在研制新型号PⅡ-170时，已成功采用了整体模锻毛坯、电火花加工成形来取代铸造成形，弥补铸造工艺所带来的不足，从国内研究情况来看，虽然我国在航空、航天发动机上采用涡轮转子结构很多，但大部分都是端面扭曲叶型。采用径向扭曲叶片的也是采用叶冠与叶片分离加工，然后组装焊接而成，或者采用单个叶片与叶冠整体加工，然后榫入轮盘体或者与轮盘体焊接。目前，国内比较成熟的电加工方法是不带叶冠的叶片与轮盘整体加工工艺。
通过上面的讨论我们得出：涡轮盘采用带叶冠扭曲叶片整体结构，可以大大提高发动机的可靠性和技术性能。采用该结构将彻底解决目前涡轮盘叶片与叶冠焊接结构不可靠的问题，消除或避免叶片和叶冠工作时易发生剥落的现象。同时将大大地提高液体火箭发动机涡轮泵的工作效率、提高结构强度及发动机工作可靠性，使发动机制造质量和工艺技术提高到一个新水平。
此外，带叶冠扭曲叶片整体涡轮盘技术还可为航空、航天、能源、交通等民用设施提供先进的燃机。由于燃机可达到很高的压比和较高的涡轮入口温度，因而可获得很高的循环效率。另外，由于燃气轮机没有往复式运动部件，因此具有可靠性高、寿命长、结构轻巧、启动快、便于维修、污染少和燃料适应性强等优点。所以随着经济发展的需要和航空技术的日益成熟，工业部门已经开始把航空发动机改型成工业燃机。仅就电力工业而言，从1986年到1992年间，世界燃机电厂装机容量增加了60%；美国从1987年起，燃机的产量按千瓦数计算已经超过蒸汽轮机。据预测，今后10年，美国2/3、全球36%的新增发电设备将为燃机发电厂，也正因如此，美国能源部主持了先进燃机系统计划。据美国能源部估计，通过这一新的开发，在2020年前，将节约原油2500万吨，可大大节约发电费用，并增强美国工业在全球的竞争力。
4 结论
综上所述，带叶冠扭曲叶片整体涡轮盘技术不但对我国未来大推力、高性能飞行器发动机的研制开发和赶超世界先进水平具有重大意义。而且，必将为推动我国国民经济发展和增强国防建设做出巨大贡献。1 整体涡轮盘技术的应用
80年代中期，在航空发动机结构设计领域，出现了一种称之为“整体叶盘”的结构。它是将工作叶片和轮盘联成一体，省去了连接用的榫头、榫槽、使叶轮结构大为简化。通常，发动机的压气机及风扇的工作叶片（即转子叶片）均用其叶身下的榫头（多为燕尾型）装于涡轮盘轮缘的榫槽中，而整体涡轮盘则把叶片和轮盘做成一体。这样不需要在涡轮盘轮缘加工安装叶片的榫槽，因而可以大大减小轮缘的径向尺寸，从而减轻转子重量。整体叶盘结构不但比现有的焊接结构强度高、可靠性能好，而且可经过长时间使用不掉叶冠，特别是涡轮效率由50%提高到70%。其次，采用整体涡轮盘结构可以使发动机的零件数目大大减少，这不仅是由于叶片与涡轮盘做成一体而得到的，而且也是由于减少了每片叶片的锁紧装置获得到的。零件数目的减少不仅能降低成本，而且还可以提高发动机的可靠性。另外，采用整体涡轮盘还可以消除在常规用榫头连接叶片于轮盘的结构中，气流在榫头与榫槽缝隙中逸流所造成的损失，避免由于装配不当后榫头的腐蚀，特别是微动腐蚀、裂纹及锁片损坏等带来的故障。
基于上述原因，美国的先进战术战斗机计划（ATF)把整体叶盘技术作为它的一个重要技术核心。而美国国防部1988年开展的高性能涡轮发动机术计划（IHPTET）中则更是进一步指出，到2020年，战斗机的涡轮都将采用整体叶盘结构。如：美国艾立逊公司1991年底和1994年6月试验的针对 IHPTET计划第二阶段目标的XTC16/1A和XTC16/1B核心机上验证的新技术就包括整体轮盘技术。XTC16/1A核心机上压气机的第三、第四级为整体叶环结构。其中，第四级叶环只有4.54kg，而常规的镍基合金转子盘重为25kg；它的涡轮转子也采用了整体叶盘结构，整个结构减重 25%～30%。艾立逊公司在1995～1996年期间试验的XTC16/2核心机则在压气机上采用了高温钛合金Til100制造整体叶环，压气机静子用 TiA1金属间化合物制造，耐温提高到700～800℃，重量减轻一半。此外，目前高性能军用航空发动机也大量采用整体叶盘结构。如：美国F414发动机一共采用了五级整体涡轮盘，使发动机零件数减少了484件。仅第二、三级风扇转子重量就减轻20.43kg。Rolls-Royce公司的研究指出，采用整体涡轮盘结构与传统的叶片、轮盘结构相比，重量最多可减少50%,若采用金属基复合材料（MMC）的整体涡轮盘，则可减重70%。
2 弯曲叶片技术的应用
弯曲叶片技术自60年代提出以来，经过几十年的发展，已经得到了航空、航天发动机界的广泛重视。
采用弯曲叶片除了可以达到控制径向压力梯度目的外，还可以重组沿叶高方向的二次流，消除附面层堆积或避免旋涡的汇合，从而有效地控制叶片表面径向二次流和端壁横向二次流发展，降低端部流动损失。同时，弯曲叶片还可以使反力度沿叶高方向发生显著变化，从而提高间隙根部的压力，降低间隙顶部的压力，改善动叶根部区的流动状况，减少动叶顶径向间隙漏气损失。上述改变都有助于消除端部壁角区的失速，提高间隙站顶部的压力并降低顶部区域气流马赫数。前者可以减小压气机叶片径向间隙漏气损失。后者则可以削弱压气机叶尖区域的激波强度，降低激波损失。近年来，由于制造业的迅速发展，弯扭叶片制造成本太高的瓶颈问题得以解决，使得各国重新关注弯扭叶片技术在航空、航天发动机中的重要地位。如：美国通用电力公司在其最先进的E3发动机中采用了这种先进技术，改善了高、低压压气机中间过渡段的气动性能。美国普惠公司为装备波音777飞机所研制的PW4084发动机的一级风扇叶片、七级低压和十一级高压压气机的静子导流叶片全部采用具有可控扩散叶型的三维弯曲造型的端弯叶片，使压气机的增压比提高到了36,发动机的功率提高了5%,耗油率明显下降，推力也由原来322kN提高到397kN,同时发动机的噪音也比原型PW4000发动机降低。美国、英国、日本、德国和意大利五国联合研制的涡扇发动机—V2500,是国际航空发动机公司的先进产品。其压气机叶片设计采用了端部弯曲的可控扩散叶型。该叶片端部弯曲的叶型适于低速环形附面层气流，可减少二次流并控制涡系的形成。试验表明，采用弯曲叶型使发动机效率提高了1%,高压压气机喘振边界提高了6%。此外，英法联合研制的RTM322,美国Pratt&Whitney 公司研制的PW2037和PW4000,英国Rolls-Royce公司的RB211-535E4/H4,以及前苏联的ⅡC-90(A)等发动机的涡轮也都采用了弯叶片技术。美国的HPTET计划中采用革命性技术—“先进的气动热力学”中列第一位的就是“三维粘性气动热力学模型”，如普惠公司的低压涡轮三维复合扭曲导向叶片项目。目前，国内的一些航空发动机也开始采用弯曲叶片。如：沈阳航空发动机制造公司、沈阳发动机研究所、北京航空航天大学等也都曾将端弯叶片、倾斜叶片、端削叶片应用于航空发动机的压气机叶栅中，取得了良好的效果。
3 带叶冠弯曲叶片技术的应用前景
国外报道加工带叶冠三维扭曲叶片高温合金涡轮盘的资料很少。据了解，前苏联PⅡ-120液氧/煤油发动机中的带叶冠扭曲叶片整体叶轮采用铸造工艺整体成形。但铸造成形除了毛坯结构尺寸大以外，还存在铸件气孔、表面裂纹、疏松、偏析，产品相应结构强度低，成形精度不易控制等缺陷和诸多不利因素。因此，前苏联在研制新型号PⅡ-170时，已成功采用了整体模锻毛坯、电火花加工成形来取代铸造成形，弥补铸造工艺所带来的不足，从国内研究情况来看，虽然我国在航空、航天发动机上采用涡轮转子结构很多，但大部分都是端面扭曲叶型。采用径向扭曲叶片的也是采用叶冠与叶片分离加工，然后组装焊接而成，或者采用单个叶片与叶冠整体加工，然后榫入轮盘体或者与轮盘体焊接。目前，国内比较成熟的电加工方法是不带叶冠的叶片与轮盘整体加工工艺。
通过上面的讨论我们得出：涡轮盘采用带叶冠扭曲叶片整体结构，可以大大提高发动机的可靠性和技术性能。采用该结构将彻底解决目前涡轮盘叶片与叶冠焊接结构不可靠的问题，消除或避免叶片和叶冠工作时易发生剥落的现象。同时将大大地提高液体火箭发动机涡轮泵的工作效率、提高结构强度及发动机工作可靠性，使发动机制造质量和工艺技术提高到一个新水平。
此外，带叶冠扭曲叶片整体涡轮盘技术还可为航空、航天、能源、交通等民用设施提供先进的燃机。由于燃机可达到很高的压比和较高的涡轮入口温度，因而可获得很高的循环效率。另外，由于燃气轮机没有往复式运动部件，因此具有可靠性高、寿命长、结构轻巧、启动快、便于维修、污染少和燃料适应性强等优点。所以随着经济发展的需要和航空技术的日益成熟，工业部门已经开始把航空发动机改型成工业燃机。仅就电力工业而言，从1986年到1992年间，世界燃机电厂装机容量增加了60%；美国从1987年起，燃机的产量按千瓦数计算已经超过蒸汽轮机。据预测，今后10年，美国2/3、全球36%的新增发电设备将为燃机发电厂，也正因如此，美国能源部主持了先进燃机系统计划。据美国能源部估计，通过这一新的开发，在2020年前，将节约原油2500万吨，可大大节约发电费用，并增强美国工业在全球的竞争力。
4 结论
综上所述，带叶冠扭曲叶片整体涡轮盘技术不但对我国未来大推力、高性能飞行器发动机的研制开发和赶超世界先进水平具有重大意义。而且，必将为推动我国国民经济发展和增强国防建设做出巨大贡献。
80年代中期，在航空发动机结构设计领域，出现了一种称之为“整体叶盘”的结构。它是将工作叶片和轮盘联成一体，省去了连接用的榫头、榫槽、使叶轮结构大为简化。通常，发动机的压气机及风扇的工作叶片（即转子叶片）均用其叶身下的榫头（多为燕尾型）装于涡轮盘轮缘的榫槽中，而整体涡轮盘则把叶片和轮盘做成一体。这样不需要在涡轮盘轮缘加工安装叶片的榫槽，因而可以大大减小轮缘的径向尺寸，从而减轻转子重量。整体叶盘结构不但比现有的焊接结构强度高、可靠性能好，而且可经过长时间使用不掉叶冠，特别是涡轮效率由50%提高到70%。其次，采用整体涡轮盘结构可以使发动机的零件数目大大减少，这不仅是由于叶片与涡轮盘做成一体而得到的，而且也是由于减少了每片叶片的锁紧装置获得到的。零件数目的减少不仅能降低成本，而且还可以提高发动机的可靠性。另外，采用整体涡轮盘还可以消除在常规用榫头连接叶片于轮盘的结构中，气流在榫头与榫槽缝隙中逸流所造成的损失，避免由于装配不当后榫头的腐蚀，特别是微动腐蚀、裂纹及锁片损坏等带来的故障。
基于上述原因，美国的先进战术战斗机计划（ATF)把整体叶盘技术作为它的一个重要技术核心。而美国国防部1988年开展的高性能涡轮发动机术计划（IHPTET）中则更是进一步指出，到2020年，战斗机的涡轮都将采用整体叶盘结构。如：美国艾立逊公司1991年底和1994年6月试验的针对 IHPTET计划第二阶段目标的XTC16/1A和XTC16/1B核心机上验证的新技术就包括整体轮盘技术。XTC16/1A核心机上压气机的第三、第四级为整体叶环结构。其中，第四级叶环只有4.54kg，而常规的镍基合金转子盘重为25kg；它的涡轮转子也采用了整体叶盘结构，整个结构减重 25%～30%。艾立逊公司在1995～1996年期间试验的XTC16/2核心机则在压气机上采用了高温钛合金Til100制造整体叶环，压气机静子用 TiA1金属间化合物制造，耐温提高到700～800℃，重量减轻一半。此外，目前高性能军用航空发动机也大量采用整体叶盘结构。如：美国F414发动机一共采用了五级整体涡轮盘，使发动机零件数减少了484件。仅第二、三级风扇转子重量就减轻20.43kg。Rolls-Royce公司的研究指出，采用整体涡轮盘结构与传统的叶片、轮盘结构相比，重量最多可减少50%,若采用金属基复合材料（MMC）的整体涡轮盘，则可减重70%。
2 弯曲叶片技术的应用
弯曲叶片技术自60年代提出以来，经过几十年的发展，已经得到了航空、航天发动机界的广泛重视。
采用弯曲叶片除了可以达到控制径向压力梯度目的外，还可以重组沿叶高方向的二次流，消除附面层堆积或避免旋涡的汇合，从而有效地控制叶片表面径向二次流和端壁横向二次流发展，降低端部流动损失。同时，弯曲叶片还可以使反力度沿叶高方向发生显著变化，从而提高间隙根部的压力，降低间隙顶部的压力，改善动叶根部区的流动状况，减少动叶顶径向间隙漏气损失。上述改变都有助于消除端部壁角区的失速，提高间隙站顶部的压力并降低顶部区域气流马赫数。前者可以减小压气机叶片径向间隙漏气损失。后者则可以削弱压气机叶尖区域的激波强度，降低激波损失。近年来，由于制造业的迅速发展，弯扭叶片制造成本太高的瓶颈问题得以解决，使得各国重新关注弯扭叶片技术在航空、航天发动机中的重要地位。如：美国通用电力公司在其最先进的E3发动机中采用了这种先进技术，改善了高、低压压气机中间过渡段的气动性能。美国普惠公司为装备波音777飞机所研制的PW4084发动机的一级风扇叶片、七级低压和十一级高压压气机的静子导流叶片全部采用具有可控扩散叶型的三维弯曲造型的端弯叶片，使压气机的增压比提高到了36,发动机的功率提高了5%,耗油率明显下降，推力也由原来322kN提高到397kN,同时发动机的噪音也比原型PW4000发动机降低。美国、英国、日本、德国和意大利五国联合研制的涡扇发动机—V2500,是国际航空发动机公司的先进产品。其压气机叶片设计采用了端部弯曲的可控扩散叶型。该叶片端部弯曲的叶型适于低速环形附面层气流，可减少二次流并控制涡系的形成。试验表明，采用弯曲叶型使发动机效率提高了1%,高压压气机喘振边界提高了6%。此外，英法联合研制的RTM322,美国Pratt&Whitney 公司研制的PW2037和PW4000,英国Rolls-Royce公司的RB211-535E4/H4,以及前苏联的ⅡC-90(A)等发动机的涡轮也都采用了弯叶片技术。美国的HPTET计划中采用革命性技术—“先进的气动热力学”中列第一位的就是“三维粘性气动热力学模型”，如普惠公司的低压涡轮三维复合扭曲导向叶片项目。目前，国内的一些航空发动机也开始采用弯曲叶片。如：沈阳航空发动机制造公司、沈阳发动机研究所、北京航空航天大学等也都曾将端弯叶片、倾斜叶片、端削叶片应用于航空发动机的压气机叶栅中，取得了良好的效果。
3 带叶冠弯曲叶片技术的应用前景
国外报道加工带叶冠三维扭曲叶片高温合金涡轮盘的资料很少。据了解，前苏联PⅡ-120液氧/煤油发动机中的带叶冠扭曲叶片整体叶轮采用铸造工艺整体成形。但铸造成形除了毛坯结构尺寸大以外，还存在铸件气孔、表面裂纹、疏松、偏析，产品相应结构强度低，成形精度不易控制等缺陷和诸多不利因素。因此，前苏联在研制新型号PⅡ-170时，已成功采用了整体模锻毛坯、电火花加工成形来取代铸造成形，弥补铸造工艺所带来的不足，从国内研究情况来看，虽然我国在航空、航天发动机上采用涡轮转子结构很多，但大部分都是端面扭曲叶型。采用径向扭曲叶片的也是采用叶冠与叶片分离加工，然后组装焊接而成，或者采用单个叶片与叶冠整体加工，然后榫入轮盘体或者与轮盘体焊接。目前，国内比较成熟的电加工方法是不带叶冠的叶片与轮盘整体加工工艺。
通过上面的讨论我们得出：涡轮盘采用带叶冠扭曲叶片整体结构，可以大大提高发动机的可靠性和技术性能。采用该结构将彻底解决目前涡轮盘叶片与叶冠焊接结构不可靠的问题，消除或避免叶片和叶冠工作时易发生剥落的现象。同时将大大地提高液体火箭发动机涡轮泵的工作效率、提高结构强度及发动机工作可靠性，使发动机制造质量和工艺技术提高到一个新水平。
此外，带叶冠扭曲叶片整体涡轮盘技术还可为航空、航天、能源、交通等民用设施提供先进的燃机。由于燃机可达到很高的压比和较高的涡轮入口温度，因而可获得很高的循环效率。另外，由于燃气轮机没有往复式运动部件，因此具有可靠性高、寿命长、结构轻巧、启动快、便于维修、污染少和燃料适应性强等优点。所以随着经济发展的需要和航空技术的日益成熟，工业部门已经开始把航空发动机改型成工业燃机。仅就电力工业而言，从1986年到1992年间，世界燃机电厂装机容量增加了60%；美国从1987年起，燃机的产量按千瓦数计算已经超过蒸汽轮机。据预测，今后10年，美国2/3、全球36%的新增发电设备将为燃机发电厂，也正因如此，美国能源部主持了先进燃机系统计划。据美国能源部估计，通过这一新的开发，在2020年前，将节约原油2500万吨，可大大节约发电费用，并增强美国工业在全球的竞争力。
4 结论
综上所述，带叶冠扭曲叶片整体涡轮盘技术不但对我国未来大推力、高性能飞行器发动机的研制开发和赶超世界先进水平具有重大意义。而且，必将为推动我国国民经济发展和增强国防建设做出巨大贡献。1 整体涡轮盘技术的应用
80年代中期，在航空发动机结构设计领域，出现了一种称之为“整体叶盘”的结构。它是将工作叶片和轮盘联成一体，省去了连接用的榫头、榫槽、使叶轮结构大为简化。通常，发动机的压气机及风扇的工作叶片（即转子叶片）均用其叶身下的榫头（多为燕尾型）装于涡轮盘轮缘的榫槽中，而整体涡轮盘则把叶片和轮盘做成一体。这样不需要在涡轮盘轮缘加工安装叶片的榫槽，因而可以大大减小轮缘的径向尺寸，从而减轻转子重量。整体叶盘结构不但比现有的焊接结构强度高、可靠性能好，而且可经过长时间使用不掉叶冠，特别是涡轮效率由50%提高到70%。其次，采用整体涡轮盘结构可以使发动机的零件数目大大减少，这不仅是由于叶片与涡轮盘做成一体而得到的，而且也是由于减少了每片叶片的锁紧装置获得到的。零件数目的减少不仅能降低成本，而且还可以提高发动机的可靠性。另外，采用整体涡轮盘还可以消除在常规用榫头连接叶片于轮盘的结构中，气流在榫头与榫槽缝隙中逸流所造成的损失，避免由于装配不当后榫头的腐蚀，特别是微动腐蚀、裂纹及锁片损坏等带来的故障。
基于上述原因，美国的先进战术战斗机计划（ATF)把整体叶盘技术作为它的一个重要技术核心。而美国国防部1988年开展的高性能涡轮发动机术计划（IHPTET）中则更是进一步指出，到2020年，战斗机的涡轮都将采用整体叶盘结构。如：美国艾立逊公司1991年底和1994年6月试验的针对 IHPTET计划第二阶段目标的XTC16/1A和XTC16/1B核心机上验证的新技术就包括整体轮盘技术。XTC16/1A核心机上压气机的第三、第四级为整体叶环结构。其中，第四级叶环只有4.54kg，而常规的镍基合金转子盘重为25kg；它的涡轮转子也采用了整体叶盘结构，整个结构减重 25%～30%。艾立逊公司在1995～1996年期间试验的XTC16/2核心机则在压气机上采用了高温钛合金Til100制造整体叶环，压气机静子用 TiA1金属间化合物制造，耐温提高到700～800℃，重量减轻一半。此外，目前高性能军用航空发动机也大量采用整体叶盘结构。如：美国F414发动机一共采用了五级整体涡轮盘，使发动机零件数减少了484件。仅第二、三级风扇转子重量就减轻20.43kg。Rolls-Royce公司的研究指出，采用整体涡轮盘结构与传统的叶片、轮盘结构相比，重量最多可减少50%,若采用金属基复合材料（MMC）的整体涡轮盘，则可减重70%。
2 弯曲叶片技术的应用
弯曲叶片技术自60年代提出以来，经过几十年的发展，已经得到了航空、航天发动机界的广泛重视。
采用弯曲叶片除了可以达到控制径向压力梯度目的外，还可以重组沿叶高方向的二次流，消除附面层堆积或避免旋涡的汇合，从而有效地控制叶片表面径向二次流和端壁横向二次流发展，降低端部流动损失。同时，弯曲叶片还可以使反力度沿叶高方向发生显著变化，从而提高间隙根部的压力，降低间隙顶部的压力，改善动叶根部区的流动状况，减少动叶顶径向间隙漏气损失。上述改变都有助于消除端部壁角区的失速，提高间隙站顶部的压力并降低顶部区域气流马赫数。前者可以减小压气机叶片径向间隙漏气损失。后者则可以削弱压气机叶尖区域的激波强度，降低激波损失。近年来，由于制造业的迅速发展，弯扭叶片制造成本太高的瓶颈问题得以解决，使得各国重新关注弯扭叶片技术在航空、航天发动机中的重要地位。如：美国通用电力公司在其最先进的E3发动机中采用了这种先进技术，改善了高、低压压气机中间过渡段的气动性能。美国普惠公司为装备波音777飞机所研制的PW4084发动机的一级风扇叶片、七级低压和十一级高压压气机的静子导流叶片全部采用具有可控扩散叶型的三维弯曲造型的端弯叶片，使压气机的增压比提高到了36,发动机的功率提高了5%,耗油率明显下降，推力也由原来322kN提高到397kN,同时发动机的噪音也比原型PW4000发动机降低。美国、英国、日本、德国和意大利五国联合研制的涡扇发动机—V2500,是国际航空发动机公司的先进产品。其压气机叶片设计采用了端部弯曲的可控扩散叶型。该叶片端部弯曲的叶型适于低速环形附面层气流，可减少二次流并控制涡系的形成。试验表明，采用弯曲叶型使发动机效率提高了1%,高压压气机喘振边界提高了6%。此外，英法联合研制的RTM322,美国Pratt&Whitney 公司研制的PW2037和PW4000,英国Rolls-Royce公司的RB211-535E4/H4,以及前苏联的ⅡC-90(A)等发动机的涡轮也都采用了弯叶片技术。美国的HPTET计划中采用革命性技术—“先进的气动热力学”中列第一位的就是“三维粘性气动热力学模型”，如普惠公司的低压涡轮三维复合扭曲导向叶片项目。目前，国内的一些航空发动机也开始采用弯曲叶片。如：沈阳航空发动机制造公司、沈阳发动机研究所、北京航空航天大学等也都曾将端弯叶片、倾斜叶片、端削叶片应用于航空发动机的压气机叶栅中，取得了良好的效果。
3 带叶冠弯曲叶片技术的应用前景
国外报道加工带叶冠三维扭曲叶片高温合金涡轮盘的资料很少。据了解，前苏联PⅡ-120液氧/煤油发动机中的带叶冠扭曲叶片整体叶轮采用铸造工艺整体成形。但铸造成形除了毛坯结构尺寸大以外，还存在铸件气孔、表面裂纹、疏松、偏析，产品相应结构强度低，成形精度不易控制等缺陷和诸多不利因素。因此，前苏联在研制新型号PⅡ-170时，已成功采用了整体模锻毛坯、电火花加工成形来取代铸造成形，弥补铸造工艺所带来的不足，从国内研究情况来看，虽然我国在航空、航天发动机上采用涡轮转子结构很多，但大部分都是端面扭曲叶型。采用径向扭曲叶片的也是采用叶冠与叶片分离加工，然后组装焊接而成，或者采用单个叶片与叶冠整体加工，然后榫入轮盘体或者与轮盘体焊接。目前，国内比较成熟的电加工方法是不带叶冠的叶片与轮盘整体加工工艺。
通过上面的讨论我们得出：涡轮盘采用带叶冠扭曲叶片整体结构，可以大大提高发动机的可靠性和技术性能。采用该结构将彻底解决目前涡轮盘叶片与叶冠焊接结构不可靠的问题，消除或避免叶片和叶冠工作时易发生剥落的现象。同时将大大地提高液体火箭发动机涡轮泵的工作效率、提高结构强度及发动机工作可靠性，使发动机制造质量和工艺技术提高到一个新水平。
此外，带叶冠扭曲叶片整体涡轮盘技术还可为航空、航天、能源、交通等民用设施提供先进的燃机。由于燃机可达到很高的压比和较高的涡轮入口温度，因而可获得很高的循环效率。另外，由于燃气轮机没有往复式运动部件，因此具有可靠性高、寿命长、结构轻巧、启动快、便于维修、污染少和燃料适应性强等优点。所以随着经济发展的需要和航空技术的日益成熟，工业部门已经开始把航空发动机改型成工业燃机。仅就电力工业而言，从1986年到1992年间，世界燃机电厂装机容量增加了60%；美国从1987年起，燃机的产量按千瓦数计算已经超过蒸汽轮机。据预测，今后10年，美国2/3、全球36%的新增发电设备将为燃机发电厂，也正因如此，美国能源部主持了先进燃机系统计划。据美国能源部估计，通过这一新的开发，在2020年前，将节约原油2500万吨，可大大节约发电费用，并增强美国工业在全球的竞争力。
4 结论
综上所述，带叶冠扭曲叶片整体涡轮盘技术不但对我国未来大推力、高性能飞行器发动机的研制开发和赶超世界先进水平具有重大意义。而且，必将为推动我国国民经济发展和增强国防建设做出巨大贡献。
楼主有图么？
请问中国在这个方面的实力如何？