航天航空零件实例丨为什么航空发动机叶片设计成松动结构？

航天发动机被称为现代工业皇冠上的明珠，其输出功率十分惊人，只有几吨重的航空发动机，却可以推动几十吨上百吨重的客机。一般来说，航空发动机的制造成本占整机制造成本的30%左右，重要性不言而喻。

航空发动机内部结构十分精密且复杂，零件间的连接也应该是严丝合缝。但经过飞机发动机时，却能听到从里面传出来哒嗒哒的声音。难道是发动机里面的风扇叶片松动了吗？没错，就是它松动了，但是也别害怕，它本来就是被设计成这样的。

航空发动机中完成对气体的压缩和膨胀，并且以最 高效率产生强大的动力，推动飞机前进工作的就是叶片，它是一种特殊的零件，数量多，形状复杂，要求高，加工难度大。

航空发动机叶片的曲面构型极其复杂，其传递相当大的扭矩和极高的燃烧温度，因此，叶片的材料一般选择的是耐高温，强度高的材料做成。最初的材料是多晶的镍基高温合金，后来制成了定向晶界的多晶叶片，结晶方向与受力方向一致，性能提高很多，最后发展到普遍采用钛合金材料加工，目前人们采用了整体叶片加工技术。

作为发动机的承力部件，这些风扇的叶片却不是牢牢固定在发动机上面的，而是通过榫头卡在风扇盘的榫槽里。榫头和榫槽之间留有间隙，当风扇缓慢转动时，在重力的作用下，每个叶片在接近十二点钟位置时，会向轴线方向滑过去，接近六点钟位置时，会向轴心相反的方向滑出去。于是风扇叶片在这样划来划去的过程中，相互碰撞在一起，发出哒嗒哒的声音。

连接风扇叶和风扇盘的榫卯结构叫做“纵树型”榫卯，因为它看起来很像一棵纵树及冷杉树的外观，呈现出一个有齿的V型榫头和榫槽之间有着明显的空隙，可以方便榫头在一定范围内自由的滑动。

为什么航空发动机叶片设计成松动结构？

当发动机风扇快速转动而超过临界速度时，转轴由于具有一定弹性，开始接近其几何中心，进而越过几何中心，接近其不平衡处。此时，叶片受到的离心力方向从新的转轴处出发通过叶片所在的位置。其中沿着涡轮盘切线方向的分量指向与不平衡处相反的方向，使得叶片偏向这个方向，进而重新调整了不平衡的位置，使得重心接近其几何中心，进而减小了振动。

这个过程是动态的，因此可以动态地降低任意高转速下风扇的振动，而叶片的相对涡轮盘切线方向的角度是周期变化的，因此需要叶片进行左右摆动。

为了使叶片能够在一定程度上自由摆动，叶片并不是完全固定在涡轮盘上，而是留有间隙，突肩不能完全紧贴相邻的叶片，也是为了允许叶片进行摆动。可以确定的是，不仅风扇的叶片是松的，整个压缩机各级的叶片都是松的。

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