文|張慧 知名航空撰稿人

在中國軍號最新發布的運-20B先導宣傳片中，官方首次清晰的展示了國產渦扇-20發動機的風扇葉片細節，畫面中葉片中部的突肩結構清晰可見。而在航空發動機設計中，突肩是為抑制窄弦葉片振動而引入的典型結構，這也直接證實了運-20B搭載的渦扇-20大涵道比渦扇發動機，目前仍采用窄弦風扇葉片設計。

【渦扇20的葉片細節，是窄弦風扇葉片】

這一細節引發了廣泛討論，在寬弦空心葉片已成為全球先進航發標配的當下，渦扇-20為何仍選擇窄弦方案？這背后考量很值得探討。

窄弦帶突肩鈦合金實心風扇葉片，是早期大涵道比渦扇發動機的經典設計方案。受限于早年的材料工藝與氣動設計水平，窄弦葉片弦長較短，自身剛性不足，高速運轉時振動幅度大，極易出現顫振甚至結構失效。

為解決這一缺陷，設計人員在葉片中部增設突肩結構，通過葉片運轉時突肩相互貼合的限位支撐作用，提升葉片整體剛性與自振頻率，從而抑制高速振動問題。

【寬弦空心葉片】

這一設計在特定階段解決了工程實用性問題，但隨著航發向大推力、低油耗、長壽命方向發展，其固有缺陷也愈發凸顯。

首先，突肩結構會直接破壞風扇氣流通道的完整性，產生額外的氣流擾動與型面阻力，直接限制風扇進氣流量與氣動效率，導致發動機燃油消耗率偏高，無法滿足現代航發的節能增效需求。

其次，窄弦實心葉片整體重量大，既增加了風扇轉子的負荷，也同步提升了機匣等周邊結構的重量，直接拉低了發動機整體推重比。此外，窄弦葉片抗疲勞性能與抗外物損傷能力較弱，高速運轉時易受飛鳥、沙塵沖擊損傷，長期使用的穩定性與耐久性不足，已難以適配新一代高性能航空發動機的發展要求。

【窄弦風扇葉片與寬弦風扇葉片的對比】

隨著航空工業技術進步，寬弦空心風扇葉片逐步取代窄弦設計，成為全球新一代大涵道比渦扇發動機的標配，也是衡量航發技術水平的核心標志之一。目前民用領域的LEAP系列、GE9X，以及羅羅遄達UltraFan等頂尖航發產品，均全面采用寬弦空心風扇葉片設計。

相較于窄弦方案，寬弦空心葉片的性能優勢是全方位的。氣動層面，寬弦設計取消了傳統突肩結構，通過大幅增加葉片弦長優化氣動外形，從根源上消除了突肩帶來的氣流擾動與阻力損耗，有效提升風扇進氣流量與氣動效率，可顯著降低發動機燃油消耗。

結構層面，空心結構在保證葉片結構強度與剛性的前提下，大幅減輕了自身重量，同時降低了配套機匣的結構載荷，有效提升了發動機整體推重比與運轉穩定性。

【寬弦風扇葉片】

除此之外，寬弦葉片還擁有更優的工況適應性，其氣動特性大幅提升了葉片抗顫振與抗疲勞性能，可適應更高轉速、更大負荷的運轉工況；寬弦結構抗外物損傷能力突出，面對鳥撞、沙塵沖擊的耐受度顯著提升，降低了發動機故障風險。

同時其氣流損耗小、運轉噪音低，還能有效提升壓氣機喘振裕度，增強發動機在復雜工況下的運行穩定性，支撐飛行器的全空域飛行能力。

盡管寬弦空心葉片性能優勢顯著，但其研發與制造門檻極高，涉及材料科學、精密加工、特種成型、無損檢測等多個核心技術領域，目前全球僅有少數國家掌握完整的工程化制備能力。

【加工技術門檻比較高】

寬弦空心葉片的概念最早由英美航發企業于上世紀70年代提出，通用電氣的對開式結構、羅羅的蜂窩夾芯結構均停留在概念階段，受限于當時的工藝水平，存在接頭強度不足、成型精度差等問題，長期無法實現工程化應用。直到羅羅公司攻克蜂窩夾芯結構成型工藝，這類葉片才逐步走向實用。

現階段主流的鈦合金寬弦空心風扇葉片，普遍采用超塑成形/擴散連接（SPF/DB）工藝，技術復雜度極高，需要在近千攝氏度高溫、數十個大氣壓的環境下，實現多層鈦合金板材的固態擴散連接，同時通過精確控形完成葉片復雜彎掠氣動外形的超塑成型。

整個制造流程涵蓋十余道冷熱加工工序，需要實現毫米級甚至絲級的精度控制，既要保證空心減重結構的完整性，又要精準把控外部氣動外形的精度，保障葉片的結構強度、疲勞性能與運行穩定性。目前該工藝仍存在內部變形不可控、成型量偏差大等技術難題，是全球航發企業持續攻關的核心技術方向。

【國產長江1000A已突破寬弦空心葉片技術】

需要明確的是，渦扇-20采用窄弦葉片，并不代表我國沒有寬弦空心葉片的研發能力。早在2017年，國產大型客機發動機驗證機CJ-1000AX就完成了首臺整機裝配，其核心突破之一就包括鈦合金寬弦空心風扇葉片的設計與制造技術，直接證明我國已具備自主研發制備大涵道比航發寬弦葉片的能力。

渦扇-20選擇窄弦方案，本質是軍用動力“成熟優先、快速列裝”的選型邏輯。作為運-20平臺的國產動力核心，渦扇-20的首要目標是解決大涵道比軍用航發的自主可控，擺脫對進口動力的依賴，快速形成批量產能支撐戰略投送能力建設。

【渦扇20仍有改進空間】

窄弦葉片技術路線更成熟、工藝更穩妥、量產門檻更低，能夠更快實現穩定批產，滿足空軍的迫切裝備需求。這種“先解決有無、再迭代升級”的發展路徑，是全球航空工業的普遍規律，也是最務實的技術路線。

從長遠來看，隨著國產寬弦葉片工藝的持續優化、技術體系的不斷完善，其軍事化應用是必然趨勢。未來新一代國產大涵道比渦扇發動機換裝寬弦空心葉片后，將在推力、燃油效率、服役壽命與可靠性上實現全面提升，進一步放大運-20平臺的投送能力，為戰略空軍建設與航空國防事業高質量發展提供更強勁的動力支撐。