Basiese kennis van lugvaartmotorblade (1)

1.Inleiding tot turbineblaaie

Die komponent met die sleutelste werksomstandighede in die turbine-motor is ook die belangrikste draaiende komponent. By die warme einde komponente van vliegtuigmotors word die turbineblaaie blootgestel aan hoë-temperatuur gaserosie en temperatuurveranderinge tydens die motor se opstart- en afsluit siklusse, terwyl die rotorblaaie blootgestel word aan sentrifugale kragte by hoë spoed. Die materiaal moet voldoende hoë-temperatuur treksterkte, uithousterkte, kruipsterkte, asook goeie moeitesterkte, oksidasieresistensie, gas-korrosieresistensie en gepaste plastisiteit hê. Boonop word langermasige organisatoriese stabiliteit, goeie impaksterkte, gietbaarheid en 'n lae digtheid ook vereis.

Die gasinlatetemperatuur van gevorderde vliegtuigmotors bereik 1380℃ en die stootkrag bereik 226KN. Die turbinblaaie word blootgestel aan aerodinamiese en sentrifugale kragte, met die blaaie wat 'n trekkingsstres van ongeveer 140MPa dra; die bladwortel dra 'n gemiddelde stres van 280~560MPa, en die ooreenstemmende bladliggaam ondergaan 'n temperatuur van 650~980℃, terwyl die bladwortel ongeveer 760℃ bedra.

Die prestasieniveau van turbinblaaie (veranderlik die temperatuurbelaaiingsvermoë) het 'n belangrike indikaator geword van die gevorderdheidsvlak van 'n motormodel. In 'n sekere sin bepaal die gietproses van toekomstige motormotors direk die prestasie van die motor en is ook 'n betekenisvolle teken van vlak vir 'n nasionale lugvaartbedryf.

2.Bladvormontwerp

Aangesien daar baie blaaie is, as hulle ontwerp word in reguit reëlmatige vorms, kan baie verwerkingstegnologie verminder word, kan die ontwerpkonstruksie verlaag word, en kan baie koste bespar word. Maar die meeste blaaie is gedraai en gebuk.

Laat my eers vir jou sommige basiese konsepte van blare bekendstel.

Eerstens, wat is 'n loopdraad? Hieronder volg twee tipiese loopdraaddiagramme.

Kompressorsvlote diagram

Turbine vloei pad diagram
Tweedens, wat is die berekeningformule vir die omtrekssnelheid? In die vloekanaal is die omtrekssnelheid verskillend by verskillende strale (dit kan volgens die berekeningformule in die onderstaande figuur verkry word).

Omtrekssnelheid. Ten slotte, wat is die invalshoek van die lugvloei? Die invalshoek van die lugvloei is die hoek tussen die lugvloei en die blaarstrekoor relatief tot die blaar se bewegingsrigting.

Neem die vlerk van 'n vliegtuig as voorbeeld, die invalshoek van die lugvloed word getoon. Daarna word verduidelik hoekom die blaar gedraai moet word? Aangesien die omwentelingsPELLINGSsnelhede by verskillende strale in die vloekanaal verskil, varieer die invalshoek van die lugvloed by verskillende primitiewe vlakke van die straal grootliks; by die punt van die blaar, weens die groot straal en die hoë omwentelingsnelheid, word 'n groot positiewe invalshoek veroorsaak, wat lei tot ernstige lugvloedafskyn op die agterkant van die blaar; by die voet van die blaar, weens die klein straal en die lae omwentelingsnelheid, word 'n groot negatiewe invalshoek veroorsaak, wat lei tot ernstige lugvloedafskyn in die blaarbasin van die blaar.

Dus, vir reguit skepe, behalwe 'n deel van die naaste middiameter wat steeds werklik kan funksioneer, sal al die ander dele ernstige lugvloei skeiding produseer, dit is, die effektiwiteit van 'n kompresor of turbine wat met reguit skepe werk, is uiteraard swak, en kan selfs tot die punt kom waar dit sowat nie kan opereer nie. Dit is hoekom die skepe gedraai moet word.

3 Ontwikkelingsgeskiedenis

Soos die krag van vliegtuigmotore voortgaande toeneem, word dit bereik deur die kompresorkruinstemperatuur te verhoog, wat die gebruik van gevorderde blaaie met hoër en hoër temperatuurstandvastigheid vereis. Behalwe hoë temperatuuromskakings is die werksomgewing van warme einde blaaie ook in 'n ekstreme toestand van hoë druk, hoë belasting, hoë trilling en hoë korrosie, so dat van die blaaie vereis word om uiterst hoë algehele prestasie te hê. Dit vereis dat die blaaie geskep word uit spesiale legeringsmateriale (hoë temperatuur legerings) en spesiale vervaardigingsprosesse (presisiese smelt plus rigtingssolidifisering) om spesiale matriksstrukture (enkelkristalstrukture) te skep om die behoeftes tot die maksimum te voldoen.

Komplekse eenkristal holle turbinblaaie is geword die kern tegnologie van huidige hoë druk-tot-gewig verhouding motors. Dit is die navorsing en gebruik van gevorderde eenkristal legeringsmateriale en die opkoms van dubbelwandige ultra-luggekoelde eenkristal blad vervaardigingstegnologie wat gestoor het dat eenkristal voorbereidingstegnologie 'n sleutelrol speel in die mees gevorderde militêre en kommersiële lugvaartmotors vandag. Tans word eenkristalblaaie nie net op al die gevorderde lugvaartmotors geïnstalleer nie, maar word hulle ook steeds meer in swaar gas turbines gebruik.

Enkelkristal superlegers is 'n tipe gevorderde motorskaafmateriaal wat ontwikkel is op grond van ekwiaxed kristalle en rigtingsskolomkristalle. Sedert die vroeë 1980's is die eerste generasie enkelkristal superlegers, soos PWA1480 en ReneN4, wydverspreid in verskeie lugvaartmotors gebruik. In die laat 1980's is die tweede generasie enkelkristal superlegerblaaie, verteenwoordig deur PWA1484 en ReneN5, ook wydverspreid in gevorderde lugvaartmotors soos CFM56, F100, F110 en PW4000 gebruik. Tans het die tweede generasie enkelkristal superlegers in die VSA gereif en word hulle wydverspreid in militêre en burgerlike lugvaartmotors gebruik.

In vergelyking met die eerste generasie enkelskryfallowansies, het die tweede generasie enkelskryfallowansies, verteenwoordig deur PW se PWA1484, RR se CMSX-4 en GE se Rene'N5, hul bedryfstemperatuur deur 30°C verhoog deur 3% reenium toe te voeg en die gehalte van molibdeen gepaslik te verhoog, 'n goeie balans bereik tussen sterkte en weerstand teen oksidasie en korrosie.

In die derde enkelskryfallowansie Rene N6 en CMSX-10 word die allowsamestelling in een stap geoptimeer, word die totale gehalte van onoplosbare elemente met 'n groot atoomradius verhoog, veral deur meer as 5wt% reenium toe te voeg, wat betekenisvol die hoëtemperatuur-kruipsterkte verbeter, is die uithoudingslewe van die allow by 1150 meer as 150 ure, wat baie langer is as die lewe van ongeveer 10 ure van die eerste generasie enkelskryfallowansie, en het dit ook hoë-sterkte teen termiese moeheid, oksidasie en termiese korrosie.

Die Verenigde State en Japan het opeenvolgens die vierde generasie van enkelskristallegasies ontwikkel. Deur ruutium toe te voeg, is die stabiliteit van die legasie-mikrostruktur verdere verbeter, en is die kruipsterkte onder langdurige hoë temperatuur blootstelling verhoog. Sy duursnelheidstyd by 1100 ℃ is tien keer hoër as dié van die tweede enkelskristallegasie, en die bedryfstemperatuur het nou 1200 ℃ bereik. Die enkelskristalsamestelling van dieselfde generasie word hieronder getoon.

4.Bladebasismateriaal en vervaardigingstegnologie

Veranderlike hoëtemperatuurlegasieblaaie

Die ontwikkeling van vormbaar hoëtemperatuurlegings het 'n geskiedenis van meer as 50 jaar. Die algemeen gebruikte vormbaar hoëtemperatuurlegings vir inheemse lugvaartmotorblaaie word in Tafel 1 getoon. Met die toename van aluminium, titanium, wolfram en molibdeen-inhoud in hoëtemperatuurlegings verbeter die materiaaleienskappe voortdurend, maar die warm werksvermoë verminder; ná die byvoeging van die duur alloy-element kobalt kan die algehele presteering van die materiaal verbeter word en kan die stabiliteit van die hoëtemperatuurstruktuur verbeter word.

Blaaie is sleutelkomponente van lugvaartmotors, en hul vervaardigingsvolume maak ongeveer 30% van die totale motorvervaardigingsvolume uit.
Lugvaartmotorblaaie is dunwandige en maklik veranderlike komponente. Hoe om hul verandering te beheer en hulle doeltreffend en met hoë kwaliteit te prosesseer, is een van die belangrike navorsingstemas in die blaaivervaardigingsbedryf.

Met die opkoms van hoë-prestasie CNC-machineware het die vervaardigingsproses van turbinlblaaie ook groot veranderinge ondergaan. Blaaie wat met presisie-CNC-machinewareverwerking verwerk word, het hoë presisie en kort vervaardigingsiklusse, gewoonlik 6 tot 12 maande in China (half-afgeronde werking); en 3 tot 6 maande buite lande (nul-residu werking).