لماذا تستخدم محركات الطائرات شفرات متكاملة؟ إنها المفتاح للطيران!

محرك الطائرة هو "قلب" الطائرة ويُعرف أيضًا بـ"جوهرة التاج الصناعي". يدمج تصنيعه العديد من التقنيات المتقدمة في الصناعة الحديثة، ويتعلق بمجالات مثل المواد، والمعالجة الميكانيكية، والديناميكا الحرارية وغيرها. مع زيادة متطلبات الدول على أداء المحركات، تظل الهياكل الجديدة والتكنولوجيات الجديدة والعمليات الجديدة في البحث والتطوير والتطبيق تتحدى قمة الصناعة الحديثة. أحد العوامل المهمة لتحسين نسبة الدفع إلى الوزن في محركات الطائرات هو القرص الشفرات المتكامل.

مزايا الأقراص الشفرات

قبل ظهور القرص الشفرة المتكامل، كان يجب ربط شفرات الدوار المحرك بقرص العجلة من خلال التصاميم الخشنة، وأخدود الربط والجهاز القفل، لكن هذا البنية لم تعد تلبي احتياجات محركات الطائرات ذات الأداء العالي. تم تصميم القرص الشفرة المتكامل الذي يدمج بين شفرات الدوار للمحرك وقرص العجلة، وهو الآن أصبح بنية ضرورية لمحركات ذات نسبة دفع إلى وزن عالية. وقد تم استخدامها على نطاق واسع في محركات الطائرات العسكرية والمدنية ولديها الفوائد التالية.

1.فقدان الوزن ：بما أن حافة قرص العجلة لا تحتاج إلى معالجة لتركيب اللسان والأخدود لتركيب الشفرات، يمكن تقليل الحجم الشعاعي للحافة بشكل كبير، وبالتالي تقليل كتلة الدوار بشكل ملحوظ.

2.تقليل عدد الأجزاء ：بالإضافة إلى حقيقة أن قرص العجلة والشفرات مدمجة، فإن تقليل أجهزة القفل هو أيضًا سبب مهم. لدي محركات الطائرات متطلبات صارمة جدًا على مستوى الموثوقية، وتبسيط هيكل الدوار يلعب دورًا كبيرًا في تحسين الموثوقية.

3.تقليل فقدان تدفق الهواء ：تم القضاء على الخسارة الناتجة عن الفجوة في طريقة الاتصال التقليدية، مما يحسن كفاءة المحرك ويزيد من الدفع.

إن الحصول على البليسك، الذي يخفف الوزن ويزيد الدفع، ليس أمرًا سهلاً. من ناحية، يتم تصنيع البليسك غالبًا من مواد صعبة المعالجة مثل السبيكة التيتانيوم والسبيكة عالية الحرارة؛ ومن ناحية أخرى، تكون شفراته رقيقة وشكل الشفرة معقد، مما يضع متطلبات مرتفعة جدًا على تقنية التصنيع. بالإضافة إلى ذلك، عند تلف شفرات الدوار، لا يمكن استبدالها بشكل فردي، مما قد يؤدي إلى إلغاء استخدام البليسك، وتقنية الإصلاح مشكلة أخرى.

تصنيع البليسكات

في الوقت الحاضر، هناك ثلاث تقنيات رئيسية لتصنيع شفرات متكاملة.

• طحن CNC بخمس محاور

يتم استخدام طحن CNC بخمس محاور على نطاق واسع في تصنيع البقاقات بسبب مزاياه في الاستجابة السريعة والموثوقية العالية ومرونة المعالجة الجيدة ودورة إعداد الإنتاج القصيرة. وتشمل طرق الطحن الرئيسية الطحن الجانبي، الطحن المغمور والطحن الدوري. العوامل الرئيسية لضمان نجاح البلاسكات تشمل:

آلات أدوات ذات خمسة محاور ذات خصائص ديناميكية جيدة

برنامج كام محترف محسّن

أدوات ومعرفة تطبيقية مخصصة لسبائك التيتانيوم/معالجة السبائك عالية درجة الحرارة

• معدات الكهربائية الكيميائية

التصنيع الكهروكيماوي هو طريقة ممتازة لتصنيع قنوات أقراص شفرات الطائرات. هناك العديد من تقنيات التصنيع في التصنيع الكهروكيماوي، بما في ذلك التصنيع بالجزء المتحكم بالكهرباء، والتصنيع بالكهرباء الحدودي، و التصنيع بالكهرباء CNC.

بما أن عملية التشكيل الكهروكيميائي تعتمد بشكل أساسي على خاصية ذوبان المعدن عند القطب الموجب في الموصل الكهربائي، فإن جزء القطب السالب لن يتأثر عند تطبيق تقنية التشكيل الكهروكيميائي، ولن يتعرض الجزء المعالج لقوة القطع أو الحرارة الناتجة عن التشغيل أثناء العملية، مما يؤدي إلى تقليل الإجهاد المتبقي في قناة الشفرة المتكاملة لمحرك الطائرة بعد التشغيل.

بالإضافة إلى ذلك، مقارنةً بالتصنيع باستخدام التفريز الخماسي المحاور، يتم تقليل ساعات العمل الخاصة بالتشكيل الكهروكيميائي بشكل كبير، ويمكن استخدامها في مراحل التصنيع الخام، شبه النهائية والنهائية. كما لا حاجة للتلميع اليدوي بعد التشغيل. لذلك، تعد واحدة من أهم الاتجاهات التطويرية لمعالجة قنوات الشفرات المتكاملة لمحركات الطائرات.

• اللحام

تُعالج الشفرات بشكل منفصل، ثم تُلحَم إلى قرص الشفرة باستخدام لحام الشعاع الإلكتروني، أو لحام الاحتكاك الخطي، أو ربط التفريغ بالحالة الصلبة. الميزة هي أنها يمكن أن تُستخدم في تصنيع أقراص الشفرات المتكاملة ذات مواد شفرات وأقراص غير متطابقة.

يتطلب عملية اللحام دقة عالية في جودة لحام الشفرات، مما يؤثر مباشرة على الأداء والموثوقية لقرص الشفرات الكامل الخاص بمحرك الطائرة. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الأشكال الفعلية للشفرات المستخدمة في قرص الشفرات الملحومة ليست متسقة، فإن مواقع الشفرات بعد اللحام لا تكون متسقة بسبب قيود دقة اللحام، مما يتطلب تقنية معالجة متكيفة لإجراء تجهيز CNC دقيق ومخصص لكل شفرة.

بالإضافة إلى ذلك، تعتبر اللحام تقنية مهمة جدًا في إصلاح الشفرات المتكاملة. من بينها، لحام الاحتكاك الخطي، كتقنية لحام بالمرحلة الصلبة، يتميز بجودة عالية في نقاط اللحام وقابلية تكرار جيدة. إنه أحد أكثر تقنيات اللحام موثوقية وأمانًا للالتحام مكونات دوارة محركات الطائرات ذات نسبة الدفع إلى الوزن العالية.

تطبيق الشفرة المتكاملة

1. محرك الطائرة EJ200

يحتوي محرك الطائرة EJ200 على 3 مراحل من المراوح و5 مراحل من ضواغط الضغط العالي. يتم لحام الشفرات الفردية إلى القرص العجلة بواسطة شعاع إلكتروني لتشكيل قرص شفرات متكامل، ويُستخدم في المرحلة الثالثة من المروحة والمرحلة الأولى من ضاغط الضغط العالي. لا يتم لحام قرص الشفرات المتكامل مع أقراص المراحل الأخرى لتكوين متعدد المراحل من الدوار المتكامل، بل يتم ربطه باستخدام براغي قصيرة. بشكل عام، هو في مرحلة مبكرة من تطبيق أقراص الشفرات المتكاملة.

2. محرك التوربين النفاث F414

في محرك F414 التوربيني، المراحل الثانية والثالثة من مروحة ثلاثية المراحل والمرحلتان الأولى والثانية من المرحلتين السابعتين للضاغط العالي الضغط تستخدم شفرات متكاملة، والتي يتم معالجتها باستخدام الطرق الكهروكيميائية. كما طورت GE طريقة إصلاح قابلة للتطبيق. على هذا الأساس، يتم لحام الشفرات المتكاملة للمراحل الثانية والثالثة من المروحة معًا لتشكيل رотор متكامل، ولحام المراحل الأولى والثانية من الضاغط معًا، مما يقلل وزن الرотор ويعزز متانة المحرك.

مقارنة بمحرك EJ200، حقق F414 خطوة كبيرة للأمام في استخدام الشفرات المتكاملة.

3. محرك F119-PW-100

المروحة الثلاثية المراحل والضاغط العالي ذو الست مراحل يستخدمان جميعًا شفرات متكاملة، وشفرات المروحة المرحلة الأولى تكون مجوفة. يتم لحام الشفرات المجوفة إلى القرص العجلة بواسطة اللحام بالاحتكاك الخطي لتكوين شفرة متكاملة، مما يقلل وزن الرотор لهذه المرحلة بمقدار 32 كجم.

4. محرك BR715

في المحركات المدنية الكبيرة، تم استخدام القرص الشفرة المتكامل أيضًا. يستخدم محرك BR715 تقنية الحفر CNC بخمس محاور لمعالجة القرص الشفرة المتكامل، الذي يستخدم في المضغة الثانية للمضاغط بعد المروحة، حيث يتم لحام الأقراص الشفرة المتكاملة الأمامية والخلفية معًا لتشكيل رотор متكامل. ويُستخدم في طائرة بوينغ 717.