От огън до летене: Откриване на чудесата на термическата технология при производството на авиационни двигатели - Реакристалализация

Техника за подавляне

Отличните свойства на еднокристалния суперсплав се дължат предимно на изтриването на кристалните граници на еднокристалните лопатки, а рекристализацията ще намали значително високотемпературната устойчивост на първоначалния еднокристален сплав. След отливането на еднокристалните лопатки трябва да се проведат допълнителни процеси като обработка на газовите отвори, точене на зъби, фрезиране на ръба, сваряване на технологическия отвор на върха на лопатката, термична обработка, монтаж и други. По време на функционирането на двигателите, лопатките подлежат на удар от горещ и студен въздух, висока температура, огромни тежести и интензивни вибрации при високоскоростно въртене, което може да доведе до рекристализация. Вече са регистрирани няколко неуспешни случая с турбинни лопатки. Затова през последните години научните изследвания в страната и чужбина използват предварителна термична обработка за възстановяване, карбуринг, покритие и премахване на повърхностния деформационен слой, както и добавяне на елементи за укрепване на границите при работата по поправка на рекристализацията.

Технология за 3D печат

3D печат, известен още като адитивно производство, интегрира CAD, CAM, порошкова металургия, лазерна обработка и други технологии. Използвайки технологията за 3D печат, можем да превърнем мисълта на "мозъка" в тримерна същност и да отпечатаме изображението на част на компютъра като "реална" част. Технологията за 3D печат е направила "революционно" променяне в производствените технологии и концепцията за обработване. Университетът Монаш в Австралия успешно е произвел първия в света 3D отпечатан реактивен двигател. Едновременно работи с Боинг, Групата Airbus и Групата Safran, предлагайки 3D отпечатани прототипи на двигатели за Боинг и други за летни тестове. С помощта на технологията за 3D печат времето за производство на двигателни части може да се намали от три месеца до шест дни.

В Китай 3D печатарската технология беше използвана за подправяне и повторно употребление на износените части от въртлъжните лопастни краища на турбинния двигател високоточен компресорен ротор. Технологията на 3D печатане е била използвана за производство на несечени части и статични компоненти на двигателя, но механичните свойства на частите се оценяват активно, при това използването на технологията на 3D печатане за производство на ротационни части на двигателя, сечени части и др., също така е предмет на широки проучвания.

Технология за обработка на изходните краища на лопастта (предно и задно краище)

Качеството на обработката на входящия и изходящия ръбове на лопатката на авиационния двигател е един от ключовите фактори, които влияят върху аеродинамическата производителност на авиационния двигател. Входящият и изходящият ръб също е частта на лопатката, където най-често се появяват дефекти, както и областта, чувствителна към дефекти при титановия сплав. Голямо число от събитията с отказ на двигателя са причинени от дефектите на обработката на входящия и изходящия ръб на лопатката. Тъй като входящият и изходящият ръб на лопатката е най-тънката част на лопатката и ръбовете на лопатката, тя има слаба твърдост и голяма обработка с деформации, а често обработените входящ и изходящ ръбове на лопатката стават квадратни или остри. При масовото производство на лопатки за двигатели все още не са напълно решени ключовите технологични проблеми за ефикасна и висококачествена обработка на входящия и изходящия ръб на лопатките.

Адаптивна обработваща технология

Адаптивната технология за обработка се дели на три форми, а именно: адаптивно планиране на траекторията на инструментите, адаптивен контрол на числовата система и адаптивна обработка, комбинирана с цифрово детектиране [3]. В Китай адаптивната технология за обработка е била успешно приложена при точна обработка на лопasti чрез ковка/протичане, ремонтиране на повредени лопasti и обработка на монолитни дискове чрез линейно треньовско сварване. Въпреки че адаптивната технология за обработка е постигнала прориви и развитие както в теория, така и на практика, инженерното приложение на тази технология остава гореща тема за научни изследвания в производството на авиационни двигатели.

Технология за противодействие на умората

Материалната умора и дефектите при обработката на повърхността са станали основните причини за повреди на компонентите на авиационния двигател, а тази повреда има тенденция да расте. Затова "антиуморното производство" е станало гореща технология в производството на авиационни двигатели. Антиуморната технология означава процес на производство, който подобрява уморната продължителност на частите чрез промяна на организацията и разпределението на напреженията в материалите по време на техническия процес без промяна на материала и размера на сечението. Уморната продължителност се влияе главно от термичната обработка, околната корозия, качеството на повърхността, концентрацията на напреженията, напреженията на повърхността и други фактори. Основният метод за антиуморно производство е намаляването на концентрацията на напреженията и подобряването на силата на повърхността на частите. Намаляването на концентрацията на напреженията е за да се гарантира целостта на обработената повърхност, а най-добрият начин за подобряване на силата на повърхността на частите е шарпосвенето. В процеса на антиуморно производство на авиационни двигатели са били разработени различни нови медиуми за шарпосвене в традиционния процес на шарпосвене, като новите технологии като лазерно шарпосвене, ултразвуково шарпосвене и шарпосвене с високоуровнева вода са получили широкото приложение.

Технология за предотвратяване на удари от птици

Честотата на ударите от птици е станала непреодолима проблема в развитието на авиационни двигатели, и са проведени широки изследвания както в страната, така и чужбина. В юли 2015 г. САЩ FAA публикува "Задължения за ударни тестове с птици за транспортни самолети" уведомление, което не само поставя конкретни изисквания и правила за бъдещето предотвратяване на ударите от птици и предотвратяване на повреди от чужди предмети на двигателите на самолетите, но и сочи друга нова насока за изследване за развитието на нови материални технологии за двигатели и производството на нова конструкция.