Защо авиационните двигатели използват интегрални лопасти?

01 Преимущества на интегралната лопаст

Преди създаването на интегралното лопастно дисково колело, роторните лопасти на двигателите трябваше да бъдат свързани с дисковото колело чрез шпаклени, гнучки и закачащи устройства, но тази конструкция постепенно спря да отговаря на нуждите на високопроизводителните авиационни двигатели. Интегралното лопастно дисково колело, което интегрира лопастите на ротора на двигателя и дисковото колело, е разработено и сега е става задължителна конструкция за двигатели с висока тласкова маса. Това вече е широко приложено в военни и гражданиски авиационни двигатели и има следните предимства.

1. Изгубване на тегло

Тъй като няма нужда от обработване на щЪнгите и пазарите за инсталиране на лопастите в периферията на колелната диск, радиалните размери на периферията могат да бъдат значително намалени, което привежда до значително намаление на масата на ротора.

2. Намаляване на броя части

Освен факта, че колелната диск и лопастите са интегрирани, намаляването на блокиращите устройства е също важна причина. Авиационните двигатели имат изключва строги изисквания към надеждността, а упростената структура на ротора играе голяма роля за подобряване на надеждността.

3. Намалява загубите на водоводния поток

Изчезва загубата на изтичане, причинена от размивката в традиционния метод за свързване, повишава се ефективността на работата на мотора и увеличава се тласкащият ефект.

Цялостното лопастно дисково устройство не само намалява теглото, но и увеличава тласкащият ефект, което допринася за подобряване на отношението тласкане-тягло. Разбира се, това не е лесна "жемчужина" да се избере. От една страна, цялостните лопастни дискове често се правят от трудни за обработка материали като титанов сплав и високотемпературен сплав; от друга страна, техните лопasti са тонки и формата им е сложна, което наклада изключително високи изисквания към технологията за производство. Освен това, когато роторните лопasti са повредени, те не могат да бъдат заменяни поединично, което може да доведе до отхвърлянето на цялостния лопастен диск, а технологията за ремонтиране е друг проблем.

02 Производство на цялостен лопастен диск

В момента има три основни технологии за производство на интегрални лопатки.

1. Пятиосно CNC фрезиране

Пятиосното CNC фрезиране се използва широко при производството на блискове, поради предимствата му в бързо реагиране, висока надеждност, добра обработна гъвкавост и кратък циклус на производствена подготовка. Основните методи на фрезиране включват боково фрезиране, погружно фрезиране и циклоидно фрезиране. Ключовите фактори, които гарантират успеха на блисковете включват:

1) Пятиосни CNC машини с добри динамични характеристики

2) Оптимизирано професионално програмно осигурение CAM

3) Инструменти и познания за приложение, специализирани за обработка на титанови сплавове/сплавове с висока температура

2. Електрохимично обработване

Електрохимичното обработване е отличен метод за обработка на каналите на интегралните лопастни дискове на авиационните двигатели. Има няколко технологии за обработка при электрохимичното обработване, включително електролитно свиване, контурно електролитно обработване и CNC електролитно обработване.

Тъй като електрохимичната обработка главно използва свойството на металите да се разлагат при анода в електролита, катодната част няма да бъде повредена, когато се прилага електрохимичната технология за обработка, и деталът по време на обработката няма да бъде засегнат от режуща сила, топлина при обработката и др., което намалява остатното механично напрежение на интегралния лопастен канал на авиационния двигател след обработката.

Като добавка, според сравнение с петоосното фрезиране, работните часове при електрохимичната обработка са значително намалени и могат да се използват на стадии груба обработка, полуфинишна и финишна обработка. Няма нужда от ръчно полирване след обработването. Затова това е една от важните насоки за развитие при обработката на интегрираните лопастни канали на авиационните двигатели.

3. заваряване

Лопастите се обработват отделно и после се сваряват към лопастното диско чрез електроннолъчна сварка, линейна фрикционна сварка или вакуумна твърдафазова дифузiona сварка. Предимството му е, че може да се използва за производство на интегрални лопастни дискове с различни материали за лопастта и диска.

Сварителният процес има високи изисквания към качеството на сварката на лезищата, което директно влияе върху характеристиките и надеждността на целия лезов диск на авиационния двигател. Освен това, тъй като реалните форми на лезищата, използвани в сварения лезов диск, не са еднакви, позициите на лезищата след сварката не са консистентни поради ограниченията по точност на сварката, и се изисква адаптивна технология за обработка, за да се извърши персонализирано прецизно CNC фрезиране за всяко лезие.

Освен това, сварването е много важна технология при ремонта на интегрални лопатки. Сред тях, линейното треньовично сварване, като технология за твърд фазов сварен шев, има високо качество на сварения шев и добри репродуктивни свойства. Това е една от по-надеждните и достойнствени технологии за сварване на компоненти на ротора на авиационен двигател с висока тласкова- masa отношение.