Защо авионните двигатели използват интегрални лопатки? Те са ключа за летенето!

Двигателят на самолета е "сърцето" на самолета и се нарича също "коронното съ/Dkарло на индустрията". Производството му интегрира много от най-новите технологии в съвременната индустрия, които включват материали, механична обработка, термодинамика и други области. Като държавите имат все по-високи изисквания към производителността на двигателите, новите конструкции, технологии и процеси при разработването и прилагането им продължават да предизвикват предизвикателства за върха на съвременната индустрия. Едно от важните фактори за подобряване на тласъкно-тегловното отношение на авиационните двигатели е интегралната лопастна диска.

Превъзходства на блисковете

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 периферията на дисковото колело не трябва да се обработва, за да се инсталират щеките и пазарите за монтиране на лопастите, радиалният размер на периферията може значително да се намали, по този начин значително се намалява масата на ротора.

2.Намаляване на броя части ：Osven че коловрата и лопатките са интегрирани, намалението на устройствата за блокиране е също важна причина. На авиационните двигатели има изключително строги изисквания относно надеждността, а упростеният роторен конструкция играе голяма роля в подобряването на надеждността.

3.Намалява загубите на воздушния поток ：Премахнат се загубите от избягване, причинени от размивката при традиционния метод на свързване, подобрява се ефективността на двигателите и увеличава се тласкащият ефект.

Blisk-а, който намалява теглото и увеличава тласкащият ефект, не е лесна „жемчужина“ да се получи. От една страна, blisk-те се правят главно от трудни за обработка материали като титанова ал oy и високотемпературна ал oy; от друга страна, техният лопастен профил е сложен и тонък, което наклада изключително високи изисквания към производствените технологии. Освен това, когато роторните лопasti са повредени, те не могат да бъдат заменяни поотделно, което може да доведе до отхвърляне на целия blisk, а технологията за ремонтиране е още един проблем.

Производство на blisk

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

• 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:

Пятиосни машинни центрове с добри динамични характеристики

Оптимизиран софтуер CAM специално за тази цел

Инструменти и приложени знания, посветени на обработка на титанови сплавове/високотемпературни сплавове

• 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 предимно използва свойството на металите да се растворяват при анода в електролита, катодната част няма да бъде повредена при прилагането на електрохимичната технология за обработка, и деталът няма да бъде засегнат от резачна сила, топлина при обработката и др. по време на обработването, което намалява остатъчния стрес след обработване на интегрираните лопастни канали на авиационния двигател.

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.

• Заваряване

Лезищата се обработват отделно и после се сварват към лезовия диск чрез електронлучова сварка, линейна триенна сварка или вакуумно твърдосфено дифузно свързване. Предимството е, че това може да се използва за производство на интегрални лезови дискове с несъвпадащи материали на лезищата 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.

Приложение на интегралните лопатки

1. ЕJ200 авиационен двигател

ЕJ200 авиационен двигател разполага с общо 3 ступени вентилатори и 5 ступени високодружен компресор. Единичните лопатки се сварват към диска на колелото чрез електронен лъч, за да образуват интегрална лопатка-дискова конструкция, която се използва в третата стъпка на вентилатора и първата стъпка на високодружен компресора. Интегралната лопатка-дискова конструкция не е сварена заедно с роторите на другите стъпки, за да се образува многостъпенен интегрален ротор, а е свързана с кратки винти. Общо взето, това е ранен етап на приложението на интегралните лопатки-дискови конструкции.

2. F414 турбовъздушен двигател

В турбореактивния двигател F414, вторият и третият етап от триетапната вентилаторна система и първите три етапа от седмият етап на високотоณативния компресор използват интегрални лопатки, които се обработват чрез електрохимичен метод. GE също е разработила възможен метод за ремонт. На тази основа, интегралните лопатки на втория и третия етап от вентилатора са сварени заедно, образувайки интегрален ротор, а първият и вторият етап на компресора също са сварени, което още повече намалява теглото на ротора и подобрява устойчивостта на двигателя.

Сравнено с EJ200, F414 е направил голям крачка напред в приложението на интегрални лопатки.

3. Двигател F119-PW-100

Трите етапа на вентилатора и шестте етапа на високотоณативния компресор използват интегрални лопатки, а лопатките на първия етап на вентилатора са празни. Празните лопатки са сварени към диска на колелото чрез линейна фрикционна сварка, формирайки интегрална лопатка, която намалява теглото на ротора на този етап с 32 кг.

4. Двигател BR715

В големите гражданиски двигатели също се използва интегралното лопастно дисково устройство. Двигателят BR715 използва петоосна CNC фрезерна технология за обработка на интегралното лопастно дисково устройство, което се използва във втория етап на наддуването след вентилатора, а предния и задният интегрални лопастни диска са сварени заедно, за да образуват интегрален ротор. Той се използва в Boeing 717.