Защо самолетните двигатели използват интегрални перки? Те са ключът към летенето! България

Авиационният двигател е „сърцето“ на самолета и е известен още като „перлата в короната на индустрията“. Производството му интегрира много авангардни технологии в съвременната индустрия, включващи материали, механична обработка, термодинамика и други области. Тъй като страните имат все по-високи и по-високи изисквания за производителност на двигателя, новите структури, новите технологии и новите процеси в научноизследователската и развойната дейност и приложението все още постоянно предизвикват върха на съвременната индустрия. Един от важните фактори за подобряване на съотношението на тягата към теглото на самолетните двигатели е вграденият лопатков диск.

Предимства на blisks

Преди появата на интегралния диск с лопатки, лопатките на ротора на двигателя трябваше да бъдат свързани с диска на колелото чрез шипове, вдлъбнатини и канали за шипове и заключващи устройства, но тази структура постепенно не успя да отговори на нуждите на високопроизводителните авиационни двигатели. Интегралният диск с лопатки, който интегрира лопатките на ротора на двигателя и диска на колелото, е проектиран и сега се е превърнал в задължителна структура за двигатели с високо съотношение на тяга към тегло. Използва се широко в двигатели на военни и граждански самолети и има следните предимства.

1.Загубата на тегло:Тъй като джантата на диска на колелото не е необходимо да се обработва, за да се монтират перото и жлебът за монтиране на лопатките, радиалният размер на джантата може да бъде значително намален, като по този начин значително намалява масата на ротора.

2.Намалете броя на частите:В допълнение към факта, че дискът на колелото и ножовете са интегрирани, намаляването на заключващите устройства също е важна причина. Авиационните двигатели имат изключително строги изисквания за надеждност и опростената структура на ротора играе голяма роля за подобряване на надеждността.

3.Намалете загубата на въздушен поток:Загубата на изход, причинена от празнината в традиционния метод на свързване, се елиминира, ефективността на двигателя се подобрява и тягата се увеличава.

Близът, който намалява теглото и увеличава тягата, не е лесна за получаване "перла". От една страна, blisk е направен предимно от трудни за обработка материали като титаниева сплав и високотемпературна сплав; от друга страна, неговите остриета са тънки и формата на острието е сложна, което поставя изключително високи изисквания към технологията на производство. Освен това, когато лопатките на ротора са повредени, те не могат да бъдат сменени поотделно, което може да доведе до бракуване на диска, а технологията за ремонт е друг проблем.

Производство на блиски

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

• Петосно CNC фрезоване

Петосното CNC фрезоване се използва широко в производството на бликове поради своите предимства на бърза реакция, висока надеждност, добра гъвкавост на обработка и кратък цикъл на подготовка на производството. Основните методи на фрезоване включват странично фрезоване, фрезоване с потапяне и циклоидно фрезоване. Ключовите фактори за гарантиране на успеха на blisks включват:

Петосни металорежещи машини с добри динамични характеристики

Оптимизиран професионален CAM софтуер

Инструменти и познания за приложения, посветени на обработката на титанови сплави/високотемпературни сплави

• Електрохимична обработка

Електрохимичната обработка е отличен метод за обработка на каналите на интегрални лопаткови дискове на авиационни двигатели. Има няколко технологии за обработка в електрохимичната обработка, включително електролитна обработка на ръкави, контурна електролитна обработка и CNC електролитна обработка.

Тъй като електрохимичната обработка използва главно свойството на разтваряне на метала при анода в електролита, катодната част няма да бъде повредена, когато се приложи технологията за електрохимична обработка, и детайлът няма да бъде повлиян от силата на рязане, топлината на обработка и т.н. по време на обработката , като по този начин се намалява остатъчното напрежение на интегралния канал на лопатката на самолетния двигател след машинна обработка.

В допълнение, в сравнение с фрезоването с пет оси, работните часове на електрохимичната обработка са значително намалени и тя може да се използва в етапите на груба обработка, полуобработка и довършителни работи. Няма нужда от ръчно полиране след машинна обработка. Следователно, това е една от важните посоки на развитие на интегралната обработка на канала на лопатката на самолетния двигател.

• Заваряване

Остриетата се обработват отделно и след това се заваряват към диска на острието чрез заваряване с електронен лъч, линейно заваряване чрез триене или вакуумно дифузионно свързване в твърдо състояние. Предимството е, че може да се използва за производството на интегрални лопаткови дискове с несъответстващи лопатки и дискове.

Процесът на заваряване има високи изисквания към качеството на заваряване на острието, което пряко влияе върху производителността и надеждността на целия диск на острието на двигателя на самолета. Освен това, тъй като действителните форми на остриетата, използвани в диска за заварени остриета, не са последователни, позициите на остриетата след заваряване не са последователни поради ограничението на точността на заваряване и е необходима технология за адаптивна обработка за извършване на персонализирано прецизно фрезоване с ЦПУ за всяко острие.

В допълнение, заваряването е много важна технология при ремонта на интегрални остриета. Сред тях, линейното заваряване чрез триене, като технология за заваряване в твърда фаза, има високо качество на заваръчните съединения и добра възпроизводимост. Това е една от по-надеждните и надеждни заваръчни технологии за заваряване на компоненти на ротора на авиационни двигатели с високо съотношение на тяга към тегло.

Приложение на Близ

1. Самолетен двигател EJ200

Авиационният двигател EJ200 има общо 3-степенни вентилатори и 5-степенни компресори за високо налягане. Единичните лопатки са заварени към диска на колелото чрез електронен лъч, за да образуват цялостен диск с лопатки, който се използва във вентилатора на 3-та степен и компресора за високо налягане на 1-ва степен. Интегралният лопатков диск не е заварен заедно с роторите на други степени, за да образува многостепенен интегрален ротор, а е свързан с къси болтове. Най-общо казано е в начален стадий на прилагане на интегрални лопаткови дискове.

2. Турбовентилаторен двигател F414

В турбовентилаторния двигател F414, 2-ра и 3-та степен на 3-степенния вентилатор и първите 3 степени на 7-ма степен на компресора с високо налягане използват интегрални лопатки, които се обработват чрез електрохимични методи. GE също така е разработила осъществим метод за ремонт. На тази основа интегралните лопатки на 2-ра и 3-та степен на вентилатора са заварени заедно, за да образуват интегрален ротор, а 1-ва и 2-ра степен на компресора също са заварени заедно, което допълнително намалява теглото на ротора и подобрява издръжливостта на двигателя.

В сравнение с EJ200, F414 направи голяма крачка напред в прилагането на интегрални остриета.

3. Двигател F119-PW-100

3-степенният вентилатор и 6-степенният компресор за високо налягане използват вградени лопатки, а лопатките на 1-вата степен на вентилатора са кухи. Кухите остриета са заварени към диска на колелото чрез линейно фрикционно заваряване, за да образуват цялостно острие, което намалява теглото на ротора на този етап с 32 кг.

4. Двигател BR715

В големите цивилни двигатели също се използва интегралният диск с ножове. Двигателят BR715 използва технология за фрезоване с пет оси CNC за обработка на интегралния диск с лопатки, който се използва на компресора на компресора от втора степен след вентилатора, а предните и задните интегрални дискове с лопатки са заварени заедно, за да образуват интегрален ротор. Използва се на Boeing 717.