Proč používají letadlové motory integrované listy? Jsou klíčem k letu!

Motor letadla je "srdcem" letadla a nazývá se také "korunním klenotem průmyslu". Jeho výroba integruje mnoho moderních hraničních technologií, které zahrnují materiály, mechanickou obrábění, termodynamiku a další obory. S tím, jak státy kladejí stále vyšší požadavky na výkonnost motoru, nové konstrukce, technologie a procesy ve výzkumu a aplikaci stále více vyzývají k dosažení vrcholu moderního průmyslu. Jedním z důležitých faktorů pro zlepšení poměru tah-hmotnost u letadlových motorů je integrální listový disk.

Výhody blisků

Před vytvořením integrovaného listového disku bylo nutné spojovat rotory motoreů s kolem prostřednictvím klínových spojů, držadel a zámků, ale tato struktura postupně přestala vyhovovat potřebám vysokovýkonnostních letadlových motorů. Byl navržen integrovaný listový disk, který kombinuje rotorové lopatky a kolo, a stal se nyní nezbytnou strukturou pro motory s vysokým poměrem tah-hmotnost. Nalezl široké uplatnění v vojenských i civilních leteckých motorech a má následující výhody.

1.Ztráta hmotnosti ：Vzhledem k tomu, že okraj kolového disku není nutné strojit pro instalaci jazyků a drážek pro montáž lopatek, může být velikost okraje výrazně snížena, čímž je významně snížena hmotnost rotoru.

2.Snížení počtu dílů ：Kromě toho, že je kolečková deska a listy integrovány, je snížení počtu uzavíracích mechanismů také důležitým důvodem. Letadlové motory mají extrémně přísné požadavky na spolehlivost a zjednodušená rotorní struktura hraje významnou roli při zvyšování spolehlivosti.

3.Snížení ztrát proudění ：Odstředivé ztráty způsobené mezerami v tradiční metodě spojení jsou eliminovány, což zvyšuje účinnost motoru a zvětšuje tah.

Blisk, který snižuje váhu a zvyšuje tah, není jednoduchou „perličkou“ k získání. Na jedné straně je blisk často vyroben z těžko zpracovatelných materiálů, jako jsou titanové slitiny a vysokoteplotní slitiny; na druhé straně jsou jeho lopatky tenké a jejich tvar je složitý, což klade extrémně vysoké nároky na technologii výroby. Navíc, pokud jsou rotorní lopatky poškozeny, nelze je nahradit jednotlivě, což může vést ke zahození celého blisku a technologie oprav je dalším problémem.

Výroba blisků

V současnosti existují tři hlavní technologie pro výrobu integrálních listů.

• Pětaosé CNC frézování

Pětaosé CNC frézování je široce používáno při výrobě blisků díky svým výhodám rychlé reakce, vysoké spolehlivosti, dobré pružnosti zpracování a krátkému cyklu přípravy výroby. Hlavní metody frézování zahrnují boční frézování, klesavé frézování a cykloidy frézování. Klíčové faktory, které zajistí úspěch blisků, zahrnují:

Pětaosé stroje s výbornými dynamickými vlastnostmi

Optimalizovaný profesionální CAM software

Nástroje a aplikativní znalosti výhradně pro zpracování titanových slitin/vysoko temperačních slitin

• Elektrochemické zpracování

Elektrochemické zpracování je vynikající metodou na zpracování kanálů integrálních kotoučů letadlových motorů. Existuje několik technologií zpracování v elektrochemickém zpracování, včetně elektrolytického válcového zpracování, konturového elektrolytického zpracování a CNC elektrolytického zpracování.

Vzhledem k tomu, že elektrochemické frézování převážně využívá vlastnost rozpouštění kovů na anodě v elektrolytu, při použití elektrochemické technologie frézování nebude katodní část poškozena a během zpracování nebude pracovní kus ovlivněn řezací silou, teplem zpracování atd., což snižuje reziduální stres integrovaného lopatkového kanálu letadlového motoru po zpracování.

Navíc, ve srovnání s pěti-osým frézováním jsou pracovní hodiny elektrochemického frézování výrazně zkráceny a může být použito ve fázích hrubého, poliodborného a dokončovacího zpracování. Po zpracování není třeba ručního líšení. Proto je jedním z důležitých směrů vývoje zpracování integrovaného lopatkového kanálu letadlového motoru.

• Svařování

Listy jsou zpracovávány oddělně a poté jsou svařeny na kotouč listů elektronovým paprskovým svarováním, lineárním třecím svarováním nebo vakuumovým pevnofázovým difúzním spojováním. Výhodou je, že lze použít při výrobě integrovaných kotoučů listů s různými materiály pro listy a kotouč.

Proces svařování klade vysoké požadavky na kvalitu svařování listů, což přímo ovlivňuje výkonnost a spolehlivost celkového kotouče listů letadlového motoru. Navíc, protože skutečné tvarové údaje použitých listů v svařovaném kotouči listů nejsou konzistentní, pozice listů po svařování není konzistentní kvůli omezení přesnosti svařování, a vyžaduje se adaptivní technologie zpracování pro personalizované přesné CNC frézování pro každý list.

Navíc je svařování velmi důležitou technologií při opravě integrálních listů. Mezi nimi patří lineární třecí svařování, jako solidní fázové svařovací technologie, které má vysokou kvalitu svařovacích jektů a dobré reprodukovatelnost. Je to jedna z nejspolehlivějších a důvěryhodných svařovacích technologií pro svařování rotorních součástí letadlových motorů s vysokým poměrem tahu ku hmotnosti.

Aplikace integrovaného listu

1. Letadlový motor EJ200

Letadlový motor EJ200 má celkem 3 stupně ventilátorů a 5 stupňů vysokoúrovňové kompresory. Jednotlivé listy jsou svařeny na kotouč elekttronovým paprskem, aby se tvořil integrální kotouč s listy, který se používá ve 3. stupni ventilátoru a v 1. stupni vysokoúrovňového kompresoru. Integrální kotouč s listy není svařen spolu s rotorama ostatních stupňů do vícestupňového integrálního rotoru, ale spojen krátkými šrouby. Obecně řečeno, je to raná fáze aplikace integrálních kotoučů s listy.

2. Turbínový motor F414

Ve F414 turbofanovém motoru jsou 2. a 3. stupeň třístupňového ventilátoru a prvních 3 stupňů sedmistupňového vysokotlakého kompresoru vybaveny integrovanými listy, které jsou zpracovány elektrochemickými metodami. GE také vyvinula praktickou metodu opravy. Na této základní, integrované listy 2. a 3. stupně ventilátoru jsou svařeny dohromady, aby tvořily integrovaný rotor, a rovněž jsou svařeny 1. a 2. stupeň kompresoru, což dále snižuje hmotnost rotora a zvyšuje trvanlivost motoru.

Ve srovnání s EJ200 udělal F414 velký krok vpřed v použití integrovaných lopatek.

3. F119-PW-100 motor

Třístupňový ventilátor a šestistupňový vysokotlaký kompresor všechny používají integrované lopatky, a lopatky prvního stupně ventilátoru jsou duté. Duté lopatky jsou spojeny s kolečkovou deskou pomocí lineárního třenívejné svárky na jednu integrovanou lopatku, což snižuje hmotnost rotora tohoto stupně o 32 kg.

4. BR715 motor

V velkých civilních motorech se také používá celkové disku s lopatkami. Motor BR715 používá pěti-osovou CNC frézovací technologii na zpracování celistvého disku s lopatkami, který se používá na druhém stupni superčerpadla kompresoru za vějíře, a přední a zadní celistvé disky s lopatkami jsou spáchnuty dohromady k vytvoření jednotného rotoru. Používá se na Boeingu 717.