Nøgleteknologien, hovedteknologien og grundlæggende teknologi inden for fremstilling af avancerede flymotorer

Forholdet mellem træthed og vægt og forholdet mellem kraft og vægt er de vigtigste tekniske indeks til at måle og evaluere den avancerede karakter af flymotorer. For at opnå et træthed-vægtforhold på mere end 10 bruger flymotoren kontinuerligt nye materialer og introducerer nye strukturer for at reducere vægten af flymotor-komponenter, samtidig med at turbineindgangstemperaturen i motoren øges betydeligt. Dette stiller højere tekniske krav til motorproduktionen og fremmer den kontinuerlige udvikling og opkomst af nye teknologier inden for produktion af flymotorer. En række nøgleproduktionsteknologier, der er blevet udviklet til udviklingen af højydelse flymotorer, vil blive eller er allerede blevet retningen for udviklingen af avancerede produktions teknologier. Denne artikel introducerer de nøgleproduktionsteknologier af flymotorer fra tre aspekter: nøgleteknologi, varmteknologi og grundlæggende teknologi. Nøgleproduktionsteknologi er den nødvendige teknologi for at udvikle avancerede flymotorer. Produktionsvarmteknologi er en teknologi, der skal undersøges for at forbedre produktionseffektiviteten og -kvaliteten af motoren. Grundlæggende produktionsteknologi er den teknologi, der bør gradvist akkumuleres og udvikles under udviklingen og masseproduktionen af motorer, og repræsenterer den bløde magt af produktionsniveauet og kapaciteten inden for motorteknologi.

Nøgleteknologi ved produktion af flymotorer

Produktionsteknologi for enkeltkristallturbinblad

Den forrestemperatur af moderne flymotorer er meget forhøjet, og den forrestemperatur af F119-motoren når op til 1900~2050K, og turbinbladene, der er gitter ved traditionel proces, kan helt enkel ikke udholde sådan en høj temperatur, og vil endda blive smeltet og ikke kunne virke effektivt. Enkeltkristallturbinbladene løser succesfuldt problemet med højtemperaturmodstand for turbinbladene på motorer med en trængsel-vægtforhold på 10 trin. Den fremragende højtemperaturmodstand hos enkeltkristallturbinbladene skyldes hovedsagelig, at der kun er én kristal i hele bladet, hvilket eliminerer de fejl i højtemperaturydelsen mellem korngrænserne, der er forårsaget af det polykristalline struktur af ligestørrelses- og retningskristallbladene.

Den enkelte krystal turbineblad er den maskinesthed, der har flest fremstillingsprocesser, længste cyklus, laveste kvalifikationsrate og strengeste udenlandsk blokering og monopol. Processen for fremstilling af enkeltkrystal turbineblad omfatter kernepressning, kerneretning, kernesintering, kerneinspektion, matchning af kerne og form, voksbformindspyding, voksbform X-lys inspektion, voksbform vægtykkelse detektering, voksbform justering, voksbform kombination, ekstraktionssystem og gysseport kombination, maling afsanding, skall dyrking, skall devoicing, skall risting, bladgyssing, enkeltkrystal solidificering, skall blæsning, første inspektion, fluorescensinspektion, kernefjernelse, slipning, akkordbredde måling, blad X-lys inspektion, X-lys film inspektion, profilinspektion, præcist blade, blad vægtykkelse detektering og endelig kontrol af fremstillingsprocessen. Desuden skal der udføres design og fremstilling af investeringsgysningsform til turbineblad.

For øjeblikket kan kun et par lande i verden, såsom USA, Rusland, Storbritannien, Frankrig og Kina, producere enkristallturbinblader. De sidste år har der været store fremskridt inden for produktionen af enkristallturbinblader i Kina. Enkristallturbinbladerne til motortype med stødet-vægtforhold på 10. generation er blevet udviklet, og enkristallturbinbladerne til høj-effekt-turboskruemotorer med høj effekttæthed er blevet produceret i stor skala.

Høj effektivitet, høj præcision og lav omkostnings teknologi til bearbejdning af integreret bladskive

Anvendelsen af integral bladskive-teknologi fremmer innovationen af flymotorstrukturdesign og springet i fremstillingsprocessen, gennemfører formålet med vægtreduktion og effektivitetsforøgelse af motoren og forbedrer driftsdygtigheden af motoren. Samtidig fører den tynde tykkelse af bladene, stor bøjning og høj-effektiv pneumatisk design til dårlig bladstivhed, nem deformation og vanskelige kontrolproblemer; Den smalle og dybe luftkanal mellem bladene gør gennemførelsen af bladskivebearbejdningsteknologien svær. Højstyrke materialer såsom titanier og superlegeringer er svære at skære og har lav effektivitet. USA og Storbritannien begyndte i 1980'erne at anvende den nye monolithiske skive-teknologi i motorene, mens Kinas monolithiske skive-teknologi blev indledt omkring 1996.

Anvendelsen af integral blad-disk-teknologi har fremmet udviklingen af integrations teknologi for motorkomponentstruktur. De tandem-integrerede blad-diske med tromme, bladdiske med akse, kombination af disk-tromme-akse, lukkede bladdiske med hulering, rektifikatorstatorringbladdiske og to-trins- eller flertrins-bladdiskekombinationer er blevet anvendt i rækkefølge i udviklingen af nye flymotorer. På baggrund af den axiale flow-disk og centrifugalkar, udvikles store og små bladsstrukturerede diske og skråflow-kotyledondisken.

Siden monolithisk bladskive blev anvendt i højydelsesflydrev, har teknologien til fremstilling af monolithiske bladskiver udviklet og forbedret sig. I øjeblikket omfatter den primære behandlingsproces for monolithiske bladskiver følgende 5 slags procesmetoder: tabtevækspræcisionskasting af monolithiske bladskiver, elektronstrålesvejsning af monolithiske bladskiver, elektrokemisk bearbejdning af monolithiske bladskiver, linærfriktionssvejsning af monolithiske bladskiver og fem-akset CNC-skærmaskinebearbejdning af monolithiske bladskiver.

Femkoordinat-CNC-maskinredskabets bearbejdning af integralbladskiveproduktionsprocessen er den tidligste, bredest anvendte ingeniørapplikation og har høj teknisk modenhed i den kinesiske aero-motorintegralbladskiveproduktionsproces. Heriblandt er nøglen til udviklingen og anvendelsen af denne teknologi slægningsteknikken, symmetrisk spiralfræsning af bladprofilen, fejlcompensationsteknikken for bearbejdning af bladets foran- og bagkant samt den adaptive bearbejdningsteknik for hele bladskiven [1]. Udenlandske motorer som T700, BR715-forstrømningsstagen og EJ200-integralbladskiver bruger denne behandlingsmetode til produktion, og Kinas CJ1000A, WS500 og andre flymotorer med integralbladskiver produceres også ved hjælp af femkoordinat-CNC-bearbejdningsteknologi. Figur 1 viser den første skive med integralblade fra en kommersiel højtrykskompressor for flymotorer produceret i Kina.

Hul-blade produceringsteknologi

Vingefanen på turbofanken er langt fra forbreningskammeret, og varmelasten er lav, men kravene fra den avancerede flyvede for dens aerodynamiske effektivitet og evnen til at forhindre skade af fremmede genstande forbedres konstant. Den højydelsesflyvedemotor med vinge bruger bred akst, ingen skulder og hul vingeblade.

Den hul blad af den trekantede trussesstruktur, som er udviklet af Luo Luo Company, er en forbedring af den oprindelige honningbi-sandwich-blade. Luo Luo Company kalder det den anden generation hul ventilatorblade. Processen består i at bruge superplastisk formning/diffusionsforbindelse (SPF/DB) kombineret procesmetode til at lave den 3-lagde titanalliansplate til en bred akkord hul ventilatorblade. Den hule del af bladet er en trekantet trussesstruktur, som allerede bruges på Trent-motorene på Boeing 777 og A330 fly. Teknologien til fremstilling af hule fan blades med en trekantet trussesstruktur i Kina har også gjort en igennembrud (Figur 2 viser den hul ventilatorblade og den interne trekantede struktur), men for at opfylde de ingeniørsmæssige krav skal der udføres meget styrke-, vibration-, træthedstest og process optimeringsforskning.

Produktionsprocessen for hule blad er som følger: For det første skal der forberedes 3 titaniumlegeringsplader, der placeres i øverste, mellem- og nederste lag. Det mellemste lag er kernen, mens de øverste og nederste lag er henholdsvis bladens skål og rygsplate. Derefter dannes de hule fanblad ud af de tre titaniumlegeringsplader efter olieafdragt og pikringsbehandling, kontrollere flødning på mellemlaget, titaniumpladevidende, formvarmning, argonrensningsbehandling, diffusionforbindelse, superplastisk forming, køling i ovn, overfladevaskning, bearbejdning af bladsrod og inlet/Outlet-kant, bladinspektion og andre procedurer [2] superplastisk forming/diffusionforbindelse (SPF/DB).

Højteknologisk akseproduktionsmetode

Kuglelager er en af de nøgletalere i en flyveværk, hvor lageret kører med høj hastighed på flere tusinde omdrejninger pr. minut i lang tid, og samtidig skal kunne modstå den kolossale centrifugalkraft og forskellige former for presstress fra den hurtige rotation af motorens rotor samt effekten af friktion og ultra-høj temperatur. Kvaliteten og ydeevne af lagerne påvirker direkte motorens ydeevne, livstid, pålidelighed og flysikkerhed. Udvikling og produktion af højendelagere er tæt forbundet med tværfaglig forskning inden for kontaktmekanik, smørings-teori, tribofysik, udmattelse og skade, varmebehandling og materialestruktur, og skal også løse en stor mængde tekniske problemer inden for design, materialer, fremstilling, produktionsudstyr, test og kontrol, fedt og smøring.

For nærværende er forskning, udvikling, produktion og salg af højendevningsklinger i væsentlig grad monopoliseret af klingsproducenter i vestlige lande som Timken, NSK, SKF og FAG. Kinas teknologi til fremstilling af flymotorer er bagud, og den nationale produktionskapacitet og udviklingsniveau for klingsproducenter kan ikke i kortsigt levere højendevningsklninger, der er egnet til avancerede flymotorer. Klingen er blevet den "Mount Everest", der er vanskelig at overvinde i Kinas udvikling af flymotorer, hvilket betydeligt begrænser udviklingen af højprydende flymotorer i Kina.

Fremstillings teknologi af pulverturbindisk

Turbinskiven i flyvedejet er udsat for superposition af høj temperatur og høj spænding, strenge arbejdsforhold, kompleks fremstillingsproces og teknisk vanskelighed, hvilket har gjort det til en af de vanskeligheder ved udviklingen af motore i Kina. Pudrermetallegationer anvendes bredt i højydede flyvedejemotorer i udlandet på grund af deres fremragende mekaniske egenskaber og gode varme- og koldebehandlingsegenskaber. Fremstillingen af pudrerturbin-skiver omfatter en række nøgletilskærmte fremstillings teknologier såsom materialeudvikling, smeltning af hovedalloy, pulverpræparation og behandling, varm isotrop trykning, isoterisk forgning, varmebehandling og højnøjagtig kontrol og evaluering osv. Den indeholder den nøgleteknologi, der er uundværlig for fremstillingen af avancerede flyvedejemotorer. Tendensen i udlandets forskning på pudrerturbin-skiver går mod udvikling fra højstærke turbin-skiver til skaderesistente turbin-skiver med hensyn til tjenesteegenskaberne, og pulveriseringsprocessen mod ultrarene fine pulverer. Foruden varm isotrop trykning udvikles også ekstrusionsformning og isoterisk forgningsformeringsprocesser. I Kina har Beijing Institute of Aeronautical Materials udviklet en række flyvedejepulverturbin-skiver, hvilket har løst de nøgletekniske problemer ved fremstillingen af avancerede flyvedejepulverturbin-skiver, men ingeniørproblemet ved pudderturbin-skiver er endnu ikke fuldt ud løst.

Teknologi til fremstilling af sammensatte materialer

Kompositmaterialeteknologien er blevet vidt udbredt i højydelsesluftskrue-motorer. For at opfylde kravene til udviklingen af LEAP-motoren anvender Sniema 3D-vævet resintransferformning (RTM)-teknologi til fremstilling af kompositfanekasser og kompositfaneblader. LEAP-motorkomponenter, der fremstilles ved RTM-teknologien, har høj styrke, og massen er kun halvdelen af massen af titaniumligefølgedelene med samme struktur. Under udviklingen af F119-motoren udviklede Pratt & Whitney kontinuerte SiC-fibreforstærkede titaniummatrixkompositbredkordfaneblader. Denne type kompositblade har egenskaberne høj stivhed, let vægt og kollisionstolerance og kaldes den tredje generations bredkordfaneblad. Alle de 3 fane rotorstager i F119-turbofan-motoren er lavet af dette materiale. I Kina er kompositmaterialefremstillings teknologien også blevet anvendt i produktionen af luftskruemotordele, og smelt autogen TiB2 partikelforstærket aluminiummatrixkompositfaneblader har gjort store fremskridt. Men effektiv behandling af TiB2-partikelforstærkede aluminiummatrixkompositfaneblader, overfladeforstærkning, modstandsdygtighed mod træthed og modstandsdygtighed mod fremmedegen skade er nøglen og vanskelige områder for at gennemføre denne materialefanebladsanvendelse i ingeniørudviklingsforskning.