Von Feuer zu Flug: Entdecken der Wunder der Thermotechnik bei der Herstellung von Flugtriebwerken - Rekristallisation

Hemmungstechnik

Die hervorragenden Eigenschaften von Einkristall-Superallegern rühren hauptsächlich von der Beseitigung der Kornränder bei Einkristallklingen. Rekristallisation würde die Hochtemperaturfestigkeit des ursprünglichen Einkristalllegiers erheblich verringern. Nach dem Gießen der Einkristallklingen muss eine Reihe nachfolgender Bearbeitungsarbeiten durchgeführt werden, darunter Gasfilmlochbearbeitung, Zapfenradzahlschleifung, Kantenschlitzmahlung, Schweißen der Gusshohlräume an der Klingenspitze, Wärmebehandlung, Montage usw. Während des Motorbetriebs unterliegen die Klingen einem Wechsel von heißen und kalten Luftstößen, hoher Temperatur, enormem Lasten und heftigen Vibrationen während der Hochgeschwindigkeitsrotation, wodurch eine Rekristallisation möglich ist. Es gab bereits mehrere Turbinenklingenschäden. Daher haben in den letzten Jahren nationale und internationale Forschungen verschiedene Methoden wie vorherige Rückbildungswärmebehandlung, Carburisierung, Beschichtung und Entfernung der Oberflächenverformungsschicht sowie das Hinzufügen von Grenzverstärkungselementen zur Hemmung der Rekristallisation und Reparatur angewendet.

3D-Drucktechnologie

3D-Druck, auch bekannt als additive Fertigung, integriert CAD, CAM, Pulvermetallurgie, Laserbearbeitung und andere Technologien. Mit 3D-Drucktechnologie können wir die Gedanken des "Gehirns" in eine dreidimensionale Entität umwandeln und das Bild eines Teils auf dem Computer in ein "echtes" Teil drucken. Die 3D-Drucktechnologie hat einen "revolutionären" Wandel in der Fertigungstechnologie und dem Bearbeitungskonzept bewirkt. Die Monash University in Australien hat erfolgreich die weltweit erste 3D-gedruckte Strahltriebwerke hergestellt. Gleichzeitig arbeitet sie mit Boeing, Airbus Group und Safran Group zusammen, um 3D-gedruckte Triebwerksprototypen für Boeing und andere zur Flugprüfung bereitzustellen. Mit 3D-Drucktechnologie kann die Herstellungszeit von Triebwerksteilen von drei Monaten auf sechs Tage reduziert werden.

In China wurde die 3D-Drucktechnologie zur Reparatur und Wiederverwendung der abgenutzten Teile der Turbinenblattspitzen von Hochdruck-Düsentriebwerksverdichterrotoren eingesetzt. Die 3D-Drucktechnologie wurde bereits zur Fertigung von nicht belasteten Teilen und statischen Komponenten am Motor verwendet, aber die mechanischen Eigenschaften der Teile werden aktiv evaluiert. Gleichzeitig wird auch intensiv geforscht über die Verwendung der 3D-Drucktechnologie zur Herstellung von Triebwerksschaufelteilen, Lagerungsteilen usw.

Blattabgasausleger (Vorder- und Randausleger) Bearbeitungstechnologie

Die Bearbeitungsqualität der Ein- und Auslasskante der Turbinenschaufel ist einer der wichtigsten Faktoren, die die aerodynamischen Leistungsmerkmale der Turbine beeinflussen. Die Ein- und Auslasskante ist auch der fehleranfällige Teil der Schaufel und das fehlersensible Gebiet des Titanlegierungsstoffes. Ein großer Teil der Triebwerksausfälle wird durch Bearbeitungsfehler an der Ein- und Auslasskante der Schaufel verursacht. Da die Ein- und Auslasskante der dünnste Teil der Schaufel und der Kantengebiet ist, ist ihre Steifigkeit gering und die Verformung während der Bearbeitung groß, wodurch die bearbeitete Ein- und Auslasskante oft quadratisch oder spitz erscheint. Im Massenproduktionsprozess von Triebwerksblättern sind die technologischen Probleme der effizienten und hochwertigen Bearbeitung der Ein- und Auslasskante der Blätter noch nicht vollständig gelöst.

Adaptive Bearbeitungstechnologie

Die adaptive Fertigungstechnologie ist in drei Formen unterteilt, nämlich adaptive Planung der Werkzeugpositionstrajektorie, adaptive Steuerung des Numerik-Steuerungssystems und adaptive Fertigung kombiniert mit digitaler Messtechnik [3]. In China wurde die adaptive Fertigungstechnologie erfolgreich in der Präzisionswalzschmiedung von Schaufeln, der Reparatur beschädigter Schaufeln und dem Friction-Stir-Welding von einstückigen Schaufelrädern angewendet. Obwohl die adaptive Fertigungstechnologie in Theorie und Praxis Fortschritte gemacht hat, bleibt die ingenieurtechnische Anwendung der adaptiven Fertigungstechnologie weiterhin eine wichtige Forschungstechnologie im Bereich der Herstellung von Flugtriebwerken.

Anti-Ermüdungs-Fertigungstechnologie

Materialermüdung und Oberflächenbearbeitungsdefekte sind zu den Hauptursachen für das Versagen von Teilen in Flugtriebwerken geworden, und dieser Trend nimmt zu. Daher hat sich die "antifatigue-Fertigung" zu einer Schlüsseltechnologie in der Herstellung von Flugtriebwerken entwickelt. Die antifatigue-Fertigungstechnologie bezieht sich auf einen Fertigungsprozess, der die Ermüdungslebensdauer von Bauteilen verbessert, indem die Struktur und Spannungsverteilung der Materialien während des Fertigungsprozesses verändert wird, ohne das Material oder die Querschnittsgröße zu ändern. Die Ermüdungslebensdauer wird hauptsächlich durch Wärmebehandlung, Umweltkorrosion, Oberflächenqualität, Spannungskonzentration, Oberflächenspannung und andere Faktoren beeinflusst. Das Hauptziel der antifatigue-Fertigung ist es, die Spannungskonzentration zu reduzieren und die Oberflächenfestigkeit der Bauteile zu verbessern. Die Reduktion der Spannungskonzentration geschieht durch die Sicherstellung der Integrität der bearbeiteten Oberfläche, und die beste Methode zur Verbesserung der Oberflächenfestigkeit der Bauteile ist das Schlagpennen. Im Rahmen der antifatigue-Fertigung von Flugzeugmotoren wurden im traditionellen Schlagpennen-Prozess verschiedene neue Medien entwickelt, und neuartige Technologien wie Laser-Schlagpennen, Ultraschall-Schlagpennen und Hochdruckwasser-Schlagpennen werden weitgehend angewendet.

Technologie zur Verhinderung von Vogelschlägen

Die häufige Auftretens von Vogelschlägen ist zu einem nicht zu umgehenden Problem in der Entwicklung von Flugtriebwerken geworden, und es wurde umfangreiche Forschung sowohl national als auch international durchgeführt. Im Juli 2015 veröffentlichte die US-FAA die "Anforderungen für Vogelschläge an Transportflugzeuge"-Mitteilung, die nicht nur spezifische Anforderungen und Vorschriften für die zukünftige Verhinderung von Vogelschlägen und Fremdkörperverletzungen bei Flugzeugmotoren aufstellte, sondern auch eine neue Forschungsrichtung für die Entwicklung neuer Triebwerksmaterialien und neuer Strukturherstellungstechnologien aufzeigte.