Warum verwenden Flugzeugtriebwerke integrale Schaufeln?

01 Vorteile des integrierten Blades

Bevor das integrale Blatt-Scheiben-System aufkam, mussten die Rotorblätter des Motors durch Zapfen, Verbindungsfüge und Sperreinrichtungen mit der Scheibe verbunden werden, aber diese Struktur konnte den Anforderungen von Hochleistungsflugzeugmotoren immer weniger gerecht werden. Das integrale Blatt-Scheiben-System, das die Motorrotorblätter und die Scheibe vereint, wurde entwickelt und ist mittlerweile eine unverzichtbare Struktur für Motoren mit hohem Schub-Gewicht-Verhältnis. Es wird bereits in zivilen und militärischen Flugzeugmotoren eingesetzt und bietet folgende Vorteile.

1. Gewichtsverlust

Da es nicht notwendig ist, die Zapfen- und Rinneverbindungen für die Installation der Blätter am Rand des Rads zu verarbeiten, kann die radiale Dimension des Rands stark reduziert werden, wodurch das Gewicht des Rotors erheblich verringert wird.

2. Vermindert die Anzahl der Teile

Darüber hinaus ist die Tatsache, dass das Rad und die Blätter integriert sind, ein wichtiger Grund. Flugzeugmotoren haben äußerst strenge Anforderungen an die Zuverlässigkeit, und die vereinfachte Rotorstruktur spielt eine große Rolle bei der Verbesserung der Zuverlässigkeit.

3. Vermindere Luftstromverluste

Der Entflohungsverlust, der durch den Spalt in der traditionellen Verbindungsmethode verursacht wird, wird beseitigt, die Arbeitswirksamkeit des Motors wird verbessert und die Schubkraft erhöht.

Das integrale Blattspiel, das nicht nur das Gewicht reduziert, sondern auch die Schubkraft erhöht, trägt außerdem zur Verbesserung des Schub-Gewicht-Verhältnisses bei. Natürlich ist es keine leichte "Perle" zu ergattern. Zum einen werden für das integrale Blattspiel oft schwer verarbeitbare Materialien wie Titanlegierungen und Hochtemperaturlegierungen verwendet; zum anderen sind die Schaufeln dünn und die Schaufelgeometrie komplex, was äußerst hohe Anforderungen an die Fertigungstechnologie stellt. Darüber hinaus können beschädigte Rotorblätter nicht einzeln ersetzt werden, was dazu führen kann, dass das gesamte integrale Blattspiel verschrottet wird, und die Reparaturtechnologie stellt ein weiteres Problem dar.

02 Fertigung des integralen Blattscheibens

Derzeit gibt es drei Haupttechnologien zur Fertigung von Ganzblättern.

1. Fünfachs CNC-Fräsen

Fünfachs CNC-Fräsen werden aufgrund ihrer Vorteile wie schneller Reaktionsfähigkeit, hoher Zuverlässigkeit, guter Bearbeitungsflexibilität und kurzer Produktionsvorbereitungszyklen weitgehend bei der Herstellung von Blisks eingesetzt. Die wichtigsten Frästechniken umfassen Flankenfräsen, Tauchfräsen und Zykloïdenfräsen. Schlüsselfaktoren, die den Erfolg von Blisks sicherstellen, sind:

1) Fünfachs-Fräsmaschinen mit guten dynamischen Eigenschaften

2) Optimiertes professionelles CAM-Software

3) Werkzeuge und Anwendungswissen speziell für die Bearbeitung von Titanlegierungen/Hochtemperaturlegierungen

2. Elektrochemisches Bearbeiten

Elektrochemisches Bearbeiten ist eine hervorragende Methode zur Bearbeitung der Kanäle von Ganzblatt-Scheiben in Flugtriebwerken. Es gibt mehrere Bearbeitungstechnologien im elektrochemischen Bearbeiten, einschließlich Elektrolytschlitzebearbeitung, Kontur-Elektrolytbearbeitung und CNC-Elektrolytbearbeitung.

Da elektrochemisches Bearbeiten hauptsächlich die Eigenschaft der Metallauflösung am Anodenpol im Elektrolyten nutzt, wird der Kathodenteil nicht beschädigt, wenn die Technologie des elektrochemischen Bearbeitens angewendet wird, und das Werkstück während der Bearbeitung wird nicht durch Schneidkraft oder Bearbeitungsheat etc. beeinflusst, wodurch der Restspannung des integrierbaren Blaskanals eines Flugzeugmotors nach der Bearbeitung reduziert wird.

Darüber hinaus werden im Vergleich zur Fünf-Achsen-Fräserstellung die Arbeitszeiten bei der elektrochemischen Bearbeitung erheblich verkürzt, und sie kann in den Phasen der Rau-, Halbfein- und Feinbearbeitung eingesetzt werden. Nach der Bearbeitung ist keine manuelle Polierung erforderlich. Daher ist es eine der wichtigsten Entwicklungsrichtungen bei der Bearbeitung von integrierten Blaskanälen von Flugzeugtriebwerken.

3. Schweißen

Die Schaufeln werden getrennt voneinander bearbeitet und dann mittels Elektronenstrahl-Schweißen, Linienreibschweißen oder Vakuum-Festphasendiffusionsschweißen an den Schaufelkreis geschweißt. Der Vorteil besteht darin, dass es für die Herstellung von integrierten Schaufelkreisen mit unterschiedlichen Materialien für Schaufeln und Kreis verwendet werden kann.

Der Schweißprozess stellt hohe Anforderungen an die Qualität der Schaufel-Schweißverbindungen, was direkt die Leistung und Zuverlässigkeit der Gesamtschaufelscheibe des Flugtriebwerks beeinflusst. Darüber hinaus sind die tatsächlichen Formen der in der geschweißten Schaufelscheibe verwendeten Schaufeln nicht konsistent, wodurch aufgrund der Einschränkungen der Schweißgenauigkeit die Positionen der Schaufeln nach dem Schweißen nicht konsistent sind. Es wird eine adaptive Bearbeitungstechnologie benötigt, um für jede Schaufel personalisierte präzise CNC-Fräsarbeiten durchzuführen.

Darüber hinaus ist das Schweißen eine sehr wichtige Technologie bei der Reparatur von integralen Blättern. Darunter gehört das lineare Reibschweißen, als eine Festphasenschweßtechnik, die eine hohe Qualität der Schweisgnähte und eine gute Wiederholbarkeit aufweist. Es ist eine der zuverlässigsten und vertrauenswürdigsten Schweßtechnologien für das Schweßen von Rotorkomponenten von Flugzeugtriebwerken mit hohem Schub-Gewicht-Verhältnis.