Warum verwenden Flugzeugtriebwerke Integralschaufeln? Sie sind der Schlüssel zum Fliegen! Deutschland

Das Flugzeugtriebwerk ist das „Herz“ des Flugzeugs und wird auch als „Kronjuwel der Industrie“ bezeichnet. Seine Herstellung integriert viele Spitzentechnologien der modernen Industrie, darunter Materialien, mechanische Verarbeitung, Thermodynamik und andere Bereiche. Da die Länder immer höhere Anforderungen an die Motorleistung stellen, fordern neue Strukturen, neue Technologien und neue Prozesse in Forschung, Entwicklung und Anwendung die Spitzenkräfte der modernen Industrie immer noch heraus. Einer der wichtigsten Faktoren zur Verbesserung des Schub-Gewichts-Verhältnisses von Flugzeugtriebwerken ist die integrierte Schaufelscheibe.

Vorteile von Blisks

Vor der Einführung der integrierten Schaufelscheibe mussten die Rotorblätter des Motors über Zapfen, Nuten und Verriegelungsvorrichtungen mit der Radscheibe verbunden werden, doch diese Struktur genügte den Anforderungen von Hochleistungsflugzeugmotoren allmählich nicht mehr. Die integrierte Schaufelscheibe, die die Rotorblätter des Motors und die Radscheibe integriert, wurde entwickelt und ist heute eine unverzichtbare Struktur für Motoren mit hohem Schub-Gewichts-Verhältnis. Sie wird häufig in Militär- und Zivilflugzeugmotoren verwendet und bietet die folgenden Vorteile.

1.Gewichtsverlust:Da der Rand der Radscheibe nicht bearbeitet werden muss, um die Nut und Feder für die Montage der Schaufeln anzubringen, kann die radiale Größe des Randes erheblich reduziert werden. Dadurch wird die Masse des Rotors deutlich reduziert.

2.Reduzieren Sie die Anzahl der Teile:Neben der Tatsache, dass Radscheibe und Rotorblätter integriert sind, ist auch die Reduzierung der Verriegelungsvorrichtungen ein wichtiger Grund. Flugzeugtriebwerke haben extrem strenge Anforderungen an die Zuverlässigkeit, und eine vereinfachte Rotorstruktur trägt wesentlich zur Verbesserung der Zuverlässigkeit bei.

3. Reduzieren Sie den Luftstromverlust:Der durch die Lücke bei der herkömmlichen Verbindungsmethode verursachte Fluchtverlust wird eliminiert, die Motoreffizienz verbessert und der Schub erhöht.

Die Blisk, die das Gewicht reduziert und den Schub erhöht, ist keine „Perle“, die man leicht bekommt. Einerseits besteht die Blisk meist aus schwer zu verarbeitenden Materialien wie Titanlegierungen und Hochtemperaturlegierungen; andererseits sind ihre Rotorblätter dünn und die Blattform komplex, was extrem hohe Anforderungen an die Fertigungstechnologie stellt. Darüber hinaus können die Rotorblätter bei Beschädigung nicht einzeln ausgetauscht werden, was dazu führen kann, dass die Blisk verschrottet wird, und die Reparaturtechnologie stellt ein weiteres Problem dar.

Herstellung von Blisks

Zurzeit gibt es drei Haupttechnologien zur Herstellung von Integralschaufeln.

• Fünfachsiges CNC-Fräsen

Fünfachsiges CNC-Fräsen wird bei der Herstellung von Blisks häufig eingesetzt, da es die Vorteile einer schnellen Reaktion, hohen Zuverlässigkeit, guten Verarbeitungsflexibilität und kurzen Produktionsvorbereitungszyklen bietet. Die wichtigsten Fräsmethoden sind Seitenfräsen, Tauchfräsen und Zykloidfräsen. Die Schlüsselfaktoren für den Erfolg von Blisks sind:

Fünfachsige Werkzeugmaschinen mit guten dynamischen Eigenschaften

Optimierte professionelle CAM-Software

Werkzeuge und Anwendungswissen speziell für die Verarbeitung von Titanlegierungen/Hochtemperaturlegierungen

• Elektrochemische Bearbeitung

Die elektrochemische Bearbeitung ist eine hervorragende Methode zur Bearbeitung der Kanäle von integrierten Schaufelscheiben von Flugzeugtriebwerken. Bei der elektrochemischen Bearbeitung gibt es mehrere Bearbeitungstechnologien, darunter die elektrolytische Hülsenbearbeitung, die elektrolytische Konturbearbeitung und die CNC-elektrolytische Bearbeitung.

Da bei der elektrochemischen Bearbeitung hauptsächlich die Eigenschaft der Metallauflösung an der Anode im Elektrolyten ausgenutzt wird, wird der Kathodenteil bei der Anwendung der elektrochemischen Bearbeitungstechnologie nicht beschädigt und das Werkstück wird während der Bearbeitung nicht durch Schnittkraft, Bearbeitungswärme usw. beeinflusst, wodurch die Restspannung des integrierten Schaufelkanals des Flugzeugtriebwerks nach der Bearbeitung reduziert wird.

Darüber hinaus sind die Arbeitszeiten der elektrochemischen Bearbeitung im Vergleich zum Fünfachsenfräsen erheblich reduziert und sie kann in den Phasen der Grobbearbeitung, der Vorbearbeitung und der Endbearbeitung eingesetzt werden. Nach der Bearbeitung ist kein manuelles Polieren erforderlich. Daher ist dies eine der wichtigen Entwicklungsrichtungen bei der Bearbeitung integrierter Schaufelkanäle von Flugzeugtriebwerken.

• Schweiß-

Die Schaufeln werden einzeln bearbeitet und dann durch Elektronenstrahlschweißen, lineares Reibschweißen oder Vakuum-Festkörperdiffusionsschweißen mit der Schaufelscheibe verschweißt. Der Vorteil besteht darin, dass es für die Herstellung von integrierten Schaufelscheiben mit inkonsistenten Schaufel- und Scheibenmaterialien verwendet werden kann.

Der Schweißprozess stellt hohe Anforderungen an die Qualität des Schaufelschweißens, was sich direkt auf die Leistung und Zuverlässigkeit der gesamten Schaufelscheibe des Flugzeugtriebwerks auswirkt. Da außerdem die tatsächlichen Formen der in der geschweißten Schaufelscheibe verwendeten Schaufeln nicht einheitlich sind, sind die Positionen der Schaufeln nach dem Schweißen aufgrund der begrenzten Schweißgenauigkeit nicht einheitlich, und es ist eine adaptive Verarbeitungstechnologie erforderlich, um für jede Schaufel eine personalisierte Präzisions-CNC-Fräsung durchzuführen.

Darüber hinaus ist das Schweißen eine sehr wichtige Technologie bei der Reparatur von Integralschaufeln. Unter ihnen weist das lineare Reibschweißen als Festphasenschweißtechnologie eine hohe Schweißnahtqualität und gute Reproduzierbarkeit auf. Es ist eine der zuverlässigeren und vertrauenswürdigeren Schweißtechnologien zum Schweißen von Rotorkomponenten von Flugzeugtriebwerken mit hohem Schub-Gewichts-Verhältnis.

Anwendung von Blisk

1. EJ200-Flugzeugmotor

Das Flugzeugtriebwerk EJ200 verfügt insgesamt über 3-stufige Lüfter und 5-stufige Hochdruckkompressoren. Einzelne Schaufelblätter werden durch Elektronenstrahlen an die Radscheibe geschweißt, um eine integrierte Schaufelscheibe zu bilden, die im Lüfter der 3. Stufe und im Hochdruckkompressor der 1. Stufe verwendet wird. Die integrierte Schaufelscheibe wird nicht mit den Rotoren anderer Stufen zu einem mehrstufigen integrierten Rotor verschweißt, sondern mit kurzen Bolzen verbunden. Im Allgemeinen handelt es sich um ein frühes Stadium der Anwendung integrierter Schaufelscheiben.

2. F414 Turbofan-Triebwerk

Beim F414-Turbofan-Triebwerk verwenden die 2. und 3. Stufe des 3-stufigen Fans und die ersten 3 Stufen des Hochdruckkompressors der 7. Stufe Integralschaufeln, die mit elektrochemischen Methoden bearbeitet werden. GE hat auch eine praktikable Reparaturmethode entwickelt. Auf dieser Grundlage werden die Integralschaufeln der 2. und 3. Stufe des Fans zu einem Integralrotor zusammengeschweißt, und die 1. und 2. Stufe des Kompressors werden ebenfalls zusammengeschweißt, wodurch das Gewicht des Rotors weiter reduziert und die Haltbarkeit des Triebwerks verbessert wird.

Im Vergleich zum EJ200 stellt der F414 einen großen Fortschritt bei der Anwendung integrierter Rotorblätter dar.

3. F119-PW-100-Motor

Der 3-stufige Lüfter und der 6-stufige Hochdruckkompressor verwenden alle integrierte Schaufelblätter, und die Lüfterschaufeln der 1. Stufe sind hohl. Die hohlen Schaufelblätter werden durch lineares Reibschweißen mit der Radscheibe verschweißt, um eine integrierte Schaufel zu bilden, wodurch das Gewicht des Rotors dieser Stufe um 32 kg reduziert wird.

4. BR715-Motor

Auch bei großen zivilen Triebwerken wird die integrierte Schaufelscheibe verwendet. Das BR715-Triebwerk verwendet eine fünfachsige CNC-Frästechnologie zur Bearbeitung der integrierten Schaufelscheibe, die am Kompressor der zweiten Stufe nach dem Lüfter verwendet wird, und die vorderen und hinteren integrierten Schaufelscheiben werden zusammengeschweißt, um einen integrierten Rotor zu bilden. Es wird bei der Boeing 717 verwendet.