Ανάλυση του ιστορικού ανάπτυξης, της κατάστασης της αγοράς και της τάσης ανάπτυξης των πτερυγίων στροβίλου Ελλάδα

Ιστορία ανάπτυξης και τάσεις των πτερυγίων στροβίλων

Τα πτερύγια του στροβίλου χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: τα πτερύγια οδηγών στροβίλου και τα πτερύγια εργασίας του στροβίλου.

Η κύρια λειτουργία των πτερυγίων οδήγησης στροβίλου είναι να προσαρμόζουν την κατεύθυνση ροής των καυσαερίων από τον θάλαμο καύσης. Η θερμοκρασία λειτουργίας του υλικού μπορεί να φτάσει έως και πάνω από 1,100°C, και η τάση που φέρουν τα πτερύγια οδηγού στροβίλου είναι γενικά μικρότερη από 70 MPa. Αυτό το εξάρτημα συχνά απορρίπτεται λόγω παραμόρφωσης που προκαλείται από μεγάλη θερμική καταπόνηση, ρωγμές θερμικής κόπωσης που προκαλούνται από ξαφνικές αλλαγές θερμοκρασίας και εγκαύματα που προκαλούνται από τοπικές υπερβολικές θερμοκρασίες.

Τα πτερύγια του στροβίλου βρίσκονται στον κινητήρα του στροβίλου με την υψηλότερη θερμοκρασία, την πιο περίπλοκη καταπόνηση και το χειρότερο περιβάλλον. Αυτό το εξάρτημα πρέπει να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες και μεγάλες φυγόκεντρες και θερμικές καταπονήσεις. Η θερμοκρασία που αντέχει είναι 50-100℃ χαμηλότερο από τα αντίστοιχα πτερύγια οδηγού στροβίλου, αλλά όταν περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα, λόγω των επιπτώσεων της αεροδυναμικής δύναμης και της φυγόκεντρης δύναμης, η πίεση στο σώμα του πτερυγίου φτάνει τα 140 MPa και η ρίζα φτάνει τα 280-560 MPa. Η συνεχής βελτίωση της δομής και των υλικών των πτερυγίων του στροβίλου έχει γίνει ένας από τους βασικούς παράγοντες για τη βελτίωση της απόδοσης των κινητήρων αεροσκαφών.

Τα πτερύγια του στροβίλου, ο άξονας του στροβίλου, ο δίσκος του στροβίλου και άλλα εξαρτήματα μαζί σχηματίζουν τον στρόβιλο ενός κινητήρα αεροσκάφους. Ο στρόβιλος είναι η πηγή ισχύος που οδηγεί τον συμπιεστή και άλλα εξαρτήματα. Ο στρόβιλος μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη: τον ρότορα και τον στάτορα:

Ρότορας στροβίλου: Είναι ένα σύνολο που αποτελείται από πτερύγια στροβίλου, τροχούς, άξονες και άλλα περιστρεφόμενα μέρη τοποθετημένα στον άξονα. Είναι υπεύθυνο για την αναρρόφηση της ροής αέρα υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης στον καυστήρα για τη διατήρηση της λειτουργίας του κινητήρα. Ο ρότορας του στροβίλου λειτουργεί σε υψηλή θερμοκρασία και υψηλή ταχύτητα και μεταδίδει υψηλή ισχύ, επομένως οι συνθήκες εργασίας του είναι εξαιρετικά σκληρές. Όταν εργάζεστε σε υψηλή θερμοκρασία, ο ρότορας του στροβίλου πρέπει να αντέχει σε εξαιρετικά υψηλή φυγόκεντρο δύναμη και επίσης υπόκειται στην επίδραση της αεροδυναμικής ροπής κ.λπ. διάβρωση του υλικού του πτερυγίου του στροβίλου.

Στάτης στροβίλου: Αποτελείται από πτερύγια οδηγού στροβίλου, εξωτερικό δακτύλιο και εσωτερικό δακτύλιο. Είναι στερεωμένο στο περίβλημα και η κύρια λειτουργία του είναι να διαχέει και να διορθώνει τη ροή αέρα για τον ρότορα του στροβίλου επόμενου σταδίου ώστε να ανταποκρίνεται στο τρίγωνο ταχύτητας των πτερυγίων εργασίας του στροβίλου.

Προκειμένου να βελτιωθούν οι δείκτες απόδοσης, όπως η αναλογία ώσης προς βάρος, οι απαιτήσεις για την ανοχή των πτερυγίων κινητήρα αεροσκαφών και αεριοστροβίλου σε υψηλή θερμοκρασία και υψηλή ταχύτητα ανέμου αυξάνονται συνεχώς. Στους κύριους κινητήρες στροβιλοανεμιστήρα αεροσκαφών, ο στροβιλοκίνητος συμπιεστής έχει το μέγιστο

Ο αέρας που εισέρχεται στον κινητήρα του στροβίλου περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα χιλιάδων στροφών ανά δευτερόλεπτο. Ο αέρας συμπιέζεται βήμα προς βήμα στον συμπιεστή. Η αναλογία πίεσης του συμπιεστή πολλαπλών σταδίων μπορεί να φτάσει πάνω από 25. Ο πεπιεσμένος αέρας εισέρχεται στον θάλαμο καύσης του κινητήρα, αναμιγνύεται με το καύσιμο και καίγεται. Η φλόγα του καυσίμου πρέπει να καίει σταθερά στη ροή αέρα υψηλής πίεσης που ρέει με υψηλή ταχύτητα άνω των 100 m/s.

Η ροή αερίου υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης από τον θάλαμο καύσης οδηγεί τα πτερύγια του στροβίλου να περιστρέφονται με ταχύτητα χιλιάδων έως δεκάδων χιλιάδων στροφών ανά λεπτό. Συνήθως, η θερμοκρασία πριν ο στρόβιλος υπερβεί το σημείο τήξης του υλικού του πτερυγίου του στροβίλου. Κατά τη λειτουργία, τα πτερύγια του στροβίλου των σύγχρονων κινητήρων συνήθως πρέπει να αντέχουν σε θερμοκρασίες 1600~1800℃, ταχύτητες ανέμου περίπου 300m/s, και την τεράστια ατμοσφαιρική πίεση που προκαλούνται από αυτές.

Τα πτερύγια των στροβίλων πρέπει να λειτουργούν αξιόπιστα για χιλιάδες έως δεκάδες χιλιάδες ώρες σε ένα τόσο σκληρό περιβάλλον εργασίας. Τα πτερύγια των στροβίλων έχουν πολύπλοκα προφίλ και χρησιμοποιούν μεγάλο αριθμό προηγμένων τεχνολογιών κατασκευής, όπως κατευθυντική στερεοποίηση, μεταλλουργία σκόνης, σύνθετη χύτευση επένδυσης κοίλου πτερυγίου, κατασκευή σύνθετου κεραμικού πυρήνα και επεξεργασία μικροοπών.

Τα πτερύγια του στροβίλου είναι ένα από τα εξαρτήματα των «δύο μηχανών» που έχουν τις περισσότερες διαδικασίες κατασκευής, τον μεγαλύτερο κύκλο και τον χαμηλότερο ρυθμό διέλευσης. Η κατασκευή σύνθετων κοίλων πτερυγίων στροβίλου έχει γίνει η βασική τεχνολογία στην τρέχουσα ανάπτυξη των «δύο μηχανών».

Κατάσταση της αγοράς και τάσεις ανάπτυξης

Τα πτερύγια σε κινητήρες αεροσκαφών και αεριοστρόβιλους περιλαμβάνουν κυρίως πτερύγια ανεμιστήρα, πτερύγια τουρμπίνας και πτερύγια συμπιεστών, από τα οποία η αξία των πτερυγίων του στροβίλου αντιπροσωπεύει περίπου το 60% του συνολικού κόστους των πτερυγίων. Σε σύγκριση με τα πτερύγια ανεμιστήρα, οι πρώτες ύλες των πτερυγίων του στροβίλου είναι πιο πολύτιμες και πιο δύσκολες στην επεξεργασία.

Ως σημαντικό εξάρτημα hot-end του κινητήρα, τα πτερύγια του στροβίλου απαιτούν τη χρήση υλικών κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας. Η τεχνολογία τήξης τους απαιτεί υψηλές απαιτήσεις και ορισμένοι μεταλλικοί πόροι είναι σπάνιοι. Όσον αφορά τη διαδικασία κατασκευής, τα πτερύγια των στροβίλων χρησιμοποιούν γενικά χύτευση επένδυσης για την επίτευξη λεπτών τοιχωμάτων και πολύπλοκων δομών ψύξης. Η δυσκολία κατασκευής είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή άλλων λεπίδων.

Για παράδειγμα, οι κινητήρες αεροσκαφών CFM56 που χρησιμοποιούνται ευρέως στη σειρά Boeing 737 και στη σειρά Airbus 320 έχουν περισσότερα από χίλια πτερύγια τουρμπίνας, με το καθένα να κοστίζει πάνω από 10,000 γιουάν. Η τιμή μονάδας των πτερυγίων στροβίλου σε ορισμένα μέρη υπερβαίνει ακόμη και τα 100,000 γιουάν.