Η κλειδιά τεχνολογία, η ζεστή τεχνολογία και η βασική τεχνολογία στην κατασκευή προηγμένων αεροπορικών κινητήρων

Το όγκο-δύναμης λόγος και ο δύναμης-βάρους λόγος είναι οι πιο σημαντικές τεχνικές δείκτες για να μετρηθεί και αξιολογηθεί η προηγμένη φύση των αεροσκαφικών μηχανών. Για να επιδιώξουμε έναν λόγο δύναμης-βάρους της μηχανής πάνω από 10, η αεροσκαφική μηχανή χρησιμοποιεί συνεχώς νέα υλικά και εισάγει νέες δομές για να μειώσει το βάρος των συστατικών των αεροσκαφικών μηχανών, ενώ αυξάνει σημαντικά τη θερμοκρασία ενώπιον του τουρμπίνας της μηχανής. Αυτό θέτει υψηλότερες τεχνικές απαιτήσεις για την κατασκευή της μηχανής και προωθεί τη συνεχή εμφάνιση και ανάπτυξη νεοτεχνιών στην κατασκευή αεροσκαφικών μηχανών. Μια σειρά κλειδιαίων τεχνολογιών κατασκευής αναπτύχθηκε για την ανάπτυξη υψηλοπαραγωγικών αεροσκαφικών μηχανών και θα γίνει ή έχει γίνει η κατεύθυνση της ανάπτυξης των προηγμένων τεχνολογιών κατασκευής. Αυτό το άρθρο παρουσιάζει τις κλειδικές τεχνολογίες κατασκευής των αεροσκαφικών μηχανών από τρεις πλευρές: κλειδιά τεχνολογία, ζεστή τεχνολογία και βασική τεχνολογία. Η κλειδιά τεχνολογία κατασκευής είναι η απαραίτητη τεχνολογία για την ανάπτυξη προηγμένων αεροσκαφικών μηχανών. Η ζεστή τεχνολογία κατασκευής είναι μια τεχνολογία που πρέπει να μελετηθεί για να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα και η ποιότητα κατασκευής της μηχανής. Η βασική τεχνολογία κατασκευής είναι η τεχνολογία που πρέπει να αναπτυχθεί και να αναπτύξει σταδιακά στην ανάπτυξη και την μαζική παραγωγή των μηχανών και αντιπροσωπεύει την 'μαλακή δύναμη' του επιπέδου τεχνολογιών κατασκευής και της παραγωγικότητας των μηχανών.

Βασική τεχνολογία κατασκευής αεροσκάφους μηχανής

Τεχνολογία κατασκευής μονοκρυσταλλινών σφαιρικών θύρσων

Η πρώτη φάσης θερμοκρασία των σύγχρονων αεροσκαφών μηχανών έχει αυξηθεί σημαντικά, και η πρώτη φάσης θερμοκρασία της μηχανής F119 φτάνει ως τα 1900~2050K, και οι σφαιρικές θύρσες που κατασκευάζονται με παραδοσιακές διαδικασίες απλά δεν μπορούν να αντέξουν σε τόσο υψηλή θερμοκρασία, και ακόμη και να λιωθούν και να μην λειτουργούν αποτελεσματικά. Οι μονοκρυσταλλινές σφαιρικές θύρσες επιτυγχάνουν να επιλύσουν το πρόβλημα της αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες των σφαιρικών θυρών των μηχανών με αναλογία δυνάμεως βάρους 10 βαθμών. Η εξαιρετική αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες των μονοκρυσταλλινών σφαιρικών θυρών εξαρτάται κυρίως από το γεγονός ότι υπάρχει μόνο ένα κρύσταλλο σε όλη τη θύρσα, εliminating έτσι τους παράγοντες που προκαλούν ζημιές στην αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες μεταξύ των οριακών φύλλων που προκαλούνται από την πολυκρυσταλλινή δομή των ισιοαξιακών και διευθυνόμενων κρυστάλλων θυρών.

Η μονοκρισταλλινή θάλαμη τουρβίνας είναι το μέρος του μηχανήματος με τις περισσότερες διαδικασίες κατασκευής, το μεγαλύτερο κύκλο, την χαμηλότερη ποσοστιαία επιτυχία και την πιο αυστηρή ξένη κλειδώσει και μονοπωλία. Η διαδικασία κατασκευής μονοκρισταλλινών θαλάμων τουρβίνας περιλαμβάνει την πιέστριψη πυρήνα, τον επισκευασμό πυρήνα, την συμπυκνωτική του πυρήνα, την έλεγχο πυρήνα, την παραμέτριση πυρήνα και μούλου, την εισαγωγή κανδήλιας, τον έλεγχο με χρήση χτένας X για το κανδήλι, την ανίχνευση της απόκεντρης επιβάρυνσης του κανδηλιού, την επεξεργασία κανδηλιού, την σύνδεση κανδηλιού, την σύνδεση του συστήματος εξαγωγής κρυστάλλων και την καταχύση, την αφαίρεση φωτιού, την ξηρασμό φωτιού, την αφαίρεση κανδήλιας από το φωτιό, την περιστολή φωτιού, την καταχύση φύλλων, την μονοκρισταλλινή απελευθερωτική, την αφαίρεση φωτιού, τον αρχικό έλεγχο, τον έλεγχο φλεγμονογράφου, την αφαίρεση πυρήνα, την λίγμα, την μέτρηση της πλάτους χορδής, τον έλεγχο με χρήση χτένας X, την έλεγχο φιλμ X, τον έλεγχο προφίλ, την κατασκευή φύλλων, την ανίχνευση της επιβάρυνσης του φύλλου, και τον τελικό έλεγχο της διαδικασίας κατασκευής. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να ολοκληρωθεί η σχεδίαση και κατασκευή του μούλου επενδυτικής καταχύσης της θάλαμης τουρβίνας.

Επί του παρόντος, μόνο λίγες χώρες στον κόσμο, όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ρωσία, η Βρετανία, η Γαλλία και η Κίνα, μπορούν να παράγουν μονοκρυσταλλινά καταπνευστικά φύλλα. Στην Κίνα έχει γίνει μεγάλη πρόοδος στην παραγωγή μονοκρυσταλλινών καταπνευστικών φύλλων τα τελευταία χρόνια. Έχουν αναπτυχθεί μονοκρυσταλλινά καταπνευστικά φύλλα για μονάδες κινητήρων με αναλογία διαστημού-βάρους 10 και έχουν επιτευχθεί μαζικές παραγωγές μονοκρυσταλλινών καταπνευστικών φύλλων για υψηλής δύναμης και μικρού βάρους τυρμαλλαξικούς κινητήρες.

Τεχνολογία υψηλής αποδοτικότητας, υψηλής ακρίβειας και χαμηλού κόστους για την επεξεργασία ολοκληρωμένων δισκών φύλλων

Η εφαρμογή της τεχνολογίας ολοκληρωμένου σκινή-ρόδιου προάγει την καινοτομία στην σχεδιασμό κατασκευής των αεροστοιχείων κινητήρων και την πήδηση των διαδικασιών κατασκευής, επιτυγχάνοντας τον σκοπό μείωσης του βάρους του κινητήρα και αύξησης της αποδοτικότητάς του, και βελτιώνοντας την αξιοπιστία λειτουργίας του κινητήρα. Ταυτόχρονα, η μικρή επιβάθεια της σκινής, η μεγάλη καμπύλωση και η υψηλή αποδοτικότητα αεροδυναμικού σχεδιασμού προκαλούν φθινούσα αντοχή της σκινιάς, εύκολη μεταμόρφωση και δυσκολία ελέγχου προβλήματος. Το στενό και βαθύ ρευματικό κανάλι μεταξύ των σκινιών κάνει την επίτευξη της τεχνολογίας επεξεργασίας του σκινιού-ρόδιου δύσκολη. Υψηλά ισχυρά υλικά όπως ο τιτάνιος και ο υπεράλλοιος είναι δύσκολα να κοπούν και έχουν χαμηλή αποδοτικότητα. Η Πολιτεία των ΗΠΑ και η Βρετανία άρχισαν να εφαρμόζουν τη νέα τεχνολογία μονολιθικού ρόδιου σε νέους κινητήρες τη δεκαετία του '80, ενώ η τεχνολογία μονολιθικού ρόδιου της Κίνας ξεκίνησε γύρω στο 1996.

Η εφαρμογή της τεχνολογίας ολοκληρωμένου φύλλου-δισκού έχει προωθήσει την ανάπτυξη της τεχνολογίας ολοκλήρωσης δομών κινητήριων συστατικών. Οι ολοκληρωμένοι δίσκοι με φύλλα με συνδυασμό τυμπάνου, δίσκοι με φύλλα με άξονα, συνδυασμός δίσκου-τυμπάνου-άξονα, κλειστοί δίσκοι με φύλλα με δακτύλιο, ορθωτικά ημιστάτορα με δακτύλιο φύλλων και δίσκοι με δύο ή πολλά στάδια φύλλων έχουν εφαρμοστεί διαδοχικά στην ανάπτυξη νέων αεροπορικών κινητήρων. Βασιζόμενοι στον άξονα ροής και τον αποστροφικό ροτόρα, έχουν αναπτυχθεί δίσκοι με μεγάλη και μικρή δομή φύλλων και δίσκοι με πλευροκλίνουσα ροή.

Από τότε που η μονολιθική φακέλος-ροδάκι εφαρμόστηκε σε υψηλής απόδοσης αεριούς μηχανές, η τεχνολογία παραγωγής μονολιθικών φακέλων-ροδακιών έχει αναπτυχθεί και βελτιωθεί. Σήμερα, ο προσδιορισμός της μεθόδου επεξεργασίας των μονολιθικών φακέλων-ροδακιών περιλαμβάνει κυρίως τις εξής 5 μεθόδους: το χαμένο κηρό με ακριβή υποχώρηση μονολιθικού φακέλου-ροδακιού, το μονολιθικό φακέλο-ροδάκι με ηλεκτρονική ακτινοβολία, το μονολιθικό φακέλο-ροδάκι με ηλεκτροχημική επεξεργασία, το μονολιθικό φακέλο-ροδάκι με γραμμική διασύρση και το μονολιθικό φακέλο-ροδάκι με μηχανική επεξεργασία σε πενταξονικά CNC μηχανήματα.

Η διαδικασία κατασκευής ολοκληρωμένου φύλλου με πεντεσύνολα CNC μηχανήματα είναι η πιο αρχαία, έχει τις πιο ευρείες εφαρμογές στη μηχανική και υψηλό βαθμό τεχνικής ωριμότητας στη διαδικασία κατασκευής ολοκληρωμένου φύλλου στις εσωτερικές αεροστοιχειώδεις μονάδες. Μεταξύ αυτών, η κλειδιά για την ανάπτυξη και εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας είναι η τεχνολογία κοπής και κοπής, η τεχνολογία συμμετρικής ελικοειδούς λακτιζούσης για την τελική επεξεργασία του φύλλου, η τεχνολογία αποδοχής σφάλματος κατά την επεξεργασία των πρώτων και τελικών άκρων του φύλλου και η τεχνολογία προσαρμοστικής επεξεργασίας του ολοκληρωμένου φύλλου [1]. Στις εξωτερικές μονάδες T700, BR715 και EJ200 χρησιμοποιείται αυτή η μέθοδος επεξεργασίας για την κατασκευή και την παραγωγή, ενώ η Κίνα χρησιμοποιεί την τεχνολογία πεντεσύνολων CNC για την κατασκευή των ολοκληρωμένων φύλλων των αεροστοιχειώδων μονάδων CJ1000A και WS500. Η ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ 1 δείχνει το πρώτο στάδιο ολοκληρωμένου φύλλου υψηλής πίεσης συμπιεστή των εμπορικών αεροστοιχειών που κατασκευάζονται στην Κίνα.

Τεχνολογία κατασκευής κενού φύλλου

Το φάνε του τουρμποφαν μηχανήματος είναι μακριά από το καύσιμο δωμάτιο, και η θερμική φορτίαση είναι χαμηλή, αλλά οι απαιτήσεις του προηγμένου αεροστροβίλου για την αεροδυναμική του αποτελεσματικότητα και την ικανότητα να προλαμβάνει την ζημιά από ξένα αντικείμενα βελτιώνονται συνεχώς. Ο υψηλής απόδοσης αεροστροβίλος χρησιμοποιεί φύλλα με μεγάλο χορδ, χωρίς ώμους και κενά.

Το κενό πτερύγιο της τριγωνικής τραπεζοειδούς δομής που ανέπτυξε η εταιρεία Luo Luo είναι μια βελτίωση του αρχικού πτερυγιού με δομή μελισσών. Η εταιρεία Luo Luo το ονομάζει το δεύτερο γενεά κενού πτερυγιού. Το προϊόν είναι να χρησιμοποιηθεί η διαδικασία υπερπλαστικής μορφοποίησης/διάδοσης σύνδεσης (SPF/DB) για να γίνει το 3-στρώμα πλάκας από τιτάνιο σε ευρύ χορδοειδές κενό πτερύγιο. Η κενή μέρος του πτερυγιού είναι μια τριγωνική τραπεζοειδής δομή, η οποία χρησιμοποιείται ήδη στα μοτέρα Trent των αεροσκαφών Boeing 777 και A330. Η τεχνολογία παραγωγής κενού πτερυγιού με τριγωνική τραπεζοειδή δομή στην Κίνα έχει επίσης κάνει μια ξεροπεράσματος (Σχήμα 2 δείχνει το κενό πτερύγιο και την εσωτερική τριγωνική δομή), αλλά για να πληρούν τις απαιτήσεις της μηχανικής εφαρμογής, πρέπει να γίνει μεγάλος όγκος έργου έρευνας για την ισχύ, την ταλαντώση, την κόπωση και την προοπτιμοποίηση της διαδικασίας.

Ο προσδιορισμός της διαδικασίας κατασκευής κενών ξεφύλων είναι ως εξής: Πρώτα απ' όλα, χρειάζεται να προετοιμαστούν 3 πλάκες συμπλοκής τιτανίου και να τοποθετηθούν στα επάνω, μεσαία και κάτω επίπεδα. Το μεσαίο επίπεδο είναι η κεντρική πλάτα, τα επάνω και κάτω επίπεδα είναι αντίστοιχα οι πλάτες φύλλου και της βάσης του φύλλου. Στη συνέχεια, τα κενά φύλλα ανεμογόνων σχηματίζονται από τρεις πλάκες συμπλοκής τιτανίου μετά την αφαίρεση λίπους και την επαναστάλτικη καθαρισμού, τον ελεγχόμενο καλύψιμο της μεσαίας στρώσης με φλεγμονικό υλικό, τη συνδεσιμότητα των πλακών τιτανίου, την θερμανσιμότητα του μούλου, την καθαρισμού με αργόνιο, την διάδοση σύνδεσης, την υπερπλαστική μορφοποίηση, την κατεπεξεργασία με τον καμίνο, την επιφανειακή βρύση, την επεξεργασία των ριζών των φύλλων και των περιβόλων και εξαγωγικών άκρων, καθώς και την έλεγχο των φύλλων και άλλες διαδικασίες [2] υπερπλαστική μορφοποίηση/διάδοση σύνδεσης (SPF/DB).

Τεχνολογία κατασκευής υψηλού επιπέδου κούνια

Το κρεμαλάσι είναι ένας από τους κύριους συστατικούς ενός αεροστρωτικού μηχανήματος. Το κρεμαλάσι λειτουργεί για μακρά διάρκεια σε υψηλές ταχύτητες με χιλιάδες RPM, πρέπει επίσης να αντέξει στην τεράστια κεντριφύγα δύναμη και τις διάφορες μορφές συμπίεσης και τριβής που προκαλείται από την υψηλή ταχύτητα περιστροφής του οπωζιού του μηχανήματος, καθώς και από την υπερβολικά υψηλή θερμοκρασία. Η ποιότητα και η απόδοση των κρεμαλασίων επηρεάζει άμεσα την απόδοση, τη ζωή, την αξιοπιστία και την ασφάλεια της πτήσης του μηχανήματος. Η ανάπτυξη και παραγωγή υψηλού επιπέδου κρεμαλασίων συνδέεται άμεσα με μεταξύδισκηλιακή έρευνα σε επαφική μηχανική, θεωρία λίβανσης, τριβολογία, κόπωση και ζημιά, θερμοποίηση και υλικά, και πρέπει επίσης να επιλύσει μεγάλο αριθμό τεχνικών προβλημάτων σχετικά με σχεδιασμό, υλικά, κατασκευή, εξοπλισμό κατασκευής, δοκιμασίες και λίβανση.

Επί του παρόντος, η έρευνα και ανάπτυξη, η παραγωγή και οι πώλησεις υψηλού επιπέδου κινούμενων είναι σχεδόν μονοπωλιακά ελεγχόμενες από επιχειρήσεις κατασκευής κινούμενων σε δυτικές χώρες όπως Timken, NSK, SKF και FAG. Η τεχνολογία κατασκευής αεροσκαφικών κινητήρων της Κίνας είναι αργή, και η παραγωγική ικανότητα και ο επιπλέον επίπεδο ανάπτυξης των εθνικών επιχειρήσεων κατασκευής κινούμενων δεν μπορούν να παρέχουν υψηλά επίπεδα κινούμενα που να είναι κατάλληλα για προηγμένους αεροσκαφικούς κινητήρες σε μικρό χρονικό διάστημα. Το κινούμενο έχει γίνει η "Ορειά Everest" που είναι δύσκολο να μεταβιβαστεί στην ερευνητική και αναπτυξιακή διαδικασία αεροσκαφικών κινητήρων της Κίνας, περιορίζοντας σημαντικά την ανάπτυξη υψηλής απόδοσης αεροσκαφικών κινητήρων στην Κίνα.

Τεχνολογία κατασκευής πυρήνων τουρμπίνας από μικροψηφιδιασμένο υλικό

Το δίσκο τουρβινας αεροστρόβιλου υφίσταται συνδυασμό υψηλών θερμοκρασιών και υψηλών πιέσεων, απαιτητικές εργασιακές συνθήκες, πολύπλοκο προσδιοριστικό διαδικαστικό και τεχνική δυσκολία, γεγονός που το έχει κάνει έναν από τους δυσκολότερους τομείς στην ανάπτυξη αεροστροβίλων στην Κίνα. Οι μετάλλευτες πουλβέρων είναι ευρέως χρησιμοποιούμενες σε υψηλής απόδοσης αεροστρόβιλους σε ξένες χώρες λόγω των εξαιρετικών μηχανικών ιδιοτήτων τους και της καλής θερμοκρασιακής και κρύος διαδικασίας. Η κατασκευή του δίσκου τουρβίνας με βάση πουλβέρ ενώνει μια σειρά κλειδιαίων τεχνολογιών παραγωγής όπως η ανάπτυξη υλικών, η τήξη κύριων σπονδύλων, η προετοιμασία και μεταχείριση πουλβέρ, η θερμή ισοστατική πίεση, η ισόθερμη καταχώρηση, ο θερμικός χειρισμός και η υψηλή ακρίβειας εντοπισμού και αξιολόγησης, κλπ. Φέρει τις απαραίτητες κλειδιά τεχνολογίες για την παραγωγή προηγμένων αεροστροβίλων. Η τάση της ξένης έρευνας για τον δίσκο τουρβίνας με βάση πουλβέρ είναι να αναπτύξει από δίσκο υψηλής ισχύος σε δίσκο αντοχής σε ζημιές ως προς την χρησιμοποίηση, και την προετοιμασία του προϊόντος σε υπερκαθαρές λεπτές πουλβέρ. Εκτός από τη θερμή ισοστατική πίεση, αναπτύσσονται επίσης διαδικασίες μορφοποίησης όπως η εξαγωγή καταχώρησης και η ισόθερμη καταχώρηση. Στην Κίνα, το Ινστιτούτο Αεροναυπηγικών Υλικών της Πεκίνου έχει αναπτύξει διάφορους δίσκους τουρβίνας με βάση πουλβέρ για αεροστρόβιλους, που έχει επιλύσει τα κλειδιά τεχνολογικά προβλήματα της παραγωγής των προηγμένων δίσκων τουρβίνας με βάση πουλβέρ, αλλά το μηχανικό πρόβλημα της παραγωγής των δίσκων τουρβίνας με βάση πουλβέρ δεν έχει επιλυθεί πλήρως.

Τεχνολογία παραγωγής συνθετικών υλικών

Η τεχνολογία συνθετικών υλικών έχει ευρεί ευρεία χρήση σε υψηλής απόδοσης αεροπλαντικά κινητήρια. Για να καλύψει τις ανάγκες της ανάπτυξης του κινητήριου LEAP, η Sniema χρησιμοποιεί τεχνολογία 3D πλέγματος με μεταφορά διαλυμάτων (RTM) για την κατασκευή συνθετικών περιβάλλοντων φάνεων και συνθετικών φάνεων. Τα κομμάτια του κινητήριου LEAP που κατασκευάζονται με τεχνολογία RTM έχουν υψηλή ισχύ, και το βάρος τους είναι μόνο το μισό του βάρους των κομματιών συνδυασμού τιτανίου της ίδιας δομής. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του κινητήριου F119, η Pratt & Whitney ανέπτυξε φάνεα με συνεχείς ινές SiC ενισχύσεως με σύνθετο υλικό με βάση τον τιτάνιο. Αυτό το είδος συνθετικού φάνεα έχει τις ιδιότητες υψηλής αντοχής, ελαφρύτητας και αντοχής σε κρούσεις, και ονομάζεται τρίτη γενιά φάνεα με ευρεία χορδή. Τα 3 στάδια φαναριών οπισθοδρομού του κινητήριου F119 turbofan κατασκευάζονται όλα από αυτό το υλικό. Στην Κίνα, η τεχνολογία παραγωγής συνθετικών υλικών έχει επίσης εφαρμοστεί στην παραγωγή μερών αεροπλαντικών κινητήρων, και τα φάνεα με ενισχύσεις TiB2 σωματιδίων σε υλικό με βάση το άλουμινο έχουν κάνει μεγάλη πρόοδο. Ωστόσο, η αποδοτική επεξεργασία των φάνεων με ενισχύσεις TiB2 σωματιδίων, η ενίσχυση της επεξεργασμένης επιφάνειας, η αντοχή σε κόπωση και η αντοχή σε ξένα αντικείμενα είναι οι κλειδικές και δύσκολες πτυχές για την εφαρμογή αυτού του υλικού φάνεων στη μηχανική έρευνα.