Γιατί οι κινητήρες των αεροσκαφών χρησιμοποιούν ενσωματωμένες λεπίδες; Είναι το κλειδί για να πετάξεις! Ελλάδα

Ο κινητήρας του αεροσκάφους είναι η «καρδιά» του αεροσκάφους και είναι επίσης γνωστός ως το «κόσμημα της βιομηχανίας». Η κατασκευή του ενσωματώνει πολλές τεχνολογίες αιχμής στη σύγχρονη βιομηχανία, που περιλαμβάνουν υλικά, μηχανική επεξεργασία, θερμοδυναμική και άλλους τομείς. Καθώς οι χώρες έχουν όλο και υψηλότερες απαιτήσεις για απόδοση κινητήρα, νέες δομές, νέες τεχνολογίες και νέες διαδικασίες στην έρευνα και ανάπτυξη και εφαρμογή εξακολουθούν να αμφισβητούν συνεχώς την κορυφή της σύγχρονης βιομηχανίας. Ένας από τους σημαντικούς παράγοντες για τη βελτίωση της αναλογίας ώσης προς βάρος των κινητήρων αεροσκαφών είναι ο ενσωματωμένος δίσκος λεπίδας.

Πλεονεκτήματα των blisks

Πριν από την εμφάνιση του ενσωματωμένου δίσκου λεπίδας, τα πτερύγια του ρότορα του κινητήρα χρειαζόταν να συνδεθούν με τον δίσκο του τροχού μέσω τόνων, αυλακώσεων και διατάξεων ασφάλισης, αλλά αυτή η δομή σταδιακά απέτυχε να καλύψει τις ανάγκες των κινητήρων αεροσκαφών υψηλής απόδοσης. Ο ενσωματωμένος δίσκος λεπίδας που ενσωματώνει τα πτερύγια του ρότορα του κινητήρα και τον δίσκο του τροχού σχεδιάστηκε και έχει γίνει πλέον μια απαραίτητη δομή για κινητήρες υψηλής αναλογίας ώσης προς βάρος. Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε στρατιωτικούς και πολιτικούς κινητήρες αεροσκαφών και έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα.

1.Η απώλεια βάρους:Δεδομένου ότι το χείλος του δίσκου του τροχού δεν χρειάζεται κατεργασία για την εγκατάσταση της γλωττίδας και της αυλάκωσης για την εγκατάσταση των λεπίδων, το ακτινωτό μέγεθος της ζάντας μπορεί να μειωθεί σημαντικά, μειώνοντας έτσι σημαντικά τη μάζα του ρότορα.

2.Μειώστε τον αριθμό των εξαρτημάτων:Εκτός από το γεγονός ότι ο δίσκος και τα πτερύγια του τροχού είναι ενσωματωμένα, σημαντικός λόγος είναι και η μείωση των συσκευών ασφάλισης. Οι κινητήρες αεροσκαφών έχουν εξαιρετικά αυστηρές απαιτήσεις αξιοπιστίας και η απλοποιημένη δομή του ρότορα παίζει μεγάλο ρόλο στη βελτίωση της αξιοπιστίας.

3.Μειώστε την απώλεια ροής αέρα:Η απώλεια διαφυγής που προκαλείται από το κενό στην παραδοσιακή μέθοδο σύνδεσης εξαλείφεται, η απόδοση του κινητήρα βελτιώνεται και η ώθηση αυξάνεται.

Το blisk, που μειώνει το βάρος και αυξάνει την ώθηση, δεν είναι ένα εύκολο «μαργαριτάρι» να αποκτηθεί. Από τη μία πλευρά, το blisk αποτελείται κυρίως από δύσκολα στην επεξεργασία υλικά, όπως κράμα τιτανίου και κράμα υψηλής θερμοκρασίας. Από την άλλη πλευρά, οι λεπίδες του είναι λεπτές και το σχήμα της λεπίδας πολύπλοκο, γεγονός που θέτει εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις στην τεχνολογία κατασκευής. Επιπλέον, όταν τα πτερύγια του ρότορα είναι κατεστραμμένα, δεν μπορούν να αντικατασταθούν μεμονωμένα, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει την απόρριψη της λάμψης και η τεχνολογία επισκευής είναι ένα άλλο πρόβλημα.

Κατασκευή μπλίσκων

Επί του παρόντος, υπάρχουν τρεις κύριες τεχνολογίες για την κατασκευή ενσωματωμένων λεπίδων.

• Φρέζα CNC πέντε αξόνων

Η άλεση CNC πέντε αξόνων χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή κυψελών λόγω των πλεονεκτημάτων της ταχείας απόκρισης, υψηλής αξιοπιστίας, καλής ευελιξίας επεξεργασίας και σύντομου κύκλου προετοιμασίας παραγωγής. Οι κύριες μέθοδοι άλεσης περιλαμβάνουν πλευρική άλεση, άλεση βυθού και κυκλοειδή άλεση. Οι βασικοί παράγοντες για τη διασφάλιση της επιτυχίας των blisks περιλαμβάνουν:

Εργαλειομηχανές πέντε αξόνων με καλά δυναμικά χαρακτηριστικά

Βελτιστοποιημένο επαγγελματικό λογισμικό CAM

Εργαλεία και γνώσεις εφαρμογών αφιερωμένες στην επεξεργασία κράματος τιτανίου/κράματος υψηλής θερμοκρασίας

• Ηλεκτροχημική μηχανική κατεργασία

Η ηλεκτροχημική κατεργασία είναι μια εξαιρετική μέθοδος για την κατεργασία των καναλιών ενσωματωμένων δίσκων λεπίδων κινητήρων αεροσκαφών. Υπάρχουν πολλές τεχνολογίες μηχανικής κατεργασίας στην ηλεκτροχημική μηχανική κατεργασία, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρολυτικής μηχανικής κατεργασίας χιτωνίου, της ηλεκτρολυτικής κατεργασίας περιγράμματος και της ηλεκτρολυτικής κατεργασίας CNC.

Δεδομένου ότι η ηλεκτροχημική μηχανική κατεργασία χρησιμοποιεί κυρίως την ιδιότητα της διάλυσης μετάλλου στην άνοδο στον ηλεκτρολύτη, το τμήμα της καθόδου δεν θα καταστραφεί όταν εφαρμοστεί η τεχνολογία ηλεκτροχημικής κατεργασίας και το τεμάχιο εργασίας δεν θα επηρεαστεί από τη δύναμη κοπής, τη θερμότητα κατεργασίας κ.λπ. κατά τη διάρκεια της κατεργασίας , μειώνοντας έτσι την υπολειπόμενη τάση του ενσωματωμένου καναλιού λεπίδας του κινητήρα του αεροσκάφους μετά την κατεργασία.

Επιπλέον, σε σύγκριση με την άλεση πέντε αξόνων, οι ώρες εργασίας της ηλεκτροχημικής κατεργασίας μειώνονται σημαντικά και μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα στάδια ακατέργαστης κατεργασίας, ημιτελικής επεξεργασίας και φινιρίσματος. Δεν χρειάζεται χειροκίνητο γυάλισμα μετά την κατεργασία. Ως εκ τούτου, είναι μία από τις σημαντικές κατευθύνσεις ανάπτυξης της επεξεργασίας ενσωματωμένου καναλιού λεπίδας κινητήρα αεροσκαφών.

• συγκόλληση

Οι λεπίδες επεξεργάζονται χωριστά και στη συνέχεια συγκολλούνται στον δίσκο λεπίδων με συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων, γραμμική συγκόλληση τριβής ή συγκόλληση στερεάς κατάστασης διάχυσης υπό κενό. Το πλεονέκτημα είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή δίσκων ενσωματωμένης λεπίδας με ασυνεπή υλικά λεπίδας και δίσκου.

Η διαδικασία συγκόλλησης έχει υψηλές απαιτήσεις στην ποιότητα της συγκόλλησης με λεπίδες, γεγονός που επηρεάζει άμεσα την απόδοση και την αξιοπιστία του συνολικού δίσκου λεπίδας του κινητήρα του αεροσκάφους. Επιπλέον, δεδομένου ότι τα πραγματικά σχήματα των λεπίδων που χρησιμοποιούνται στον συγκολλημένο δίσκο λεπίδων δεν είναι συνεπή, οι θέσεις των λεπίδων μετά τη συγκόλληση δεν είναι συνεπείς λόγω του περιορισμού της ακρίβειας συγκόλλησης και απαιτείται προσαρμοστική τεχνολογία επεξεργασίας για την εκτέλεση εξατομικευμένης άλεσης ακριβείας CNC για κάθε λεπίδα.

Επιπλέον, η συγκόλληση είναι μια πολύ σημαντική τεχνολογία στην επισκευή ενσωματωμένων λεπίδων. Μεταξύ αυτών, η γραμμική συγκόλληση τριβής, ως τεχνολογία συγκόλλησης στερεάς φάσης, έχει υψηλή ποιότητα αρμών συγκόλλησης και καλή αναπαραγωγιμότητα. Είναι μια από τις πιο αξιόπιστες και αξιόπιστες τεχνολογίες συγκόλλησης για τη συγκόλληση εξαρτημάτων ρότορα κινητήρα αεροσκάφους υψηλής αναλογίας ώσης προς βάρος.

Εφαρμογή του blisk

1. Κινητήρας αεροσκάφους EJ200

Ο κινητήρας του αεροσκάφους EJ200 διαθέτει συνολικά ανεμιστήρες 3 σταδίων και συμπιεστές υψηλής πίεσης 5 σταδίων. Τα μεμονωμένα πτερύγια συγκολλούνται στον δίσκο του τροχού με δέσμη ηλεκτρονίων για να σχηματίσουν έναν ενσωματωμένο δίσκο λεπίδων, ο οποίος χρησιμοποιείται στον ανεμιστήρα 3ου σταδίου και στον συμπιεστή υψηλής πίεσης 1ου σταδίου. Ο ενσωματωμένος δίσκος λεπίδας δεν συγκολλάται μαζί με τους ρότορες άλλων σταδίων για να σχηματίσει έναν ενσωματωμένο ρότορα πολλαπλών σταδίων, αλλά συνδέεται με κοντές βίδες. Σε γενικές γραμμές, βρίσκεται στο αρχικό στάδιο της εφαρμογής δίσκων ενσωματωμένης λεπίδας.

2. Κινητήρας turbofan F414

Στον κινητήρα turbofan F414, το 2ο και το 3ο στάδιο του ανεμιστήρα 3 σταδίων και τα πρώτα 3 στάδια του συμπιεστή υψηλής πίεσης 7ου σταδίου χρησιμοποιούν ενσωματωμένα πτερύγια, τα οποία επεξεργάζονται με ηλεκτροχημικές μεθόδους. Η GE έχει επίσης αναπτύξει μια εφικτή μέθοδο επισκευής. Σε αυτή τη βάση, τα ενσωματωμένα πτερύγια του 2ου και του 3ου σταδίου του ανεμιστήρα συγκολλούνται μεταξύ τους για να σχηματίσουν έναν ενσωματωμένο ρότορα και το 1ο και το 2ο στάδιο του συμπιεστή συγκολλούνται επίσης μεταξύ τους, μειώνοντας περαιτέρω το βάρος του ρότορα και βελτιώνοντας την ανθεκτικότητα του κινητήρα.

Σε σύγκριση με το EJ200, το F414 έχει κάνει ένα μεγάλο βήμα μπροστά στην εφαρμογή ενσωματωμένων λεπίδων.

3. Κινητήρας F119-PW-100

Ο ανεμιστήρας 3 σταδίων και ο συμπιεστής υψηλής πίεσης 6 σταδίων χρησιμοποιούν ενσωματωμένα πτερύγια και τα πτερύγια του ανεμιστήρα 1ου σταδίου είναι κούφια. Οι κοίλες λεπίδες συγκολλούνται στον δίσκο του τροχού μέσω γραμμικής συγκόλλησης τριβής για να σχηματίσουν μια ενσωματωμένη λεπίδα, η οποία μειώνει το βάρος του ρότορα αυτού του σταδίου κατά 32 κιλά.

4. Κινητήρας BR715

Σε μεγάλους πολιτικούς κινητήρες, έχει χρησιμοποιηθεί επίσης ο ενσωματωμένος δίσκος λεπίδας. Ο κινητήρας BR715 χρησιμοποιεί τεχνολογία φρεζαρίσματος CNC πέντε αξόνων για την επεξεργασία του ενσωματωμένου δίσκου λεπίδας, ο οποίος χρησιμοποιείται στον συμπιεστή υπερσυμπιεστή δεύτερης βαθμίδας μετά τον ανεμιστήρα, και οι μπροστινοί και πίσω ενσωματωμένοι δίσκοι λεπίδων συγκολλούνται μεταξύ τους για να σχηματίσουν έναν ενσωματωμένο ρότορα. Χρησιμοποιείται στο Boeing 717.