Põhiteadmised lendekonna mootorite kiildest (1)

1. Turboliikmete lühitutvustus

Turbiinimootori komponent, mis elab halvimates töötingimustes, on ka kõige olulisem pöörlev komponent. Lennukimootorite kuuma lõpu komponentides on turbiini lehed altsetatud kõrgetemperatuurilise gaasi eroiniga ja temperatuuri muutuste all mootori käivitamise ja peatamise tsüklides, samal ajal kui rotorilehed kannatavad keskpunkti jõudel kõrge kiiruse korral. Materjalil peab olema piisav kõrgetemperatuuriline tõusvõime, kestvus, pliiatsus ning ka hea väsimusvõime, oksidatsioonivastupidavus, gaasikorroosioonivastupidavus ja sobiv plastilisus. Lisaks nõutakse pikemas organisatsioonilises stabiilsuses, heas löögi vastuvõime, kasti võime ja madalas massitihe.

Lennukimootorite kaas sisemine temperatuur jõudab 1380℃ ja traakter jõuab 226KN-ni. Turbiinilattad on allutatud aerodünaamilistele ja sentrifugaaljõudetele, kus latted kannatavad ligikaudu 140MPa suurust pinget; latta juures on keskmine pingeline stress 280~560MPa vahemikus, vastavalt latta keha kannatab temperatuuri 650~980℃, samas kui latta juures on umbes 760℃.

Turbiinilattade jõevõime tasemele (eriti temperatuurikandvõimele) on muutunud oluliseks märgisaks selleks, kui edasijõudnud on mootori mudel. Mõnes mõttes otsustab tulevaste mootorilattade kujundamisprotsess otsest teadmisi mootori jõudlust ja see on ka riigi lennundussektori taseme oluline märge.

2. Latta kuju disain

Kuna latti on palju, siis kui need disainitakse sirgelt regulaarsete kujustega, võib välistada palju töötlemistehteid, madaldada disainivahetus ning vähendada palju kulueid. Siiski on enamik lattadest kaarendatud ja kallutatud.

Lugemast esmakordselt mõned lehtede põhikumbad.

Esiteks, mis on kiil? Allpool on kaks tavalist kiili skeemi.

Puhvristiku voogude diagramm

Tüürbiini voogutee diagramm
Teiseks, mis on ringkiiruse arvutusvalem? Voogukorruses on ringkiirus erinevates raadiuste juures erinev (seda saab välja arvutada alloleva joonise valemiga).

Ringkiirus. Lõpuks, mis on õhuvoo laskukulge? Õhuvoo laskukulge on kulge õhuvoo ja veeretihe suhtes veeret kiiruse suuna vahel.

Lendukese näiteks võetakse, kus on näidatud õhuvoo sisenemise nurga. Seejärel selgitatakse, miks peab ratsi olema kraaditud? Erinevates radiaalsetes positsioonides voolujoones on erinevad ümberpöördekiirused, mis põhjustavad suuri erinevusi õhuvoo sisenemise nurkades; ratsi kiiplohel on suur raadius ja suur ümberpöördekiirus, mis põhjustab suure positiivse sisenemise nurga ning seetõttu toimub tugev õhuvoo eraldumine lohna tagusest poolelt; ratsi juures on väiksem raadius ja madalam ümberpöördekiirus, mis põhjustab suurt negatiivset sisenemise nurga ning see omakorda põhjustab tugevat õhuvoo eraldumist ratsi alusest.

Seetõttu on sirgeste teravate puhul, välja arvatud osa lähimast poolmõõdust, mis endiselt töötab, teiste osade puhul tekkinud tugev õhutikkeruse eraldumine. Teisisõnu, kompresori või turbiini efektiivsus sirgete teravate kasutamisel on äärmiselt madal ja see võib isegi olla nii, et ta ei suuda üldse töötada. Seepärast peavad teravad olema kaarendatud.

3.Arendusloeng

Kui lennukimootorite võimsus jätkub kasvamisega, saavutatakse see pigem selle kaudu, et tõstetakse suurendurite sissetoa temperatuuri, mis nõuab edasijõudnute plaatide kasutamist, millel on üha kõrgem temperatuuritolerants. Lisaks kõrge temperatuuri tingimustele on soojate osade plaatide töötamiskeskkond ka kõrge rõhu, kõrge koormuse, kõrge vibratsiooni ja kõrge korroosiooni ääresoleval olekus, seetõttu peavad plaadid omama erilist üldist jõudlust. Selleks nõutakse, et plaadid valmistataks erilistest ligendimatristikatest (kõrgetemperatuursetest ligendimatristikutest) ja erilistest tootmisprotsessidest (täpsusmottistamine pluss suunatud kristallituju) eriliste maatriksstruktuuride (ühekristallstruktuuride) loomiseks, et rahuldada vajadusi maksimaalselt.

Rohkeseid ühekristallsete tühistrükturega turbiinirattade on muutunud tänapäevaste suure energiatihedusega mootorite pea-tehnoloogiks. Ühekristallsete ligaspuude materjalide uurimine ja kasutamine ning topeltseineline ülerekveeritud ühekristalli ratta tootmisega seotud tehnoloogia areng on võimaldanud ühekristalli valmistamisele mängida olulist rolli kaasaegsetes sõjalistes ja kaubanduslikest lennundusmootorites. Praegu on ühekristallsete rattad paigaldatud kõikidesse uuematesse lennundusmootoritesse ning nende kasutamine on suurematel gaasmootoritel üha laiem.

Ühekristalline superliitmed on tüüp peenem materjal, mis kasutatakse turbiinirattade tootmiseks ja arendati võrdselt suurte kriistude ja suunatud veeretrükkide alusel. Alates 1980. aastate algusest on esimesed ühekristallilised superliitmed nagu PWA1480 ja ReneN4 laialdaselt kasutatud erinevates lennukite turbiinides. 1980. aastate lõpus leidsid ka teise põlvkonna ühekristallilised superliitmed, nagu PWA1484 ja ReneN5, laialdase kasutuse erinevates tipp-turbiinides nagu CFM56, F100, F110 ja PW4000. Praegu on Ameerika teine põlvkond ühekristallilisi superliitmeliiteid juba arenenud ning neid kasutatakse laialdaselt sõjaväe ja kodaniku lennukite turbiinides.

Võrreldes esimese põlvkonna ühekristallsete ligadega, on teise põlvkonna ühekristallsete ligade seas, mida esindavad PW PWA1484, RR CMSX-4 ja GE Rene'N5, nende töötustemperatuur suurendatud 30°C, lisades 3% reebiumi ja sobivalt suurendades mooleediumi sisaldust, saavutades hea tasakaalu jõu jaoksidatsiooni ning korroosiooni vastuse vahel.

Kolmanda ühekristallse liiga Rene N6 ja CMSX-10 puhul on liigase koostis optimeeritud ühe sammu kaupa, suurendatakse kogusiseselt lahunema ei oskanud elementidega, eriti suure atomraadiusega, eriti rohkem kui 5kaalprotsenti reebiumi lisamisega, mis tõstab oluliselt kõrgtemperatuursete kriipjõudlust, 1150 alliaag pikkendab eluaja rohkem kui 150 tundi, mis on palju pikem kui esimese põlvkonna ühekristallsete ligade eluaja umbes 10 tundi ning see pakub ka tugevat varalist väsimuse, oksidatsiooni ja termokorroosiooni vastast.

USA ja Jaapan on järjest läbinud neljanda põlvkonna ühekristallsete ligendite arendamise. Ruubdiumi lisamisega on ligendi mikrostruktuuri stabiilsus edasi parandatud ning pikemas ajavahemikus kõrge temperatuuri all esinev muutumine on tugevdatud. Selle kestvuse eluiga 1100 ℃ juures on kümme korda suurem kui teise ühekristalli ligidel, töötustemperatuur on jõudnud 1200 ℃-ni. Samuti põlvkonna ühekristalli koostis on näidatud allpool.

4.Lepiku baasmaterjal ja tootmistehnoloogia

Deformeeritud kõrgtemperatuuriligid

Plastiliste kõrgetemperatuursete ligendite arendamine on üle 50-aastane ajalugu. Kodaniku lennukimootorite lehade jaoks kasutatavate tavaliste plastiliste kõrgetemperatuursete ligendite näited on tabelis 1. Kui suureneb kõrgetemperatuursetes ligendites alumiini, titaani, tungstiini ja molibdaani sisaldus, paraneb materjalide omadusi, kuid kaugub ka terava töötlemise omadused; kallis ligendselement kobaldi lisamisel paruneb materjali üldine jõudlus ning kõrge temperatuuri all stabiliteet.

Lehad on põhilised osad lennukimootoritel, nende tootmise mah koostab umbes 30% kogu mootori tootmisest.
Lennukimootorilehed on tipedega osad, mis muutuvad hõljuma kiirelt. Nende hõljumise kontrollimine ja effektiivne, kvaliteetne töötlemine on üks olulisemaid uurimisteadusteid lehade tootmises.

Kõrge jõudlusega CNC-vahendite ilmumisega on ka turbiinilaste tootmisprotsess muutunud oluliselt. Täpsete CNC-tehnoloogiate abil töödeldud laste puhul on kõrge täpsus ja lühikesed tootmiskoorkumad, tavaliselt 6 kuni 12 kuud Hiinas (poolvalmistatud töötlemine) ning 3 kuni 6 kuud välismaal (jääketa töötlemine).