Perustietoja lentokoneen moottoribladeista (1)

1. Turbineveisten johdanto

Turbiinimoottorin komponentti, jolla on pahimmat toimintaehdot, on myös tärkein pyörivä komponentti. Lentokoneiden moottoreiden kuuma päähän liittyvissä komponenteissa turbiinilehdet altistuvat korkeanlämpöisen kaasun karsinta vaikutuksille ja lämpötilamuutoksille moottorin käynnistys- ja sammutuscykleissä, kun taas rotorilehdet altistuvat keskipisteelliselle voimalle korkeilla nopeuksilla. Materialia vaaditaan olemaan tarpeeksi vahvaa korkealla lämpötilalla vetovoimassa, kestovoimassa, riiviohessa sekä hyvässä väsymysvoimassa, oksidointiresistenssissa, kaasukorrosiorinteytyneisyydessä ja sopivassa muovuttavuudessa. Lisäksi sitä vaaditaan olemaan pitkäjänteistä organisaatiomaisesti, hyvässä törmäysturvallisuudessa, malleissa ja kevyen tiheyden omaavana.

Edistyneiden lentokone moottorien kaasuputotemperaattori saavuttaa 1380℃ ja työntövoima saavuttaa 226KN. Turbiiniliekkoja koetaan aerodynamiikka- ja keskipistoraduunoista, joilla liekkeillä on jännitys noin 140MPa; liekkéiden juuret kantavat keskimäärin jännityksen 280~560MPa, ja vastaava liekkédensa kantaa temperatuurin 650~980℃, ja liekkéiden juuri on noin 760℃.

Turbiiniliekkojen suorituskykytaso (erityisesti lämpökanto kyky) on tulossaan tärkeä indikaattori moottorimallin edistyneestä tasosta. Jossakin mielessä tulevien moottoriliekkojen castausprosessi määrää suoraan moottorin suorituskyvyn ja se on myös merkittävä merkki kansakunnan ilmailuteollisuuden tasosta.

2. Liekkéd muoto design

Koska liekkéitä on paljon, jos ne suunnitellaan suoriksi säännöllisiksi muodoksi, voidaan vähentää paljon prosessiteknologiaa, alennetaan suunnittelun vaikeutta ja vähennetään paljon kustannuksia. Kuitenkin useimmat liekkét ovat vinoja ja kaarevia.

Anna minun ensin esittää sinulle joitakin peruskäsitteitä lehdistä.

Ensinnäkin, mitä tarkoittaa sana 'runner'? Alla on kaksi tyypillistä runner-diagrammia.

Purkaisuvirtausdiagrammi

Turbiidin virtauspolku diagrammiksi
Toiseksi, mikä on ympyränviivan nopeuden laskukaava? Virtauskanavassa ympyränviivan nopeus vaihtelee eri säteissä (tätä voidaan saada alla olevan kaavan mukaista laskemalla).

Ympyränviivan nopeus. Lopuksi, mitä tarkoittaa ilvion hyökkäyskulma? Ilvion hyökkäyskulma on kulma ilvion ja lehti välistä suhteessa lehden nopeus suuntaan.

Käyttämällä lentokoneen siilistä esimerkkinä, ilmavirtauksen hyödyntäkulmaesitys näytetään. Seuraavaksi selitetään, miksi lättilän on oltava vinoitunut? Koska pyörivien virtauskanavan eri säteissä ovat eri ympyränopeudet, ilmavirtauksen hyödyntäkulma vaihtelee suuresti eri säteillä; lättilän kärjessä, koska säde on suuri ja ympyränopeus suuri, se aiheuttaa suuren positiivisen hyödyntäkulman, joka johtaa vakavaan ilmavirtaeroon lättilän takana; lättilän juuressa, koska säde on pieni ja ympyränopeus pieni, se aiheuttaa suuren negatiivisen hyödyntäkulman, joka johtaa vakavaan ilmavirtaeroon lättilän pohjalla.

Siksi suorilla lehdillä, paitsi lähellä keskidiameetriaa sijaitsevan osan, joka on yhä toimintakelpoinen, muut osat aiheuttavat vakavaa ilviretkilöitymistä, eli suorilla lehdillä toimivan pakastimen tai turbiinin tehokkuus on erittäin huono, ja se voi jopa jäädä täysin epätoiminnalliseksi. Tämän vuoksi lehdet täytyy kierouttaa.

3.Kehitys historia

Kun lentokoneiden moottorien teho jatkaa kasvuaan, se saavutetaan korottamalla pakastimen sisääntemperatuuria, mikä edellyttää kehitystä käyttämällä yhä korkeampiin temperatuuriin vastaavia lehtiä. Lisäksi korkean temperatuurisen toimintaympäristön lisäksi kuumaosien lehdillä on oltava äärimmäisen tiukka työympäristö korkeassa paineessa, korkeassa taakassa, korkeassa värinnyssä ja korkeassa roskaisuudessa, joten lehdiltä vaaditaan erittäin korkeaa kokonaisvaikutusta. Tämä edellyttää, että lehdet valmistetaan erikoismateriaaleista (korkealämpötilalliansseista) ja erikoisvalmistusmenetelmistä (tarkka kaesting plus suunnattu kiiloutuminen) erikoismatriisin rakenteiden (yhden kristallirakenteen) saavuttamiseksi mahdollisimman hyvin.

Monimutkaiset yksikkökrystalit tyhjässä turbiinilevyn teknologia on tullut ydintekniikaksi nykyisten korkean paino-voim suhde moottoreiden. Edistyneiden yksikköalloys aineiden tutkimus ja käyttö sekä kaksiosaisen ultra-ilma jäähdytetty yksikkölevyn valmistusteknologian ilmestymisen ansiosta yksikkövalmistustechnologia on saanut keskeisen roolin nykyisissä edistyneimmillä sotilasmallien ja kaupallisten lentomotoreiden. Tällä hetkellä yksikkölevyt eivät ole asennettu vain kaikkiin edistyneisiin lentomoottoreihin, mutta niiden käyttö kasvaa myös raskaiden kaasuturbiinien parissa.

Yksikköristeitä superleaggioja käytetään edistyneiden moottorien savuputken materiaalienä tyypeinä, jotka kehitettiin ekvaksirakenteen ja suunnattujen pystysarakkeiden perusteella. 1980-luvun alusta lähtien ensimmäisen sukupolven yksikköristeiset superleaggioit, kuten PWA1480 ja ReneN4, ovat käytetty laajasti erilaisissa lentokonemoottoreissa. 1980-luvun lopulla toisen sukupolven yksikköristeisten superleaggiojen savuputkikartiot, kuten PWA1484 ja ReneN5, käytettiin myös laajasti edistyneissä lentokonemotoreissa, kuten CFM56, F100, F110 ja PW4000. Tällä hetkellä Yhdysvaltojen toinen sukupolvi yksikköristeisistä superleaggioista on kypsännyt ja ne käytetään laajasti sekä sotilaslentokoneiden että kansalaislentokoneiden moottoreissa.

Vertaileva ensimmäiseen sukupolviin kuuluvia yksikkositealleja, toisen sukupolven yksikkositealit, jotka edustetaan PW:n PWA1484:llä, RR:n CMSX-4:llä ja GE:n Rene'N5:llä, ovat nostaneet toimintalämpötilansa 30°C lisäämällä 3 % reneiä ja sopivasti kasvattamalla molybdeen sisältöä, saavuttaen hyvän tasapainon vahvuuden ja hapan ja korroosion vastustamiskyvyn välillä.

Kolmannen sukupolven yksikkositealeissa Rene N6:ssa ja CMSX-10:ssa optimoidaan alikompositio yhdessä vaiheessa, suuren atomisäteen epähajoittuvien elementtien kokonaissisältö kasvaa, erityisesti lisäämällä yli 5wt% reneiä, mikä parantaa huomattavasti korkean lämpötilan kriipivahingon vahvuutta. Alloin kestötunti 1150 on yli 150 tuntia, mikä on paljon pidempi kuin ensimmäisen sukupolven yksikkositealien noin 10 tunnin elinkaari, ja sillä on myös korkea vahvuus teräväläkkäyden, hapan ja lämpökorroosion vastustamiseksi.

Yhdysvallat ja Japani ovat kehittäneet peräkkäin neljännessä sukupolvesta olevia yksikkösidealiasteita. Lisäämällä ruteniumia on sidealiakon mikrostruktuurin vakaus parannettu edelleen, ja pitkään kestävän korkean lämpötilan altistumisen aikana paranee roikkumisvahvuus. Sellaisten siedon elinajan 1100 ℃ lämpötilassa on kymmenkertainen verrattuna toiseen yksikkösidealiikokonelmaan, ja käyttölämpötila on saavuttanut 1200 ℃. Saman sukupolven yksikkösarakoostumus näytetään alla.

4.Sivun perusmateriaali ja valmistustekniikka

Muodostunut korkealämpötilainen sivu

Muovottavien korkealämpötiloisten sideaineiden kehityksellä on yli 50 vuoden historia. Kotimaisissa lentokoneen moottorin savuputkien käytettävissä olevat muovottavat korkealämpötilaiset sideaineet näkyvät taulukossa 1. Kun alumiinia, titanidia, volframiota ja molibdaattia lisätään korkealämpötilaisiin sideaineisiin, materiaalin ominaisuudet paranevat jatkuvasti, mutta lämpömuovauksen suorituskyky heikenee; kalliin liitosalkioon koboltin lisäämisen jälkeen materiaalin kokonaisominaisuudet voidaan parantaa sekä korkealämpötilaisen rakenteen vakaus paranee.

Savuputkit ovat avainosia lentokoneen moottoreissa, ja niiden valmistamismäärä muodostaa noin 30 % kokonaisesta moottorin valmistamismäärästä.
Lentokoneen moottorin savuputki ovat ohutseinät ja helposti muodostuvat osat. Niiden muodon hallinta ja tehokas, laadukas prosessointi on yksi merkittävistä tutkimusaiheista savuputkien valmistusteollisuudessa.

Korkean tehokkuuden numeerisesti ohjattujen (CNC) konekalustojen ilmestymisen myötä turbiinilehtien valmistusprosessi on myös kokenut suuria muutoksia. Lehdet, jotka on käsitelty tarkalla CNC-mekaanikatekniikalla, ovat tarkkoja ja niiden valmistusaikaa on lyhyt, yleensä 6–12 kuukautta Kiinassa (puolivalmennusmekaaninen käyttö); ja 3–6 kuukautta ulkomailla (jäännöksittömä mekaaninen käyttö).