उन्नत एयरो इंजन निर्माण की मुख्य प्रौद्योगिकी, गर्म प्रौद्योगिकी और मूल प्रौद्योगिकी

थ्रʌस्ट-टू-वेट अनुपात और पावर-टू-वेट अनुपात एक प्रणाली को मापने और मूल्यांकन करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण तकनीकी सूचकांक हैं। थ्रʌस्ट-वजन अनुपात 10 से अधिक करने के लिए, एयरो-इंजन नए पदार्थों का उपयोग और नई संरचनाओं का परिचय देता है जिससे एयरो-इंजन घटकों का वजन कम करते हुए इंजन टर्बाइन के आगे का तापमान महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाया जाता है। यह इंजन निर्माण के लिए उच्च तकनीकी मांगों को उठा देता है और एयरो-इंजन निर्माण में नई तकनीकों के निरंतर उदय और विकास को बढ़ावा देता है। उच्च-प्रदर्शन एयरो-इंजनों के विकास के लिए विकसित की गई एक श्रृंखला की महत्वपूर्ण निर्माण तकनीकें उन्नत निर्माण तकनीक विकास की दिशा में बनी रहेंगी या पहले से ही बन चुकी हैं। यह लेख एयरो-इंजन की महत्वपूर्ण निर्माण तकनीक को तीन पहलुओं से पेश करता है: महत्वपूर्ण तकनीक, गर्म तकनीक और मूलभूत तकनीक। महत्वपूर्ण निर्माण तकनीक उन्नत एयरो-इंजन विकसित करने की आवश्यक तकनीक है। निर्माण गर्म बिंदु तकनीक इंजन के निर्माण की दक्षता और निर्माण गुणवत्ता को सुधारने के लिए अध्ययन की जाने वाली तकनीक है। मूलभूत निर्माण तकनीक वह तकनीक है जिसे इंजन विकास और बड़े पैमाने पर उत्पादन में धीरे-धीरे जमा किया जाना चाहिए और यह इंजन निर्माण तकनीक स्तर और उत्पादन क्षमता की मानसिक शक्ति को दर्शाती है।

एयरो इंजन निर्माण की मुख्य प्रौद्योगिकी

विषम क्रिस्टल टर्बाइन ब्लेड की निर्माण प्रौद्योगिकी

आधुनिक एयरो इंजन का टर्बाइन अग्र तापमान महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा है, और F119 इंजन का टर्बाइन अग्र तापमान 1900~2050K तक पहुंच जाता है, और पारंपरिक प्रक्रिया द्वारा ढाले गए टर्बाइन ब्लेड सिर्फ ऐसे उच्च तापमान को सहन नहीं कर सकते हैं, और यहां तक कि पिघल जाएंगे और प्रभावी रूप से काम नहीं कर पाएंगे। विषम क्रिस्टल टर्बाइन ब्लेड सफलतापूर्वक उन इंजनों के टर्बाइन ब्लेड की उच्च तापमान प्रतिरोध की समस्या को हल करते हैं जिनका थ्रʌस्ट-टू-वेट अनुपात 10 स्तरीय है। विषम क्रिस्टल टर्बाइन ब्लेड का उत्कृष्ट उच्च तापमान प्रतिरोध यह बात पर निर्भर करता है कि पूरे ब्लेड में केवल एक क्रिस्टल होता है, इस प्रकार समानांतर और दिशा-निर्दिष्ट क्रिस्टल ब्लेड के बहुक्रिस्टल संरचना के कारण उच्च तापमान गुणों में अंतर के खेद को दूर कर दिया जाता है।

एकल क्रिस्टल टर्बाइन ब्लेड वह इंजन भाग है जिसमें सबसे अधिक निर्माण प्रक्रिया, सबसे लंबा चक्र, सबसे कम योग्यता दर, और सबसे कठिन विदेशी बंदोबस्त और मोनोपोली होती है। एकल क्रिस्टल टर्बाइन ब्लेड का निर्माण प्रक्रिया शामिल है: कोर प्रेसिंग, कोर मरम्मत, कोर सिंटरिंग, कोर जाँच, कोर और मोल्ड की मेल जोड़ना, वेक्स मोल्ड इंजेक्शन, वेक्स मोल्ड X-रे जाँच, वेक्स मोल्ड दीवार मोटाई का परीक्षण, वेक्स मोल्ड ड्रेसिंग, वेक्स मोल्ड कंबाइन, क्रिस्टल निकास प्रणाली और पुराने गेट कंबाइन, पेंट सैंडिंग, शेल ड्राइंग, शेल डीवैक्सिंग, शेल रोस्टिंग, ब्लेड पोरिंग, एकल क्रिस्टल ठोस होना, शेल ब्लोइंग, प्रारंभिक जाँच, फ्लोरेसेंस जाँच, कोर-हटाना, चिकनाई, चोर्ड चौड़ाई मापना, ब्लेड X-रे जाँच, X-रे फिल्म जाँच, प्रोफाइल जाँच, रिफाइंड ब्लेड, ब्लेड दीवार मोटाई का परीक्षण, और अंतिम जाँच निर्माण प्रक्रिया। इसके अलावा, टर्बाइन ब्लेड इन्वेस्टमेंट कास्टिंग मोल्ड का डिज़ाइन और निर्माण पूरा करना आवश्यक है।

वर्तमान में, दुनिया के केवल कुछ देशों जैसे कि संयुक्त राज्य अमेरिका, रूस, यूनाइटेड किंगडम, फ्रांस और चीन में ही एकल क्रिस्टल टर्बाइन ब्लेड बनाने की क्षमता है। अंतिम कुछ वर्षों में चीन में एकल क्रिस्टल टर्बाइन ब्लेड बनाने में बहुत बड़ी प्रगति हुई है। थ्रʌस्ट-टू-वेट अनुपात 10 इंजन के एकल क्रिस्टल टर्बाइन ब्लेड विकसित किए गए हैं और उच्च शक्ति-टू-वजन टर्बोशाft इंजन के एकल क्रिस्टल टर्बाइन ब्लेड का बड़े पैमाने पर उत्पादन किया गया है।

समग्र ब्लेड डिस्क की उच्च कार्यक्षमता, उच्च सटीकता और कम लागत वाली मशीनिंग तकनीक

पूर्णांकीय ब्लेड डिस्क प्रोत्साहन के साथ एयरो इंजन संरचना डिज़ाइन में नवाचार और विनिर्माण प्रक्रिया की उन्नति होती है, इंजन के भार को कम करने और दक्षता बढ़ाने का उद्देश्य पूरा करती है, और इंजन की चालू रखने की भरोसेमंदी में सुधार करती है। एक साथ, ब्लेड की पतली मोटाई, बड़ा झुकाव और उच्च दक्षता वायुगतिकीय डिज़ाइन के कारण ब्लेड की कठोरता कम होती है, विकृति करने में आसानी होती है और नियंत्रण करने में कठिनाई होती है; ब्लेडों के बीच गहरी और संकीर्ण वायु प्रवाह चैनल ब्लेड डिस्क प्रोसेसिंग प्रौद्योगिकी को खराब करता है। टाइटेनियम एल्योइ और सुपरएल्योइ जैसी उच्च ताकत की सामग्री को काटना कठिन है और दक्षता कम है। 1980 के दशक में अमेरिका और ब्रिटेन ने नए इंजन मोनोलिथिक डिस्क प्रौद्योगिकी को लागू किया, चीन की मोनोलिथिक डिस्क प्रौद्योगिकी 1996 के आसपास शुरू हुई।

पूर्ण संगति ब्लेड-डिस्क प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग ने इंजन घटक संरचना समाकलन प्रौद्योगिकी के विकास को प्रोत्साहित किया है। ड्रम युक्त टैंडम सम्पूर्ण ब्लेड-डिस्क, धुरी युक्त ब्लेड डिस्क, डिस्क ड्रम धुरी संयोजन, चक युक्त बंद ब्लेड डिस्क, रेखीय स्टेटर छलिया ब्लेड डिस्क और दो-स्तरीय या बहु-स्तरीय ब्लेड डिस्क संयोजन नए वायु इंजनों के विकास में क्रमशः अनुप्रयोग में लाए गए हैं। अक्षीय प्रवाह डिस्क और केंद्रीय ब्लॉअर के आधार पर, बड़े और छोटे ब्लेड संरचना डिस्क और तिरछे प्रवाह कोटिलेडन डिस्क का विकास हुआ है।

चूंकि मोनोलिथिक ब्लेड डिस्क का उपयोग उच्च-प्रदर्शन वाले एयरो इंजनों में किया जाने लगा है, मोनोलिथिक ब्लेड डिस्क निर्माण प्रौद्योगिकी का विकास और सुधार होता जा रहा है। वर्तमान में, मोनोलिथिक ब्लेड डिस्क प्रसंस्करण प्रक्रिया मुख्यतः निम्नलिखित 5 प्रकार की प्रक्रिया विधियों को शामिल करती है: लॉस्ट-वॉक्स प्रसिद्ध ढालन वाली मोनोलिथिक ब्लेड डिस्क, इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग मोनोलिथिक ब्लेड डिस्क, इलेक्ट्रोकेमिकल मशीनिंग मोनोलिथिक ब्लेड डिस्क, लीनियर फ्रिक्शन वेल्डिंग मोनोलिथिक ब्लेड डिस्क और पांच-निर्देशांक CNC मशीन टूल मशीनिंग मोनोलिथिक ब्लेड डिस्क।

पांच-निर्देशांक CNC मशीन उपकरण प्रसंस्करण समग्र पत्ती डिस्क निर्माण प्रक्रिया घरेलू विमान इंजन समग्र पत्ती डिस्क निर्माण प्रक्रिया में सबसे पहले, सबसे व्यापक इंजीनियरिंग अनुप्रयोग और उच्च तकनीकी परिपक्वता है। इसमें, इस प्रौद्योगिकी के विकास और अनुप्रयोग का मुख्य केंद्र खोदाई और खोदाई प्रौद्योगिकी, सममिति बारा मिलिंग ब्लेड प्रोफाइल फिनिशिंग प्रौद्योगिकी, ब्लेड अग्रभाग और पीछे के किनारे प्रसंस्करण त्रुटि प्रतिकार प्रौद्योगिकी और पूरी पत्ती डिस्क प्रोफाइल अनुकूलन प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी [1] पर केंद्रित है। विदेशी T700 इंजन, BR715 इंजन बूस्टर स्टेज, EJ200 इंजन समग्र पत्ती डिस्क का उपयोग इस प्रसंस्करण विधि का उपयोग करके निर्माण और उत्पादन किया जाता है, चीन CJ1000A, WS500 और अन्य विमान इंजन समग्र पत्ती डिस्क पांच निर्देशांक CNC प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी का उपयोग करके निर्माण किया जाता है। आकृति 1 चीन में निर्मित व्यापारिक विमान इंजन उच्च-दबाव संपीड़क की पहली स्टेज समग्र पत्ती डिस्क को दर्शाती है।

खोखली पत्ती निर्माण प्रौद्योगिकी

टर्बोफ़ैन इंजन का पंखा ज्वाला संकुल से दूर होता है, और गर्मी का भार कम होता है, लेकिन उन्नत एयरोइंजन की इसकी वायुगत कार्यक्षमता और विदेशी वस्तुओं से नुकसान रोकने की क्षमता में सुधार होता जा रहा है। उच्च प्रदर्शन एयरोइंजन पंखा चोड़े पंखे, शोल्डर की कमी और खोखले पंखे ब्लेड का उपयोग करता है।

लुओ लुओ कंपनी द्वारा विकसित त्रिकोणीय ट्रस संरचना वाली खोखली पंखे की पंखी मूल बीज-बीजी पंखी का सुधार है। लुओ लुओ कंपनी इसे दूसरी पीढ़ी की खोखली पंखे की पंखी कहती है। प्रक्रिया अतिप्लास्टिक रूपांतरण/विफुसन कनेक्शन (SPF/DB) संयुक्त प्रक्रिया विधि का उपयोग करके 3-लेयर टाइटेनियम एल्युमिनियम प्लेट को चौड़े जीवन खोखली पंखे की पंखी में बनाने के लिए है। पंखे के खोखले हिस्से में एक त्रिकोणीय ट्रस संरचना होती है, जो बोइंग 777 और A330 विमानों के ट्रेंट इंजनों पर पहले से ही उपयोग में है। भारत में त्रिकोणीय ट्रस संरचना वाली खोखली पंखे की पंखी बनाने की प्रौद्योगिकी में भी एक बreakthrough आया है (आंकड़ा 2 खोखली पंखे की पंखी और आंतरिक त्रिकोणीय संरचना दिखाता है), लेकिन इंजीनियरिंग अनुप्रयोग को पूरा करने के लिए, बल, झटका, थकान परिक्षण और प्रक्रिया अनुकूलन अनुसंधान कार्य को चलाया जाना चाहिए।

खोखले ब्लेड की विनिर्माण प्रक्रिया इस प्रकार है: सबसे पहले, 3 टाइटेनियम एल्युमिनियम प्लेटों की आवश्यकता होती है जिन्हें ऊपरी, मध्य और निचले परतों में रखा जाता है, मध्य परत कोर प्लेट है, ऊपरी और निचली परतें क्रमशः पत्ती के बेसिन और पत्ती की पीठ की प्लेट है। फिर, तेल निकालने और एसिड धोने के बाद तीन टाइटेनियम एल्युमिनियम प्लेटों से पंखे की खोखली ब्लेड बनाई जाती है, मध्य परत पर फ्लक्स चेक के साथ कोटिंग, टाइटेनियम प्लेट वेल्डिंग, मोल्ड हीटिंग, आर्गन परिशोधन, डिफ़्यूज़न कनेक्शन, सुपरप्लास्टिक फॉर्मिंग, फर्नेस के साथ ठंडा होना, सतह धोना, पत्ती का मूल और इनलेट और आउटलेट किनारे प्रोसेसिंग, पत्ती की जाँच और अन्य प्रक्रियाएँ [2] सुपरप्लास्टिक फॉर्मिंग/डिफ़्यूज़न कनेक्शन (SPF/DB)।

उच्च-स्तरीय बेयरिंग विनिर्माण प्रौद्योगिकी

बेअरिंग एक विमान इंजन का एक महत्वपूर्ण घटक है, जो लाखों RPM की उच्च गति पर बहुत समय तक चलता है, इंजन रोटर के उच्च गति की घूर्णन बल और विभिन्न प्रकार के दबाव, घर्षण और अति-उच्च तापमान के प्रभाव को सहन करना भी पड़ता है। बेअरिंग की गुणवत्ता और प्रदर्शन सीधे इंजन के प्रदर्शन, जीवन, विश्वसनीयता और उड़ान की सुरक्षा पर प्रभाव डालते हैं। उच्च-स्तरीय बेअरिंग के विकास और उत्पादन में संपर्क यांत्रिकी, तरलण सिद्धांत, ट्राइबोलॉजी, थकान और क्षति, ऊष्मा उपचार और सामग्री संगठन आदि के बहुशाखाओं के अनुसंधान से जुड़े होते हैं, और डिजाइन, सामग्री, निर्माण, निर्माण उपकरण, परीक्षण और परीक्षण, तेल और तरलण में बड़ी संख्या में तकनीकी समस्याओं को हल करना भी पड़ता है।

वर्तमान में, उच्च-स्तरीय बेयरिंगों का शोध और विकास, निर्माण और बिक्री लगभग पूरी तरह से पश्चिमी देशों के बेयरिंग निर्माता उद्योगों जैसे कि टिम्केन, एनएसके, एसकेएफ, और एफएजी द्वारा अधिकृत है। चीन की हवाई जहाज़ इंजन निर्माण तकनीक पीछे है, और भारतीय बेयरिंग निर्माता उद्योगों की उत्पादन क्षमता और विकास स्तर छोटे समय में उन्नत हवाई जहाज़ इंजनों के लिए उपयुक्त उच्च-स्तरीय बेयरिंग प्रदान नहीं कर सकती। बेयरिंग चीन के विमान इंजन शोध और विकास में कठिन 'माउंट एवरेस्ट' बन गई है, जो चीन के उच्च-प्रदर्शन विमान इंजनों के विकास को बड़े पैमाने पर सीमित करती है।

पाउडर टर्बाइन डिस्क निर्माण तकनीक

एयरोइंजन टर्बाइन डिस्क को उच्च तापमान और उच्च तनाव की संकल्पना, कठिन कार्य प्रतिबंध, जटिल तैयारी प्रक्रिया, और तकनीकी कठिनाई के अधीन किया जाता है, जिससे यह चीन में इंजन विकास में एक मुख्य कठिनाई बन गई है। विदेशों में उच्च प्रदर्शन वाले एयरोइंजनों में पाउडर सुपरएलोइज़ का उपयोग उनके उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों और अच्छे गर्मी-ठंडी प्रक्रिया गुणों के कारण बहुत आम तरीके से किया जाता है। पाउडर टर्बाइन डिस्क का निर्माण पदार्थ विकास, मास्टर एलोइ को पिघलाना, पाउडर तैयारी और उपचार, गर्म समान दबाव दबाव (हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग), समान तापमान वाली फोर्जिंग, गर्म प्रक्रिया, और उच्च-शुद्धि की जाँच और मूल्यांकन जैसी एक श्रृंखला की महत्वपूर्ण निर्माण प्रौद्योगिकियों को शामिल करता है। यह उन्नत एयरोइंजन निर्माण के लिए अनिवार्य महत्वपूर्ण निर्माण प्रौद्योगिकियों को बनाए रखता है। विदेशी अनुसंधान पाउडर टर्बाइन डिस्क पर उपयोग प्रदर्शन के संदर्भ में उच्च-शक्ति टर्बाइन डिस्क से क्षति-प्रतिरोधी टर्बाइन डिस्क तक विकसित करने की ओर बढ़ रहा है, और पाउडर प्रक्रिया से अति-शुद्ध छोटे पाउडर तक। गर्म समान दबाव दबाव के अलावा, अपघटन ढालने और समान तापमान वाली फोर्जिंग निर्माण प्रक्रियाएं भी विकसित की गई हैं। चीन में, बीजिंग एयरोस्पेस मटेरियल्स इंस्टिट्यूट ने एयरोइंजन पाउडर टर्बाइन डिस्क के विभिन्न प्रकार का विकास किया है, जिससे उन्नत एयरोइंजन पाउडर टर्बाइन डिस्क की मुख्य निर्माण तकनीकी समस्याओं को हल किया गया है, लेकिन पाउडर टर्बाइन डिस्क की इंजीनियरिंग निर्माण समस्या पूरी तरह से हल नहीं हुई है।

मिश्रित सामग्री निर्माण प्रौद्योगिकी

मिश्रित सामग्री प्रौद्योगिकी का उपयोग उच्च प्रदर्शन वाले हवाई इंजनों में बहुत फैले हुए है। LEAP इंजन विकास की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, Sniema ने 3D वीव्ड रेझिन ट्रांसफर मॉल्डिंग (RTM) प्रौद्योगिकी को मिश्रित फ़ैन केसिंग्स और मिश्रित फ़ैन ब्लेड्स बनाने के लिए अपनाया है। RTM प्रौद्योगिकी द्वारा बनाए गए LEAP इंजन के भागों की शक्ति उच्च होती है, और भार केवल उसी संरचना के टाइटेनियम एल्यूमिनियम भागों के आधे होता है। F119 इंजन विकास की प्रक्रिया में, प्रैट एंड व्हिटने ने लगातार SiC फाइबर रिनफोर्स्ड टाइटेनियम मैट्रिक्स कॉम्पाउंड वाली चौड़ी चार्ड फ़ैन ब्लेड्स का विकास किया। यह मिश्रित ब्लेड उच्च स्टिफ़नेस, हल्का वजन और धक्का प्रतिरोध के गुणों का अधिकारी है, और इसे तीसरी पीढ़ी की चौड़ी चार्ड फ़ैन ब्लेड कहा जाता है। F119 टर्बोफैन इंजन के 3 स्टेज फ़ैन रोटर्स सभी इस सामग्री से बने हैं। चीन में, मिश्रित सामग्री बनाने की प्रौद्योगिकी का भी उपयोग हवाई इंजन खंड के बनाने में किया गया है, और मेल्ट ऑटोजेनस TiB2 कण रिनफोर्स्ड एल्यूमिनियम मैट्रिक्स कॉम्पाउंड फ़ैन ब्लेड्स में बहुत अग्रगण्य प्रगति हुई है। लेकिन TiB2 कण रिनफोर्स्ड एल्यूमिनियम मैट्रिक्स कॉम्पाउंड फ़ैन ब्लेड की दक्ष प्रसंस्करण, प्रसंस्करण सतह मजबूती, थकान प्रतिरोध और विदेशी वस्तुओं से नुकसान प्रतिरोध प्रौद्योगिकी इस सामग्री के फ़ैन ब्लेड इंजीनियरिंग अनुसंधान की मुख्य और कठिन चुनौतियाँ हैं।