Ključna tehnologija, popularna tehnologija i osnovna tehnologija napredne proizvodnje aerodromskih motora

Omjer jačine težini i omjer snage težini su najvažniji tehnički indeksi za mjerenje i evaluaciju naprednosti avionskih motora. Kako bi se postigao omjer jačine-težine motora preko 10, avionski motor neprestano koristi nove materijale i uvodi nove strukture kako bi smanjio težinu komponenti motora, istovremeno znatno povećavajući temperaturu ispred turbine motora. To stavlja više tehničkih zahtjeva na proizvodnju motora i potiče neprestano pojavljivanje i razvoj novih tehnologija u proizvodnji avionskih motora. Niz ključnih proizvodnih tehnologija razvijenih za razvoj visoko performantnih avionskih motora postati će ili već su postali smjerom razvoja naprednih tehnologija proizvodnje. Ovaj članak predstavlja ključne proizvodne tehnologije avionskog motora iz tri aspekta: ključna tehnologija, popularna tehnologija i osnovna tehnologija. Ključna proizvodna tehnologija je nužna tehnologija za razvoj naprednog avionskog motora. Proizvodna tehnologija trenutno u fokusu je tehnologija koju je potrebno proučiti kako bi se poboljšala učinkovitost i kvaliteta proizvodnje motora. Osnovna proizvodna tehnologija je tehnologija koja treba biti postepeno akumulirana i razvijena tijekom razvoja motora i masovne proizvodnje, a predstavlja meku moć razine tehnološke sposobnosti i kapaciteta proizvodnje motora.

Ključna tehnologija proizvodnje aerodromskog motora

Tehnologija proizvodnje jednoštalučne turbine

Temperatura na ulazu u turbinu suvremenog aerodromskog motora je znatno povećana, a temperatura na ulazu u turbinu motora F119 iznosi čak 1900~2050K, a turbine odražane tradicionalnim postupkom jednostavno ne mogu izdržati takvu visoku temperaturu, pa će se čak i topiti i neće učinkovito raditi. Jednoštalučne turbine uspješno rješavaju problem otpornosti na visoke temperature turbini motora s pomak-tek stupnja 10. Izvrstan otpor na visoke temperature jednoštalučnih turbini uglavnom ovisi o tome što u cijeloj lopatici postoji samo jedan kristal, time eliminirajući napete zone u performansama na visokoj temperaturi između granica zrnbaca uzrokovane polikristalnom strukturom ekvaksne i smjerovito kristalne lopatica.

Jednokrystalna turbinasta šipka je dio motora s najviše izrađivanjem procesa, najdužim ciklusom, najnižom stopom kvalifikacije i najstrožim inozemnim blokadom i monopolem. Proces izrade jednokrystalnih turbinastih šipki uključuje tisak jezgra, popravak jezgra, spajanje jezgra, pregled jezgra, podudarnost jezgra i maštala, injekciju vjeverice, X-svjetlosnu provjeru vjeverice, otkrivanje debljine zida vjeverice, oblikovanje vjeverice, kombiniranje vjeverica, kombiniranje sustava za izvlačenje kristala i lijeva, maljovanje, sušenje ljuske, otpaljenje ljuske, pećenje ljuske, lijevanje listića, jednocratalno zakrpevljanje, fukovanje ljuske, početnu provjeru, fluorencijsku provjeru, uklanjanje jezgra, brinjanje, mjerenje širine tetiva, rentgenovsku provjeru listića, provjeru rentgenskog filma, profilnu provjeru, preciziranje listića, otkrivanje debljine zida listića i finalnu kontrolu izrađivanja procesa. Također je potrebno dovršiti dizajn i izradu investicijskog lisanja maštala turbinastih šipki.

U trenutku, samo nekoliko zemalja na svijetu, poput Sjedinjenih Drzava, Rusije, Velike Britanije, Francuske i Kine, moze proizvoditi jednocrkvene turbine lopatice. U zadnjih godina, u Kiniji je napravljeno velikih napredaka u proizvodnji jednocrkvenih turbine lopatica. Razvijene su jednocrkvene turbine lopatice za motore s omjerom potiska težine od 10. stupnjeva, a jednocrkvene turbine lopatice visokog omjera snage težine turbosmarnica su u masovnoj proizvodnji.

Tehnologija visoke učinkovitosti, visoke preciznosti i niske cijene za obradu cjelovitih lopatici

Primjena tehnologije integralnog lopatickog diska potiče inovaciju u dizajnu strukture avijskog motora i skok naprijed u proizvodnom postupku, ostvarujući cilj smanjenja težine motora i povećanja učinkovitosti, te poboljšava pouzdanost rada motora. Isto vrijeme, tanke lopatica, veliki savijanje i visokoefikasni aerodinamički dizajn uzrokuju lošu čvrstotu lopatica, što je lako deformirati i teško kontrolirati; Uzak i duboki tok zraka između lopatica čini da realizacija tehnologije obrade lopatickog diska bude loša. Materijali visoke jačine, kao što su titan alijanci i superalijanci, teško se režeju i imaju nisku učinkovitost. Sjedinjene Države i Velika Britanija su počele primjenjivati novu monolitičnu diskovnu tehnologiju za nove动机e u 1980-ima, dok je monolitična diskovna tehnologija Kine počela oko 1996.

Primjena integralne tehnologije lopatica-diskova promijenila je razvoj tehnologije integracije strukture motornih komponenti. Tandemni integralni lopatici-diskovi s bubnom, lopatica-disk s osi, kombinacija diska-bubna-ose, zatvoreni disk lopatica s prsticom, pravougaoni statorno prstenast disk lopatica i dvostepeni ili višestepeni kombinirani disk lopatica su redom primjenjeni u razvoju novih aerodromskih motora. Na temelju osnog toka diska i centrifažnog ventilatora razvijeni su veliki i mali strukturi diskova lopatica i kosokutni disk kotiledona.

Kako je monolitički klupasti disk primijenjen u visokoefikasnim aerodinamičkim motorima, tehnologija proizvodnje monolitičkog klupašnog diska razvijala se i poboljšavala. Trenutno, proces obrade monolitičkog klupašnog diska glavnoprije obuhvaća sljedeće 5 vrsta postupaka: izgubljeni vasa precizna litnja monolitičkog klupašnog diska, elektronski zrak savijanje monolitičkog klupašnog diska, elektrohimija obrada monolitičkog klupašnog diska, linearno trenje savijanje monolitičkog klupašnog diska i petkoordinatna CNC strojarska obrada monolitičkog klupašnog diska.

Proces proizvodnje cjelovitog listovog diska s pomoću petokoordinatne CNC strojne opreme je najstariji, najširije primjenjeni inženjerski proces u domačoj proizvodnji cjelovitih listovih diska za aerodinamičke motor. Ključna je točka razvoja i primjene ove tehnologije u tehnologiji reza i reza, simetrično spiralno šlijivanje za završnu obradu profiliranja lopatica, tehnologija kompenzacije pogrešaka obrade prednjeg i zadnjeg ruba lopatica i adaptivna tehnologija obrade cjelokupnog profila lopaticnog diska [1]. Inozemni T700 motor, motorni pojačivač BR715, EJ200 cjeloviti lopaticni disk koristi ovaj način obrade i proizvodnje, Kina CJ1000A, WS500 i drugi avionski motorni cjeloviti lopaticni disk također se proizvodi pomoću tehnologije petokoordinatne CNC obrade. Slika 1 prikazuje prvi stupnjevni cjeloviti lopaticni disk visoke tlaka komercijalnog avijskog motora izrađen u Kini.

Tehnologija proizvodnje praznih lopaca

Ventilator turboventilacijskog motora je udaljen od kamere za sagoravanje, a toplinska opterećenja su niske, ali se zahtjevi naprednog aeromotora u smislu njegove aerodinamičke učinkovitosti i sposobnosti sprečavanja štete od strane vanjskih tijela stalno poboljšavaju. Visoko performantni ventilator aeromotora koristi široku tetivu, bez ramena i prazne ventilatorske lopatica.

Prazninska ventilatorska lopatica s trokutastom traverznom konstrukcijom, razvijena od strane Luo Luo tvrtke, predstavlja poboljšanje u odnosu na izvornu pčelinju bilježnu lopaticu. Luo Luo tvrtka ju zove drugom generacijom praznine lopatica. Postupak je da se koristi superplastično oblikovanje/difuzijsko spojivanje (SPF/DB) kombinirani postupak za izradu 3-slojnog titanovog alijansa u široku tetivnu prazninu ventilatorsku lopaticu. Prazninski dio lopatice je trokutasta traverzna struktura, koja se već koristi na motora Trent na letишtima Boeing 777 i A330. Tehnologija proizvodnje praznih ventilatorskih lopatica s trokutastom traverznom strukturom u Kini je također napravila prolom (Slika 2 prikazuje praznu ventilatorsku lopaticu i unutrašnju trokutastu strukturu), ali kako bi se ispunilo inženjersko primjene, potrebno je provesti mnogo istraživanja snage, vibracija, umor i optimizacije procesa.

Proces proizvodnje praznih lopatica je sljedeći: Prvo je potrebno pripremiti 3 ploče od titanovog alijansa i rasporediti ih u gornjem, srednjem i donjem sloju. Srednji sloj je jezgra, dok su gornji i donji sloj redom čaša za list i ploča za pozadinu lista. Zatim se prazne lopice ventilatora formiraju iz tri ploče od titanovog alijansa nakon uklanjanja ulja i kiselog očišćavanja, provjere srednjeg sloja sa fluksom, svarenja titanovih ploča, topljenja forme, argonske čišćenja, difuznog spajanja, superplastičkog oblikovanja, hlađenja u pećinu, površinskog umiva, obrade korijena lopice te ulazne i izlazne ivice, te inspekcije lopice i drugih postupaka [2] superplastičko oblikovanje/difuzni spoj (SPF/DB).

Tehnologija visoke kvalitete proizvodnje šipova

Polje je jedan od ključnih komponenata avionskog motora, polje koje radi na visokoj brzini u rasponu od desetina tisuća RPM tijekom dugačak period, te također mora izdržati ogroman centrifugalni silu i razne oblike stiskanja napona, trenja i ultra-visoke temperature utjecaj uzrokovan visokobrzinskom rotacijom rotor motora. Kvaliteta i performanse polja izravno utječu na performanse motora, život, pouzdanost i sigurnost leta. Razvoj i proizvodnja visoko-kvalitetnih polja svezano je s međudisciplinarnim istraživanjem uključujući mehaniku dodira, teoriju smaziva, tribologiju, umor i oštećenje, toplinsko obradujvanje i materijalnu strukturu itd., a također je potrebno riješiti veliki broj tehničkih problema vezanih uz dizajn, materijale, proizvodnju, proizvodno opremu, testiranje i provjeravanje, masti i smазivanje.

U trenutku, istraživanje i razvoj, proizvodnja i prodaja visoko-kvalitativnih osovnica su uglavnom monopoloizirane od strane tvrtki za proizvodnju osovnica iz zapadnih zemalja poput Timken, NSK, SKF i FAG. Tehnologija proizvodnje leteljskog motora u Kini je pozadinska, a proizvodna kapacitet i razvojni nivo domaćih tvrtki za proizvodnju osovnica ne mogu u kratkom roku pružiti visoko-kvalitativne osovnice koje su prikladne za napredne leteljske mote. Osovina je postala "Mount Everest" koji je teško preći u kineskom razvoju leteljskog motora, što velikim dijelom ograničava razvoj visoko-performantnih leteljskih motora u Kini.

Proizvodna tehnologija prašnine turbinskog diska

Turbinska ploča aeromotora je podvrgnuta nadolazeću djelovanju visoke temperature i visokog napona, strogi radni uvjeti, složeni pripremni proces te tehničke težine, što je postalo jedan od problema u razvoju motora u Kini. Prahne superlegure široko se koriste u visoko performantnim aeromotorima u inozemstvu zahvaljujući svojim izvanrednim mehaničkim osobinama i dobroj performansnoj hladnog i topleg oblikovanja. Proizvodnja prahne turbineske ploče uključuje seriju ključnih proizvodnih tehnologija poput razvoja materijala, tijekanja glavnih legura, pripreme i obrade prašnjaka, toplu izostatičku tlačenje, izotermsko forgeanje, topline obrade, kao i visoko preciznu detekciju i evaluaciju itd. Ona nosi ključnu proizvodnu tehnologiju neophodnu za proizvodnju naprednih aeromotora. Trenutak stranih istraživanja prahne turbineske ploče je usmjeren na razvoj od turbineske ploče s visokom čvrstoćom prema turbineskoj ploči otpornom na oštećenja u smislu korištenja performansi, a proces prašenja prema ultračistome finom prašnjaku. Pored topleg izostatičkog tlačenja, razvijaju se i procesi ekstruzije i izotermskog formiranja. U Kiniji, Bejingov institut za letalske materijale je razvio različite aeromotorske prahne turbineske ploče, što je riješilo ključne probleme proizvodnje naprednih aeromotorskih prahnih turbineskih ploča, ali problem inženjerske proizvodnje prahnih turbineskih ploča još nije potpuno riješen.

Tehnologija proizvodnje slojevih materijala

Tehnologija slojevito materijala široko se koristi u visoko performantnim aerodinamičkim motorima. Da bi se ispunile potrebe razvoja motora LEAP, Sniema primjenjuje 3D prepletenu tehniku prijenosa rezina (RTM) za proizvodnju slojevitih ventilatorskih omotača i ventilatorskih lopatica. Dijelovi motora LEAP izrađeni RTM tehnikom imaju visoku čvrstotu, a masa je samo polovica mase dijelova od titanove legure iste strukture. Tijekom razvoja motora F119, Pratt & Whitney je razvio neprekidne SiC vlakna pojačane titan matricnu kompozitnu široku tetivnu ventilatorsku lopaticu. Ova vrsta kompozitne lopate ima svojstva visoke krutosti, lagane težine i otpornosti na udarce, i naziva se trećem generacijom šire tetive ventilatorske lopate. U turboventilatornom motoru F119, svi tri stupnja ventilatorskih rotoriju izrađeni su od ovog materijala. U Kini, tehnologija proizvodnje slojevite materije također se primjenjuje u proizvodnji dijelova avijskog motora, a veliki napredak napravljena je u smjeru toplošne autogene TiB2 čestice pojačane aluminij matricne kompozitne ventilatorske lopatice. Međutim, efikasna obrada TiB2 čestice pojačane aluminij matricne kompozitne ventilatorske lopatice, jačanje obradivog površina, otpornost na umor i otpornost na štetu od strane stranih tijela su ključni i teški za ostvariti inženjerska istraživanja za primjenu ovog materijala.