Az haladó repülőmotor gyártás kulcstechnológiái, forró technológiái és alaptudományai

A nyomás-tömeg arány és a teljesítmény-tömeg arány a legfontosabb technikai mutatók a repülőgép-motorok fejlettességének mérésére és értékelésére. Annak érdekében, hogy az egyenlegi nyomás-tömeg arányt 10-nél nagyobbra emeljük, a repülőgép-motor folyamatosan új anyagokat használ, és új szerkezeteket vezet be, hogy csökkentse a motor részeinek tömegét, miközben jelentősen növeli a turbin előtti hőmérsékletet. Ez magasabb technikai követelményeket vet fel a motor gyártása szempontjából, és ösztönzi az új technológiák folyamatos megjelenését és fejlődését a repülőgép-motorok gyártásában. Az eredmények sorozata a kulcsfontosságú gyártási technológiák fejlesztéséhez a nagy teljesítményű repülőgép-motorokért fejlesztéséhez vagy már fejlődési irányvonalak lesznek a haladó gyártási technológia területén. Ez a tanulmány bemutatja a repülőgép-motor kulcsfontosságú gyártási technológiáit három aspektusról: kulcsfontosságú technológia, forró technológia és alaptechnológia. A kulcsfontosságú gyártási technológia a szükséges technológia a haladó repülőgép-motor fejlesztéséhez. A gyártási trend technológiái olyan technológiák, amelyeket tanulmányozni kell a motor gyártási hatékonyságának és minőségének javítása érdekében. Az alapgyártási technológia azon technológia, amelyet lassan felhalmozni és fejleszteni kell a motor fejlesztése és tömeges gyártása során, és ez tükrözi a motor gyártási technológiai szint és termelési kapacitás 'szoftveres' erejét.

Az repülőmotor gyártás kulcsfontosságú technológiája

Egyetlen kристályból készült turbinlapos gyártási technológia

A modern repülőmotorok turbinjainak eleje nagyon megnövekedett hőmérsékletre, és az F119 motor turbinjának eleje 1900~2050K közötti hőmérsékletig elérhető. A konvencionális folyamatokkal készített turbinlapok egyszerűen nem bírnak ilyen magas hőmérséklettel, sőt meg is varázsnak, és nem tudnak hatékonyan működni. Az egyetlen kristályból készült turbinlapok sikeresen oldották meg a magas hőmérséklet-ellenállási problémát a nyomás-tömeg arányukban tízes szintű motorok turbinlapjainak. Az egyetlen kristályból készült turbinlapok kiváló magas hőmérséklet-ellenállása főként abból adódik, hogy a teljes lap csak egyetlen kristályból áll, így eliminiálva a polikristály szerkezetű egyenlő irányú és irányított növekedésű kristálylapok központi határzónái által okozott hibákat magas hőmérsékletű viselkedésben.

A egykristályos turbinaszárnya a legtöbb gyártási folyamatból származó, a leghosszabb ciklusú, a legalacsonyabb minősítési arányú és a legszigorúbb külföldi tilalom és monopólium által érintett motorrész. A egykristályos turbinaszárnyak gyártási folyamata tartalmazza a mag nyomást, a mag javítást, a mag szenvedélyezést, a mag ellenőrzését, a mag és a formák párosítását, a vax formák öntését, a vax formák X fényes vizsgálatát, a vax formák falvastagság detektálását, a vax formák berendezését, a vax formák kombinálását, a kристályextrakciós rendszer és az öntőkapcsolat kombinálását, a festék homokeltávolítást, a kéreg szárítást, a kéreg vízleválasztást, a kéreg sütést, a levél öntését, a egykristályos konzolidációt, a kéreg fúvást, az elsődleges ellenőrzést, a fluoreszcencia vizsgálatot, a mag-eltávolítást, a mérgezést, a húr szélesség mérést, a szárny X-iraszkép vizsgálatát, az X-iraszkép vizsgálatot, a profill vizsgálatot, a finom szárnyt, a szárny falvastagság detektálását és a végső ellenőrzést a gyártási folyamat során. Emellett szükséges teljesíteni a turbinaszárny befektetési öntési formák tervezését és gyártását.

Jelenleg csak néhány ország a világon, mint például az Egyesült Államok, Oroszország, Nagy-Britannia, Franciaország és Kína tudja gyártani az egyszeres krisztalyú turbinás varrógép-élőket. Az elmúlt években nagy előrelépés történt Kínában az egyszeres krisztalyú turbinás varrógép-élők gyártásában. Fejlesztettek ki 10-számszerű hajtósugár-összehasonlító motorok egyszeres krisztalyú turbinás varrógép-élőit, és tömegesen gyártják a magas teljesítmény-súly arányú turboszár motorok egyszeres krisztalyú turbinás varrógép-élőit.

Egységességi varrógép-élő magas hatékonyságú, magas pontosságú és alacsony költségű feldolgozó technológia

Az integrált lógtető technológia alkalmazása elősegíti az aeromotor szerkezet tervezési innovációját és a gyártási folyamat ugrását, megvalósítja a motor súlycsökkentésének és hatékonyságának növelésének célszerűségét, valamint növeli a motor működési megbízhatóságát. Ugyanakkor a lóg vékony vastagsága, nagy görbülete és magas hatékonyságú légforgástervezés rossz lóg merevséget eredményez, amely könnyen alakulhat és nehéz ellenőrizni; a lógok közötti szűk és mély légáramlási csatorna rosszra hat a lógtető feldolgozási technológián. A titán- és szuperhúszeres anyagok, mint például a magas erősségi anyagok, nehezen metszhetők és alacsony hatékonyságúak. Az Egyesült Államok és Nagy-Britannia 1980-as éveiben kezdte el alkalmazni az új motor egységes tetőtechnológiát, míg Kína egységes tetőtechnológiájának fejlesztése 1996 körül kezdődött.

Az integrális láp-leres technológia alkalmazása elősegítette a motoros részstruktúra integrációs technológia fejlődését. A hordóval ellátott soros láp-leres, a tengelyes láp-leres, a lerész-tengely kombináció, a zárólapos lér, a rendező statorkörnyezetes láp-leres és a két- vagy több szintes láp-leres kombinációk sorban alkalmazásra kerültek az új repülőmotorok fejlesztése során. Az akkulátlap és a centrifuuga-képzelő alapján fejlesztik a nagy és kis lapstruktúrájú leereszeket és a ferdeáramú féllepke-leert.

Mivel a monolitikus lészkijegy alkalmazásra került a nagy teljesítményű repülőgép-motorokban, a monolitikus lészkijegy gyártási technológiája folyamatosan fejlődött és javul. Jelenleg a monolitikus lészkijegy feldolgozási folyamata főként az alábbi 5 fő folyamatot tartalmazza: a veszteszteléses precíziós öntéses monolitikus lészkijegyet, az elektron Sugár-szovargatásos monolitikus lészkijegyet, az elektrokémiai feldolgozásos monolitikus lészkijegyet, a lineáris súrlódási szovargatásos monolitikus lészkijegyet és az öt koordinátás CNC gépi berendezés feldolgozásos monolitikus lészkijegyet.

Az öt koordinátás CNC gépi berendezés folyamata, amelyet az egységíttő lappanjegy gyártására használnak, a legkorábbi, legszertebb mérnöki alkalmazású és magas technológiai készültséggel rendelkezik a belső repülőgép-motorok egységíttő lappanjegy gyártási folyamatában. Ezek közül a kulcsfontosságú technológia fejlesztése és alkalmazása a vályogoló és vályogoló technológia, a szimmetrikus spirális millerés alapú lapprofil véglegesítési technológia, a lap elő- és hátajának hibáinak kompenzációs technológiája és az egész lappanjegy profilának adaptív feldolgozásának technológiája [1]. A külföldi T700 motor, BR715 motor növekményes szintje, valamint az EJ200 motor egységíttő lappanjegye ezzel a feldolgozási módszerrel került gyártásra és feldolgozásra, és Kínában a CJ1000A, WS500 stb. repülőgép-motorok egységíttő lappanjegye is öt koordinátás CNC feldolgozási technológiával kerül gyártásra. Az ábra 1 bemutatja az első szintű egységíttő lappanjegyet a kínai gyártmányú civil repülőgép-motoros magas nyomású tömörítőből.

Üres lábgyárátékonysági technológia

A turbofan motorkéreg messze van a fürdőtől, és a hőterhelés alacsony, de az előrehaladott repülőgép-motorok aerodinamikai hatékonysága és a külső testek sértését megakadályozó képességük folyamatosan fejlődik. A nagy teljeségű repülőgép-kéreg széles húrú, váll nélküli és üres belső területű kéreglemezeket használ.

A Luo Luo Cége által fejlesztett üres helyi vasmotorlap a háromszög alapú rács szerkezetű, az eredeti mézszándékos lap fejlesztésének tekinthető. A Luo Luo Cég ezt a második generációs üres helyi vasmotorlapnak nevezi. A folyamat a szuperplasztikus alakítás/diffúziós kapcsolat (SPF/DB) kombinált folyamat módszerével, amely három rétegű titan-ligaturából gyárt egy széles hangvonalú üres helyi vasmotorlapot. A lap üres része egy háromszög alapú rács szerkezet, amely már alkalmazásra került a Trent motorokon a Boeing 777 és A330 repülőgépeken. Kínában is elértek áttörést a háromszög alapú rács szerkezetű üres helyi vasmotorlap gyártási technológiájában (a 2. ábra bemutatja az üres helyi vasmotorlapot és a belső háromszög alapú szerkezetet), de az építészeti alkalmazás eléréséhez még számos erősség-, rezgés- és fáradás-próbáló, valamint folyamatoptimalizálási kutatási munkát kell végezni.

A üres lésú gyártási folyamat a következő: Először is, 3 titan-ligasz tálcát kell felkészíteni és elhelyezni az alsó, középső és felső rétegeken. A középső réteg a mag-tábla, a felső és alsó réteg pedig a lap alapjának és a lap hátulójának táblái. Ezután a gondozó üres lésűk három titan-ligasz táblából alakulnak ki az olajt eltávolító és savosító folyamatok után, a középső rétegen a flúxusz ellenőrzése, a titan tábla összefonása, a málna melegítése, az argon tisztítása, a diffúziós kapcsolat, a szuperplasztikus formálás, a hűtés a sírás mellett, a felület mosása, a lés gyökérészeinek és a befogó és kifogó éleinek feldolgozása, valamint a lés ellenőrzése és más eljárásokkal [2] szuperplasztikus formálás/diffúziós csatlakozás (SPF/DB).

Magas minőségű tengelybáró gyártási technológia

A gömbecske az egyik kulcsfontosságú összetevője a repülőmotoroknak, magas sebességen, több tízezer RPM-on futva hosszú időn keresztül, valamint ki kell bírnia a motor rotorjának magas sebességű forgásához kapcsolódó immenso centrífugus erőt és a különböző típusú nyomásstresszeket, súrlódást és ultra-magánhő hatását. A gömbökcsek minősége és teljesítménye közvetlenül befolyásolja a motor teljesítményét, élettartamát, megbízhatóságát és repülési biztonságát. A magas-végű gömbökcsek fejlesztése és gyártása szorosan összefügg a kontaktmechanika, a smaragdasági elmélet, a tribológia, a fáradás és károsodás, a hőkezelés és anyagstruktúra stb. kereszttudományos kutatásával, és meg kell oldania egy sor technikai problémát a tervezés, anyagok, gyártás, gyártóeszközök, tesztelés és vizsgálat, zsír és smaragdaság terén.

Jelenleg a magas-végű guríték kutatás-fejlesztése, gyártása és értékesítése alapvetően az nyugati országokban működő guríték-gyártó vállalatokkal, mint például a Timken, NSK, SKF és FAG van megszorítva. Kína repülőgép-motor gyártási technológiája hátra van maradva, és a belső guríték-gyártó vállalatok termelési kapacitása és fejlesztési szintje nem tud rövid időn belül olyan magas-végű gurítékeket biztosítani, amelyek alkalmasak a haladó repülőgép-motorokhoz. A guríték lett a 'Mount Everest', amelyet Kínának nehéz átnyernie az aeromotor kutatás-fejlesztésében, ami nagymértékben korlátozza Kína magas teljesítményű aeromotor fejlesztését.

Poros turbinlemezes gyártási technológia

Az repülőgép turbinatartályt magas hőmérséklet és magas tömeg hatásának összetett hatására, súlyos működési feltételekre, bonyolult elkészítési folyamatra és technikai nehézségekre teszi kijelentkezve, amely egyik legnagyobb akadálya lett a kínai motorfejlesztésnek. A poros szuperalloyok nagy teljesítményű repülőgép-motorokban használják az idegen országokban, mivel kitűnő mechanikai tulajdonságokkal és jó hő- és hideg feldolgozási viselkedéssel rendelkeznek. A poros turbinatartály gyártása anyagfejlesztést, alapötvöztetést, por-elkészítést és kezelést, meleg izostatiskus nyomást, izotermus gyújtást, hőkezelést, valamint magas pontosságú észlelését és értékelését tartalmazza stb., amely a kulcsfontosságú gyártási technológia a modern repülőgép-motorok gyártásához. Az idegen kutatások trendje a poros turbinatartály terén az erős turbinatartályról a sebezhető turbinatartályra változik a szolgáltatási teljesítményben, és a porozási folyamat ultra-tiszta finom porra fejlődik. A meleg izostatiskus nyomás mellett a kinyomó formázás és az izotermus gyújtás formázási folyamat is kidolgozott. Kínában a Běijingszki Légijárásanyagok Intézete fejlesztette ki a repülőgép-motorok poros turbinatartályait, amely megoldotta a kulcsfontosságú gyártási technológiai problémákat a modern repülőgép-motorok poros turbinatartályaival kapcsolatban, de a poros turbinatartályok mérnöki gyártási problémája még nem oldódott meg teljesen.

Összetett anyaggyártási technológia

A kompozit anyag technológia széleskörűen használatos a nagy teljesítményű repülőgép-motorokban. A LEAP motor fejlesztésének igényeinek megfelelően a Sniema 3D összejtett rezenszállító formázás (RTM) technológiát alkalmazza a kompozit ventilátorhártyák és kompozit ventilátorlapok gyártására. Az RTM technológiával gyártott LEAP motor részek erősek, és a tömege csak fele annyi, mint azonos szerkezetű titaánlego részeké. Az F119 motor fejlesztésének folyamán a Pratt & Whitney folytonos SiC-szál-reinált titaánmátrixú kompozit széles húrú ventilátorlapokat fejlesztette ki. Ez a kompozit lap magas merevséggel, könnyűséggel és ütközésellenes tulajdonságokkal rendelkezik, és az úgynevezett harmadik generációs széles húrú ventilátorlapot jelenti. Az F119 turbójegyzőmotor három szintű ventilátorrotorai ezen anyagból készültek. Kínában a kompozitanyag-gyártási technológia már alkalmazásra került az airbusmotorrészek gyártásában, és a vízszintes TiB2 részecskével reinált alumíniummátrixú kompozit ventilátorlapok terén jelentős előrelépést ért el. A TiB2-részecske-reinált alumíniummátrixú kompozit ventilátorlap hatékony feldolgozása, a feldolgozott felület erősítése, a rohamellenes tulajdonságok és a külső tárgyak okozta károk elleni technológia a kulcs, amely nehéz megvalósítani ennek anyagú ventilátorlap mérnöki kutatásának alkalmazását.