火から飛行へ：航空エンジン製造における熱技術の驚異を解明する再結晶化

抑制技術

単結晶スーパーアロイの優れた特性は、主に単結晶ブレードの粒界が除去されることに起因し、再結晶化は元の単結晶アロイの高温強度を大幅に低下させます。単結晶ブレードの鋳造後、気体薄膜孔加工、歯車研磨、エッジプレート側面削り、ブレード先端鋳造プロセス穴溶接、熱処理、組み立てなどの後続加工作業が必要です。エンジン運転中、ブレードは高温と冷たい空気の衝撃、高温、巨大な負荷、高速回転時の激しい振動を受け、再結晶化が起こる可能性があります。これまでにいくつかのタービンブレード故障が発生しています。したがって、近年の国内外の研究では、事前回復熱処理、炭化、コーティング、表面変形層の除去などの関連方法を用いて再結晶化を抑制し、境界強化元素を追加して再結晶修復作業を行っています。

3Dプリンティング技術

3Dプリンティング、いわゆる積層造形は、CAD、CAM、粉末冶金、レーザー加工などの技術を統合しています。3Dプリンティング技術を使用すると、「頭脳」のアイデアを三次元の実体にし、コンピュータ上の部品の画像を「実際の」部品として印刷することができます。3Dプリンティング技術は、製造技術と加工概念において「革命的」な変化をもたらしました。オーストラリアのモナシュ大学は、世界初の3Dプリンティングによるジェットエンジンを成功裏に生産しました。同時に、ボーイング、エアバスグループ、サフラングループと協力し、ボーイング他社向けの3Dプリンティングによるエンジンプロトタイプを飛行試験のために提供しています。3Dプリンティング技術により、エンジン部品の製造時間は3か月から6日間に短縮できます。

中国では、3Dプリンティング技術がターボファンエンジンの高圧コンプレッサーロータブレードの先端摩耗部品の修理と再利用に使用されました。3Dプリンティング技術はエンジンの非負荷部品や静止部品の製造に使用されてきましたが、部品の機械的特性については積極的に評価が行われています。同時に、エンジンのロータ部品や負荷部品などの製造における3Dプリンティング技術の使用についても広範な研究が行われています。

ブレード排気エッジ（前縁および後縁）加工技術

航空エンジンの刃の吸気および排気エッジの加工品質は、航空エンジンの空力性能に影響を与える主要な要因の一つです。吸気および排気エッジはまた、刃の欠陥が発生しやすい部分であり、チタン合金の欠陥に敏感な領域でもあります。多くのエンジン故障事例は、刃の吸気および排気エッジの加工欠陥によって引き起こされています。なぜなら、刃の吸気および排気エッジは刃の中で最も薄い部分であり、エッジ部分であるため、剛性が低く、加工変形が大きくなりやすく、加工された刃の吸気および排気エッジにはしばしば四角や尖った形状が現れます。エンジンブレードの大量生産において、高効率かつ高品質なブレードの吸気および排気エッジ加工に関する重要な技術的課題はまだ完全には解決されていません。

適応加工技術

アダプティブマシニング技術は、工具位置軌跡のアダプティブ計画、数値制御システムのアダプティブ制御、およびデジタル検出と組み合わされたアダプティブマシニングという3つの形式に分かれています[3]。中国では、アダプティブマシニング技術が精密鍛造/転造ブレード加工、損傷したブレードの修復、および直線摩擦溶接一体型ブレードディスク加工に成功裏に応用されています。アダプティブマシニング技術は理論と実践において進展と発展を遂げていますが、そのエンジニアリング応用は依然として航空エンジン製造におけるホットリサーチ技術です。

抗疲労製造技術

材料の疲労と表面加工欠陥が航空エンジン部品の故障の主な原因となり、その故障は増加傾向にあります。そのため、「防疲労製造」は航空エンジン製造におけるホット技術となっています。防疲労製造技術とは、部品の製造過程で材料や断面サイズを変更せずに、材料の組織と応力分布を変えることで部品の疲労寿命を向上させる製造プロセスです。疲労寿命は主に熱処理、環境腐食、表面品質、応力集中、表面応力などの要因によって影響を受けます。防疲労製造の主要な方法は、応力集中を低減し、部品の表面強度を向上させることです。応力集中を低減するには、加工された表面の完全性を確保することが重要であり、部品の表面強度を向上させるための最良の方法はショットピーニングです。航空機エンジンの防疲労製造プロセスにおいて、従来のショットピーニングプロセスではさまざまな新しいショットピーニング材が開発され、レーザーショットピーニング、超音波ショットピーニング、高圧水ショットピーニングなどの新しい技術が広く応用されています。

鳥撃防止技術

鳥撃の頻発は航空機エンジンの発展において回避できない問題となっており、国内外で広範な研究が行われています。2015年7月、アメリカ合衆国のFAAは「輸送用航空機に対する鳥撃要件」通知を発行しました。これは、航空機エンジンにおける将来的な鳥撃防止や異物損傷防止に関する具体的な要求事項と規定を示しただけでなく、新しいエンジン材料や新構造製造技術の開発における新たな研究方向も指摘しています。