タービンブレードの1つ1つに宇宙が隠されている

宇宙の美しさは、その神秘性と奥深さにあります。天の川だけでも、人間の観測範囲をはるかに超える無数の銀河、星、塵が含まれています。航空機エンジンのタービンブレードにも、物質の「宇宙」が含まれていることをご存知ですか。この「宇宙」では、原子と分子が巧みに組み合わされ、エンジンがさまざまな性能要件を満たすのに役立っています。

タービンブレード

タービンブレードは、航空機エンジンで最も重要な部品の 1 つです。タービンブレードは、エンジンの中で最も高温、最も複雑なストレス、最も過酷な環境にある部分にあります。タービンブレードは数が多く、形状が複雑で、寸法要件が高く、加工が難しく、航空機エンジンの性能に直接影響します。

先進的な航空機エンジンは1700度以上の温度でも作動する。°C

加圧後の圧力は50気圧以上になる

エンジンの性能、信頼性、寿命の要件を満たすために、タービンブレードの材料は、優れた高温強度、良好な耐酸化性、耐熱腐食性、および良好な疲労および破壊靭性などの総合的な特性を備えている必要があります。

材料の研究開発

ブレード材料開発プロセス

1930年代には、研究者らがステンレス鋼に代わる優れた高温性能を持つ高温合金を開発し、刃を800℃までの温度で使用できるようになった。°C. その後すぐに、真空製錬技術の登場により鋳造高温合金の開発が促進され、多結晶合金が徐々にタービンブレードの主材料になり始めました。

1980年代に研究者らは方向性凝固技術を発見しました。この技術は、結晶成長速度を制御し、粒子を優先的に成長させることで、合金の強度と可塑性を向上させ、合金の熱疲労性能を向上させることができます。これに基づいて、単結晶高温合金が開発され始め、高性能航空機エンジンタービンブレードの主要材料になりました。

製造プロセス

優れた性能を持つ材料を持っているだけでは十分ではありません。航空機エンジンのタービンブレードには、精密な製造技術、つまりインベストメント鋳造プロセスも必要です。

コア、ワックス、シェルの準備

中空ブレードの精密鋳造では、通気孔を作るためにセラミックコアがよく使用されます。セラミックコアを蜜蝋ブレードに入れ、磁器粘土で包んで加熱し、焼成後に内部のワックスを排出して鋳造キャビティを形成します。ワックス型に耐火コーティングを施して高温で焼結し、ワックス型を溶かした後に硬いモールドシェルを形成します。溶融金属をモールドシェルの内腔に注ぎ、鋳造品を得ます。

方向性凝固

厳密な温度制御により、複数の粒子が成長を競い合い、優勢な粒子がキャビティ内に入ります。固液界面が進むにつれて、粒子は成長を続け、単結晶ブレードが得られます。

T東

タービンブレードの製造後、特殊な化学処理でセラミックコアを溶解し、冷却穴を開けて断熱・冷却効果のある遮熱コーティングを施し、X線検査を経てブレードが完成します。

冷却構造

エンジンの場合、タービン入口のガス温度を上げると推力が上がり、エンジン効率と推力重量比が向上します。現在の航空機エンジンでは、タービン入口のガス温度が耐高温ブレード材料の耐えられる限界温度を超えているため、タービンブレードの壁温度を下げるために効果的な冷却方法を使用する必要があります。

タービンブレードに使用される冷却技術には、主に対流冷却、衝突冷却、フィルム冷却、ラミネート冷却などがあります。

F未来

科学技術の発展に伴い、タービンブレードの製造には積層造形技術やレーザー成形などの技術が利用されるようになり、将来のタービンブレードは性能が向上し、航空機が空に舞い上がるための動力をより良く供給できるようになります。

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