タービンブレードには隠された「宇宙」があります

宇宙の美しさはその神秘と深さにあります。銀河だけでも、人間の観測範囲を超えた無数の銀河、星、そして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また、材料の「宇宙」が存在することを知っていましたか？この「宇宙」では、原子や分子が巧妙に組み合わされ、エンジンがさまざまな性能要件を満たすのを助けます。

タービンブレード

タービンブレードは航空機エンジンの中でも最も重要な部品の一つです。これらはエンジン内で最も高温で、応力が複雑かつ環境が厳しい部分に位置しています。形状が複雑で、寸法精度が高く、加工が困難なため、それらは直接航空機エンジンの性能に影響します。

高性能航空機エンジンは1700度以上の温度で動作できます。 違う C

圧縮後、圧力は50気圧を超えます。

エンジン性能、信頼性、寿命の要件を満たすために、タービンブレード材料は優れた高温強度、良い酸化耐性、熱腐食抵抗性、および良好な疲労限界と破壊靭性などの総合的な特性が必要です。

材料の研究開発

ブレード材料の開発プロセス

1930年代に、研究者たちは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、ブレードを最大800℃までの温度で使用可能にしました。 違う その後まもなく、真空溶接技術の出現が鋳造高温合金の発展を促進し、多結晶合金が次第にタービンブレードの主要材料となりました。

1980年代、研究者たちは方向性凝固技術を発見しました。この技術は結晶の成長速度を制御し、粒界を優先的に成長させることで、合金の強度と塑性を向上させ、合金の熱疲労性能を改善します。この技術を基に、単結晶高温合金が開発され、高性能航空機エンジンのタービンブレードの主要材料となりました。

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不十分です。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も必要です－すなわちロストワックス精密鋳造プロセスです。

コア、ロウソク、そしてシェルの準備

中空ブレードの精密鋳造では、セラミックコアがよく使用され、エアウェイを作ります。セラミックコアは蜜蝋製ブレードに配置され、磁器粘土で包まれて加熱され、焼成後に内部のロウが排出されて鋳型腔が形成されます。ロウ型は耐火被覆でコーティングされ高温で焼結され、ロウ型が溶けた後、硬い型殻が形成されます。融解した金属が型殻の内腔に注ぎ込まれ、鋳造物が得られます。

方向性凝固

厳密な温度管理のもと、複数の結晶粒が競って成長し、優勢な結晶粒が腔に入ります。固体-液体界面が進むにつれて、結晶粒はさらに成長し、これにより単結晶ブレードが得られます。

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タービンブレードが作製された後、特別な化学プロセスを使用してセラミックコアを溶解し、その後冷却孔を打ち、熱障壁コーティングを施して断熱および冷却を行います。X線検査後、ブレードが完成します。

冷却構造

エンジンでは、タービン入口のガス温度を上げることで推力が増加し、これによりエンジン効率や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は高温に耐えるブレード材料が耐えられる限界温度を超えているため、有効な冷却方法を使用してタービンブレードの壁面温度を下げる必要があります。

タービンブレードで使用される冷却技術には主に対流冷却、衝突冷却、薄膜冷却、層状冷却があります。

F 衣類

科学技術の発展に伴い、追加製造技術やレーザー成形などの技術がタービンブレードの製造に使用されるようになります。将来のタービンブレードはより優れた性能を持ち、航空機が空へと飛び立つためにより良い動力を提供します。

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