航空機エンジンに一体型ブレードが使用されるのはなぜでしょうか? 一体型ブレードは飛行の鍵です! 日本

航空機エンジンは航空機の「心臓部」であり、「産業の至宝」とも呼ばれています。その製造には、材料、機械加工、熱力学などの分野を含む、現代産業の多くの最先端技術が統合されています。各国のエンジン性能に対する要求がますます高まるにつれて、研究開発と応用における新しい構造、新しい技術、新しいプロセスは、現代産業の頂点に絶えず挑戦し続けています。航空機エンジンの推力対重量比を向上させる重要な要素の1つは、一体型ブレードディスクです。

ブリスクの利点

一体型ブレードディスクが登場する前は、エンジンのローターブレードは、ほぞ、ほぞ溝、ロック装置を介してホイールディスクに接続する必要がありましたが、この構造は徐々に高性能航空機エンジンのニーズを満たせなくなりました。エンジンのローターブレードとホイールディスクを一体化した一体型ブレードディスクが設計され、現在では高推力重量比エンジンに必須の構造となっています。軍用および民間航空機エンジンに広く使用されており、次のような利点があります。

1.減量：ホイールディスクのリムは、ブレードを取り付けるためのタングと溝を取り付けるために機械加工する必要がないため、リムの半径寸法を大幅に縮小できます。 これにより、ローターの質量が大幅に削減されます。

2.部品の数を減らす：ホイールディスクとブレードが一体化していることに加え、ロック装置の削減も重要な理由です。航空機エンジンは信頼性に対する要求が非常に厳しく、ローター構造の簡素化は信頼性の向上に大きな役割を果たします。

3.気流損失を減らす：従来の接続方法での隙間による逃げ損失がなくなり、エンジン効率が向上し、推力が増大します。

重量を減らして推力を高めるブリスクは、簡単に手に入る「逸品」ではない。一方で、ブリスクは主にチタン合金や耐熱合金などの難加工材料で作られており、その一方で、ブレードは薄く、ブレードの形状も複雑であるため、製造技術に対する要求は極めて高い。さらに、ローターブレードが損傷した場合、個別に交換することができないため、ブリスクが廃棄される可能性があり、修理技術も問題となっている。

ブリスクの製造

現在、インテグラルブレードを製造するための主な技術は3つあります。

• 5軸CNCフライス加工

5 軸 CNC フライス加工は、応答速度が速く、信頼性が高く、加工の柔軟性が高く、生産準備サイクルが短いなどの利点があるため、ブリスクの製造に広く使用されています。主なフライス加工方法には、サイド フライス加工、プランジ フライス加工、サイクロイド フライス加工などがあります。ブリスクの成功を確実にする主な要因は次のとおりです。

優れた動的特性を備えた5軸工作機械

最適化されたプロフェッショナルCAMソフトウェア

チタン合金・高温合金加工に特化したツールとアプリケーション知識

• 電解加工

電解加工は、航空機エンジンの一体型ブレード ディスクのチャネルを加工するのに最適な方法です。電解加工には、電解スリーブ加工、輪郭電解加工、CNC 電解加工など、いくつかの加工技術があります。

電気化学加工は主に電解液中の陽極での金属溶解特性を利用するため、電気化学加工技術を適用しても陰極部分が損傷せず、加工中に切削力や加工熱などによるワークの影響を受けないため、加工後の航空機エンジン一体型ブレードチャンネルの残留応力が軽減されます。

また、5軸フライス加工と比較すると、電解加工の作業時間が大幅に短縮され、荒加工、中仕上げ、仕上げの各段階で使用でき、加工後に手作業で研磨する必要がないため、航空機エンジン一体型ブレードチャンネル加工の重要な発展方向の1つとなっています。

• 溶接

ブレードは別々に加工され、その後、電子ビーム溶接、線形摩擦溶接、または真空固体拡散接合によってブレードディスクに溶接されます。その利点は、ブレードとディスクの材料が一致しない一体型ブレードディスクの製造に使用できることです。

溶接工程では、ブレード溶接の品質に対する要求が高く、航空機エンジンのブレードディスク全体の性能と信頼性に直接影響します。また、溶接ブレードディスクに使用されるブレードの実際の形状は一貫していないため、溶接精度の制限により、溶接後のブレードの位置は一貫しておらず、各ブレードに対して個別の精密CNCフライス加工を行うには適応加工技術が必要です。

また、溶接は一体型ブレードの修理において非常に重要な技術です。その中でも、線形摩擦溶接は固相溶接技術として、溶接継手の品質が高く、再現性も良好です。これは、推力対重量比の高い航空機エンジンローター部品の溶接において、最も信頼性が高く、信頼できる溶接技術の 1 つです。

ブリスクの応用

1. EJ200航空機エンジン

EJ200航空機エンジンには、合計3段のファンと5段の高圧コンプレッサーがあります。単一のブレードを電子ビームでホイールディスクに溶接して一体型ブレードディスクを形成し、3段目のファンと1段目の高圧コンプレッサーに使用します。一体型ブレードディスクは、他の段のローターと一緒に溶接されて多段一体型ローターを形成するのではなく、短いボルトで接続されています。一般的に言えば、一体型ブレードディスクの応用は初期段階にあります。

2. F414ターボファンエンジン

F414ターボファンエンジンでは、2段ファンの第3段と第3段、および第3段高圧コンプレッサーの最初の7段に一体型ブレードが採用されており、電気化学的方法で処理されています。GEは実現可能な修理方法も開発しました。これに基づいて、ファンの第2段と第3段の一体型ブレードを溶接して一体型ローターを形成し、コンプレッサーの第1段と第2段も溶接して、ローターの重量をさらに軽減し、エンジンの耐久性を向上させました。

EJ200 と比較すると、F414 は一体型ブレードの適用において大きな進歩を遂げました。

3. F119-PW-100エンジン

3段ファンと6段高圧コンプレッサーはすべて一体型ブレードを採用しており、第1段ファンブレードは中空です。中空ブレードは線状摩擦溶接によりホイールディスクに溶接され、一体型ブレードを形成し、この段のローターの重量を32kg軽減します。

4. BR715エンジン

大型の民生用エンジンでも、一体型ブレードディスクが採用されています。BR715エンジンは、717軸CNCフライス加工技術を使用して一体型ブレードディスクを加工し、ファンの後のXNUMX段目スーパーチャージャーコンプレッサーに使用され、前後の一体型ブレードディスクが溶接されて一体型ローターを形成し、ボーイングXNUMXに使用されています。