화재에서 비행까지: 항공 엔진 제조에서 열 기술의 경이로움을 탐구하다 - 재結晶화

억제 기술

단결정 초합금의 우수한 특성은 주로 단결정 날개의 결정립 경계가 제거됨에 따라 이루어지며, 재結晶화는 원래 단결정 합금의 고온 강도를 크게 감소시킬 수 있습니다. 단결정 날개 주조 후 기체 막 구멍 가공, 끼우미 갈기, 엣지 플레이트 측면 밀링, 날개 팁 주조 공정 구멍 용접, 열처리, 조립 등의 후속 가공 작업이 필요합니다. 엔진 작동 중 날개는 고온과 차가운 공기의 충격, 고온, 큰 하중 및 고속 회전 시 극심한 진동을 받으며, 이때 재結晶화가 발생할 가능성이 있습니다. 이미 여러 터빈 날개 고장 사례가 보고되었습니다. 따라서 최근 몇 년간 국내외 연구에서는 재結晶화 억제를 위해 사전 복구 열처리, 탄소 침투, 코팅 및 표면 변형층 제거 등 관련 방법들을 사용하고 있으며, 재結晶화 수리 작업에는 경계 강화 요소 추가가 포함됩니다.

3D 프린팅 기술

3D 프린팅, 즉 가산 제조는 CAD, CAM, 분말 메탈러지, 레이저 처리 등 여러 기술을 통합합니다. 3D 프린팅 기술을 사용하면 "두뇌"의 생각을 세 가지 차원의 실체로 만들고 컴퓨터에서 부품의 이미지를 "실제" 부품으로 인쇄할 수 있습니다. 3D 프린팅 기술은 제조 기술과 가공 개념에 "혁명적"인 변화를 가져왔습니다. 호주 모나시 대학은 세계 최초로 3D 프린트 제트 엔진을 성공적으로 생산했습니다. 동시에 보잉, 에어버스 그룹 및 사프란 그룹과 협력하여 보잉 등에 3D 프린트 엔진 프로토타입을 제공해 비행 테스트를 진행하고 있습니다. 3D 프린팅 기술을 사용하면 엔진 부품의 제조 시간을 3개월에서 6일로 줄일 수 있습니다.

중국에서 3D 프린팅 기술은 터보팬 엔진 고압 압축기 로터 블레이드의 블레이드 팁 마모 부품을 수리하고 재사용하는 데 사용되었습니다. 3D 프린팅 기술은 엔진의 비부하 부품과 정적 부품 제조에 사용되었지만, 동시에 부품의 역학적 특성에 대한 적극적인 평가가 진행 중이며, 엔진 로터 부품, 부하 부품 등을 제조하기 위한 3D 프린팅 기술의 사용에 대해서도 광범위한 연구가 이루어지고 있습니다.

블레이드 배기 가장자리 (전후 가장자리) 처리 기술

항공 엔진 블레이드의 진기 및 배기 가장자리의 가공 품질은 항공 엔진의 공력 성능에 영향을 주는 핵심 요소 중 하나입니다. 진기 및 배기 가장자리는 또한 블레이드의 결함이 발생하기 쉬운 부분이며, 티타늄 합금의 결함 민감 지역입니다. 많은 엔진 고장 사례는 블레이드의 진기 및 배기 가장자리의 가공 결함으로 인해 발생합니다. 블레이드의 진기 및 배기 가장자리는 블레이드에서 가장 얇고 가장자리에 위치하여 강성이 부족하고 가공 시 변형이 큽니다. 이러한 이유로 가공된 블레이드의 진기 및 배기 가장자리에는 사각형 또는 날카로운 형태가 자주 나타납니다. 엔진 블레이드의 대량 생산 과정에서, 효율적이고 고품질의 블레이드 진기 및 배기 가장자리 가공 기술에 대한 문제는 아직 완전히 해결되지 않았습니다.

적응형 가공 기술

적응형 가공 기술은 세 가지 형태로 나뉘어져 있는데, 이는 공구 위치 궤적의 적응형 계획 수치 제어 시스템의 적응형 제어 및 디지털 검출과 결합된 적응형 가공입니다 [3]. 중국에서는 적응형 가공 기술이 정밀 단조/압연 날개 가공, 손상된 날개 수리 및 직선 마찰 용접 일체형 날개 디스크 가공에 성공적으로 적용되었습니다. 적응형 가공 기술은 이론과 실무에서 돌파구와 발전을 이루었지만, 항공 엔진 제조에서의 적응형 가공 기술의 공학적 응용은 여전히 핫한 연구 기술입니다.

피로 저항 제조 기술

재료 피로와 표면 가공 결함이 항공 엔진 부품 고장의 주요 원인이 되었으며, 이 고장은 점차 증가하는 추세에 있습니다. 따라서 "반피로 제조"는 항공 엔진 제조 분야에서 주목받는 기술이 되었습니다. 반피로 제조 기술은 재료와 단면 크기를 변경하지 않고 부품 제조 과정에서 재료의 조직과 응력 분포를 변화시켜 부품의 피로 수명을 향상시키는 제조 공정입니다. 피로 수명은 열처리, 환경 부식, 표면 품질, 응력 집중, 표면 응력 등 여러 요인에 의해 영향을 받습니다. 반피로 제조의 주요 방법은 응력 집중을 줄이고 부품의 표면 강도를 향상시키는 것입니다. 응력 집중을 줄이는 것은 가공된 표면의 완전성을 보장하는 것이며, 부품의 표면 강도를 향상시키는 최선의 방법은 샷 피닝입니다. 항공기 엔진 반피로 제조 과정에서 전통적인 샷 피닝 공정에서 다양한 새로운 샷 피닝 매체가 개발되었고, 레이저 샷 피닝, 초음파 샷 피닝 및 고압 물 샷 피닝과 같은 새로운 기술들이 널리 사용되고 있습니다.

새로운 충돌 방지 기술

새로운 충돌이 잦아짐에 따라 항공 엔진의 발전에서 피할 수 없는 문제가 되었으며, 국내외에서 많은 연구가 진행되고 있습니다. 2015년 7월, 미국 연방 항공국(FAA)은 "운송 항공기용 새 충돌 요구 사항" 공지를 발표했는데, 이는 항공기 엔진의 미래 새 충돌 방지 및 외부 물체 손상 방지에 대한 구체적인 요구 사항과 규정을 제시한 것뿐만 아니라, 새로운 엔진 재료와 새로운 구조 제조 기술 개발을 위한 또 다른 새로운 연구 방향도 제시했습니다.