각 터빈 날개에 숨겨진 우주가 있다

Mar 04, 2025

우주의 아름다움은 그 신비와 깊이에 있다. 은하만 해도 인간의 관측 범위를 훨씬 초월하여 무수한 은하, 별, 그리고 가스가 존재한다. 그런데 알고 있었는가? 항공기 엔진의 터빈 날개에도 "물질의 우주"가 담겨 있다는 것을. 이 "우주"에서는 원자와 분자가 영리하게 결합되어 엔진의 다양한 성능 요구를 충족시킨다.

터빈 블레이드

터빈 날개는 항공기 엔진에서 가장 중요한 부품 중 하나이다. 이들은 엔진 내 최고 온도, 가장 복잡한 응력, 그리고 가장 혹독한 환경에 위치해 있다. 수량이 많고 형상이 복잡하며, 높은 차원의 요구 사항을 가지고 있어 가공하기 어렵고, 이는 직접 항공기 엔진의 성능에 영향을 미친다.

첨단 항공 엔진은 1700도 이상의 온도에서 작동할 수 있다. ° C

압축 후 압력은 50기압 이상으로 증가한다.

엔진 성능, 신뢰성 및 수명 요건을 충족하기 위해 터빈 블레이드 재료는cellent 고온 강도, 좋은 산화 저항성, 열 부식 저항성뿐만 아니라 양호한 피로 및 파괴 인성과 같은 종합적인 특성을 가져야 합니다.

물질 연구 개발

블레이드 재료 개발 과정

1930년대, 연구원들은 스테인레스를 대체하여 블레이드가 최대 800℃의 온도에서 사용할 수 있도록excellent 고온 성능을 가진 고온 합금을 개발했습니다. ° 그 직후, 진공 용융 기술의 등장은 주조 고온 합금의 발전을 촉진했으며 다결정 합금이 점차 터빈 블레이드의 주요 재료가 되기 시작했습니다.

1980년대에 연구원들은 합금의 강도와 연성을 향상시키고,結晶 성장 속도를 제어하여 입자를 우선적으로 성장시킴으로써 합금의 열 피로 성능을 개선할 수 있는 방향성 응고 기술을 발견했습니다. 이 기술을 바탕으로 단결정 고온 합금이 발전하게 되었으며, 고성능 항공기 엔진 터빈 블레이드의 주력 소재가 되었습니다.

제조 과정

우수한 성능의 소재를 보유하고 있는 것만으로는 부족합니다. 항공기 엔진 터빈 블레이드는 정밀한 제조 기술인 실리콘 투자 주조 공정이 필요합니다.

코어, 왁스 및 쉘 준비

공심 날개의 투자 주조에서 도자기 코어를 종종 사용하여 공기 통로를 만듭니다: 도자기 코어는 벌집 밀랍 날개에 배치되고, 도자기 점토로 감싸지고 가열되며, 내부의 밀랍은 소성 후 방출되어 주조 공동을 형성합니다; 밀랍 모형은 내화물 코팅으로 덮여고 고온에서 소성되며, 밀랍이 녹아 하드 몰드 쉘을 형성합니다. 용융 금속은 몰드 쉘의 내부 공동으로 부어져 주조물을 얻습니다.

방향성 응고

엄격한 온도 제어하에 다수의 결정립들이 경쟁적으로 성장하여 우세한 결정립이 공동에 진입하게 됩니다. 고체-액체 인터페이스가 전진함에 따라 결정립은 계속 성장하여 단일結晶 날개를 얻게 됩니다.

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터빈 날개가 제작된 후 특수 화학 공정을 사용하여 도자기 코어를 용해하고, 그 다음 냉각 구멍을 뚫고 열 장벽 코팅을 적용하여 단열 및 냉각을 제공합니다. X선 검사 후 날개가 완성됩니다.

냉각 구조

엔진의 경우 터빈 입구에서 가스의 온도를 높이면 추력이 증가하여 엔진 효율과 추력 대 중량 비를 향상시킬 수 있습니다. 현재 항공기 엔진에서는 터빈 입구의 가스 온도가 고온 내열 날개 재료가 견딜 수 있는 한계 온도를 초과하므로, 터빈 날개의 벽 온도를 낮추기 위해 효과적인 냉각 방법이 사용되어야 합니다.

터빈 날개에서 사용되는 냉각 기술에는 주로 대류 냉각, 충돌 냉각, 막 냉각 및 적층 냉각이 포함됩니다.

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과학 기술의 발전에 따라 첨가 제조 기술, 레이저 성형 등 다양한 기술들이 터빈 날개의 제작에 활용될 것입니다. 미래의 터빈 날개는 더 나은 성능을 가지며 항공기가 하늘로 솟아오르는 데 더욱 효과적으로 동력을 제공할 것입니다.

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