항공기 엔진에서 왜 일체형 블레이드를 사용하는가?

01 일체형 블레이드의 장점

통합 블레이드 디스크가 등장하기 전, 엔진의 로터 블레이드는 텐온, 모루와 텐온 홈, 그리고 잠금 장치를 통해 디스크에 연결되어야 했지만, 이 구조는 점차 고성능 항공기 엔진의 요구를 충족시키지 못했습니다. 통합 블레이드 디스크는 엔진 로터 블레이드와 디스크를 일체화한 설계로, 현재 고 추력 대 중량 비율 엔진에 필수적인 구조가 되었으며, 군용 및 민간 항공기 엔진에서 널리 사용되고 있으며 다음과 같은 이점이 있습니다.

1. 체중 감량

휠 디스크의 림에 블레이드를 설치하기 위해 톱니와 그루브를 가공할 필요가 없으므로 림의 방사형 차원을 크게 줄일 수 있어 로터의 질량을大幅히 줄일 수 있습니다.

2. 부품 수를 줄입니다

휠 디스크와 블레이드가 일체형인 것 외에도 잠금 장치의 감소도 신뢰성 향상에 중요한 역할을 합니다. 항공기 엔진은 신뢰성에 대해 매우 엄격한 요구 사항이 있으며, 단순화된 로터 구조는 신뢰성을 향상시키는 데 큰 역할을 합니다.

3. 공기 유출 손실 감소

전통적인 연결 방식에서 발생하는 갭으로 인한 탈출 손실이 제거되어 엔진 작업 효율이 향상되고 추력이 증가합니다.

일체형 날개 디스크는 무게를 줄이는 동시에 추력을 증가시키며, 추력 대 중량 비율을 향상시키는 데 유리하지만, 이를 얻기는 쉬운 "진주"가 아닙니다. 한편, 일체형 날개 디스크는 주로 가공하기 어려운 재료인 티타늄 합금 및 고온 합금을 사용하며, 다른 한편으로 날개가 얇고 날개 형상이 복잡하여 제조 기술에 매우 높은 요구 사항을 제시합니다. 또한 로터 날개가 손상되면 개별적으로 교체할 수 없어 일체형 날개 디스크가 폐기될 가능성이 있으며, 수리 기술도 또 다른 문제입니다.

02 일체형 날개 디스크 제조

현재, 일체형 날개를 제조하는 데 사용되는 주요 기술은 세 가지가 있습니다.

1. 다섯 축 NC 밀링

다섯 축 NC 밀링은 신속한 대응, 높은 신뢰성, 좋은 가공 유연성 및 짧은 생산 준비 주기의 이점 때문에 블레이드 디스크 제조에서 널리 사용됩니다. 주요 밀링 방법에는 측면 밀링, 플러그 밀링 및 순환 밀링이 포함됩니다. 블레이드 디스크 성공을 보장하기 위한 주요 요소에는 다음이 포함됩니다:

1) 우수한 동적 특성을 갖춘 다섯 축 머신 툴

2) 최적화된 전문 CAM 소프트웨어

3) 티타늄 합금/고온 합금 가공용 전용 도구 및 응용 지식

2. 전기화학 가공

전기화학 가공은 항공기 엔진의 일체형 날개 디스크 채널을 가공하는 데 있어 우수한 방법입니다. 전기화학 가공에는 전기 용해 가공, 윤곽 전기 용해 가공 및 CNC 전기 용해 가공과 같은 여러 가공 기술이 있습니다.

전기화학 가공은 주로 전해질에서 금속이 양극에서 용해되는 성질을 이용하기 때문에, 전기화학 가공 기술을 적용할 때 음극 부분은 손상되지 않으며, 가공 중 공작물은 절삭력, 가공 열 등에 영향을 받지 않아 항공 엔진의 통합 날개 채널이 가공 후 잔여 스트레스가 줄어듭니다.

또한 5축 밀링과 비교했을 때, 전기화학 가공의 작업 시간은 크게 단축되며, 조립 가공, 반정밀 가공 및 정밀 가공 단계에 사용될 수 있으며, 가공 후 수작업 연마가 필요하지 않습니다. 따라서 이는 항공 엔진 일체형 날개 통로 가공의 중요한 발전 방향 중 하나입니다.

3. 용접

날개는 개별적으로 가공된 후 전자선 용접, 선형 마찰 용접 또는 진공 고체상 확산 결합을 통해 날개 디스크에 용접됩니다. 이 방법의 장점은 날개와 디스크 재료가 다른 통합 날개 디스크의 제조에 사용될 수 있다는 것입니다.

용접 공정은 날개 용접의 품질에 대해 매우 높은 요구 사항이 있으며, 이는 항공기 엔진의 전체 날개 디스크의 성능 및 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 또한 용접된 날개 디스크에서 사용되는 실제 날개의 형상이 일치하지 않으므로 용접 정확도의 제한으로 인해 용접 후 날개의 위치가 일치하지 않습니다. 따라서 적응형 가공 기술이 필요하여 각 날개에 대해 개인화된 정밀 CNC 밀링을 수행해야 합니다.

또한, 전체 블레이드의 수리에서 용접은 매우 중요한 기술입니다. 그중에서도 직선 마찰 용접은 고체상 용접 기술로, 높은 용접 접합부 품질과 좋은 재현성을 가지고 있습니다. 이는 고 추력 대 중량 비율 항공기 엔진 로터 구성 요소를 용접하기 위한 더 신뢰할 수 있고 믿을 수 있는 용접 기술 중 하나입니다.