항공기 엔진이 통합형 날개를 사용하는 이유는 무엇인가요? 그것이 비행의 핵심입니다!

항공기 엔진은 항공기의 "심장"이며, "산업의 왕관 보석"이라고도 불립니다. 그 제조 과정에는 현대 산업에서 많은 최첨단 기술들이 통합되며, 이는 재료, 기계 가공, 열역학 등 다양한 분야와 관련이 있습니다. 각국이 엔진 성능에 대한 요구가 점점 높아짐에 따라 연구 개발과 응용에서 새로운 구조, 새로운 기술 및 새로운 공정이 계속해서 현대 산업의 정상에 도전하고 있습니다. 항공기 엔진의 추력 대 중량 비를 향상시키는 중요한 요소 중 하나는 일체형 날개 디스크입니다.

블리스크의 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 ：블레이드를 설치하기 위한 혀와 홈을 가공할 필요가 없는 휠 디스크의 가장자리는 반경 크기를 크게 줄일 수 있습니다. 그러나 이를 통해 로터의 질량을大幅하게 줄일 수 있습니다.

2.부품 수를 줄입니다 ：휠 디스크와 날개가 일체화된 것 외에도, 잠금 장치의 감소 역시 중요한 이유입니다. 항공기 엔진은 신뢰성에 대해 매우 엄격한 요구 사항을 가지고 있으며, 단순화된 로터 구조는 신뢰성을 향상시키는 데 큰 역할을 합니다.

3. 공기 유출 손실 감소 ：전통적인 연결 방식에서 발생하는 간극으로 인한 탈출 손실이 제거되어 엔진 효율이 향상되고 추력이 증가합니다.

무게를 줄이고 추력을 증가시키는 블레이크는 얻기 쉬운 '진주'가 아닙니다. 한편으로는 블레이크는 주로 가공하기 어려운 재료인 티타늄 합금과 고온 합금으로 만들어지며, 다른 한편으로는 날개가 얇고 날개 형상이 복잡하여 제조 기술에 매우 높은 요구 사항을 제시합니다. 또한, 로터 날개가 손상되면 개별적으로 교체할 수 없어 블레이크가 폐기될 수 있으며, 수리 기술도 또 다른 문제입니다.

블레이크 제조

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

• 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:

좋은 동적 특성을 가진 다섯 축 머신 툴

최적화된 전문 CAM 소프트웨어

티타늄 합금/고온 합금 가공용 도구 및 응용 지식

• 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 전해액에서 금속이 양극에서 용해되는 성질을 이용하므로, 전기화학 가공 기술을 적용할 때 음극 부분이 손상되지 않으며, 가공 중에 작업물이 절삭력, 가공 열 등에 영향을 받지 않아 항공 엔진의 일체형 날개 통로가 가공 후 잔류 응력이 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.

• 용접

날개는 별도로 가공된 후 전자선 용접, 직선 마찰 용접 또는 진공 고체상 확산 결합을 통해 날개 디스크에 용접됩니다. 이 방법의 장점은 일치하지 않는 날개와 디스크 재료로 이루어진 일체형 날개 디스크를 제조하는 데 사용할 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.

블릭의 응용

1. EJ200 항공기 엔진

EJ200 항공기 엔진에는 총 3단 팬과 5단 고압 압축기가 있습니다. 단일 날개는 전자빔으로 휠 디스크에 용접되어 일체형 날개 디스크를 형성하며, 이를 3단 팬과 1단 고압 압축기에 사용합니다. 일체형 날개 디스크는 다른 단계의 로터와 함께 다단식 일체형 로터를 형성하지 않고 짧은 볼트로 연결됩니다. 일반적으로 말하면, 이는 일체형 날개 디스크의 적용 초기 단계입니다.

2. F414 터보팬 엔진

F414 터보팬 엔진에서 3단 팬의 2, 3단과 7단 고압 압축기의 첫 3단은 전기화학적 방법으로 처리된 일체형 블레이드를 사용합니다. GE는 또한 실용 가능한 수리 방법을 개발했습니다. 이 기반 위에서 팬의 2, 3단 일체형 블레이드는 용접되어 일체형 로터를 형성하고, 압축기의 1, 2단도 용접되어 로터의 무게를 더 줄이고 엔진의 내구성을 향상시킵니다.

EJ200과 비교했을 때 F414는 일체형 블레이드 적용에서 큰 발전을 이루었습니다.

3. F119-PW-100 엔진

3단 팬과 6단 고압 압축기는 모두 일체형 블레이드를 사용하며, 1단 팬 블레이드는 중공 구조입니다. 중공 블레이드는 직선 마찰 용접을 통해 디스크에 용접되어 일체형 블레이드를 형성하여 이 단계의 로터 무게를 32kg 줄였습니다.

4. BR715 엔진

대형 민수 엔진에서는 일체형 날개 디스크도 사용되었습니다. BR715 엔진은 팬 이후의 2단 슈퍼차저 압축기에서 사용되는 일체형 날개 디스크를 처리하기 위해 다섯 축 CNC 밀링 기술을 사용하며, 전후 일체형 날개 디스크는 용접되어 일체형 로터를 형성합니다. 이는 보잉 717에 사용됩니다.