Pagrindinė žinios apie oro varomąjį varželį (1)

1. Apie ruro skersmenis

Komponentas, kurio darbo sąlygos turbininėje dvidežėje yra pablogiausios, yra taip pat svarbiausias sukamasis komponentas. Lėktuvų variklių karštojo galo komponentuose turbinos lapeliai yra pakelti aukštos temperatūros dujų erozijos ir temperatūros pokyčių variklio paleidimo ir išjungimo cikluose, o rotoriniai lapelis subjuguojami centrifugine jėga aukštais greičiais. Medžiaga privalo turėti pakankamai aukštą temperatūrą traukinių jėgų, išmaitinimo stiprumo, kriepimo stiprumo bei gerą jaudinio stiprumą, oksidacijos varžymo, dujų korozijos varžymo ir tinkamą plastinumą. Be to, reikalaujama ilgalaikio organizacinio stabilumo, geros smūgio stiprumo, leistino ir mažo tankio.

Gazo įvados temperatūra modernių lėktuvių variklių pasiekia 1380℃, o trąša siekia 226KN. Turbinos lopatai yra patekami aerodinaminėms ir centrifuginėms jėgoms, su lopomis kenksmingai veikiantiems stresams apie 140MPa; lopų pagrindas kenksmingai veikia vidutinius stresas nuo 280 iki 560MPa, o atitinkamai lopų kūnas turi temperatūrą nuo 650 iki 980℃, o lopų pagrindas yra apie 760℃.

Turbinos lopų našumas (ypač temperatūros neišnašumą) taps svarbiu rodikliu variklio modelio pažangumo lygio. Kai kuriais atvejais, ateities variklių lopų lietavimo technologija tiesiogiai nustato variklio našumą ir taip pat yra svarbus nacionalinės oro pramonės lygio ženklas.

2. Lopų formos dizainas

Kadangi lopų yra daug, jei jie būtų sukonstruoti tiesiogiai reguliariais formomis, galima sumažinti daug technologijų, sumažinti dizaino sudėtingumą ir sumažinti daug išlaidų. Tačiau dauguma lopų yra sukrėstų ir linkusių.

Leiskite man iš pradžių pateikti kai kuriuos lapų pagrindinius dėsnius.

Pirma, ką yra šuolis? Žemiau pateiktos du tipiškos šuolio diagramos.

Sutrukimo srauto diagrama

Turbinos srauto takas diagrama
Antra, kokia yra apimties greičio skaičiavimo formulė? Srauto kanale apimties greitis skiriasi įvairiuose spinduliuose (tai gali būti gauta remiantis žemiau pateikta forma).

Apimties greitis. Galiausiai, koks yra oro srauto ataka kampas? Oro srauto ataka yra kampas tarp oro srauto ir lopio styginio, atsižvelgiant į lopio greičio kryptį.

Paimus lėktuvo krūvis kaip pavyzdį, rodomas oro srauto greitis. Toliau paaiškinama, kodėl lopis turi būti sukrėstas? Kadangi srauto kanale skirtingose spindulio vietose apskritimo greitis skiriasi, oro srauto greitis skirtingose spindulio lygmenyse labai skiriasi; lopio gale, dėl didelio spindulio ir didelio apskritimo greičio, kilsta didelis teigiamas oro srauto kampas, dėl kurio lemiamos sergantys oro atskyrimai lopio galiniame pusėje; lopio pagrindu, dėl mažo spindulio ir mažo apskritimo greičio, kilsta didelis neigiamas oro srauto kampas, dėl kurio lemiamas oro atskyrimasis lopio pagrindo pusėje.

Taigi, tiesiems lopams, išskyrus artimiausią vidurinio skersmens dalį, kuri dar gali veikti, likusios dalys sukurs rimtą oro srauto atskyrimą, tai reiškia, kad su tiesiais lopais dirbančio kompresoriaus arba turbinos efektyvumas yra labai blogas ir gali net pasiekti tašką, kada jis visai negali dirbti. Todėl lobai turi būti sukrėsti.

3. Istorija apie kūrimą

Kai oro laivų variklių galia vis didėja, tai pasiekiama padidindami sužolėtojo įvesties temperatūrą, kuri reikalauja naudoti sudėtingesnius lapus su vis didesniu išorės atsparumo lygiu. Be aukštų temperatūrų sąlygų, šilto pabaigos lapų darbo aplinkos yra taip pat ekstremalios dėl aukštos slėgio, aukštos apkrovos, aukštos vibracijos ir aukštos korozijos, todėl reikalaujama, kad lapai turėtų labai aukštą bendrą našumą. Tai reiškia, kad lapai turi būti pagaminti iš specialių aljavių medžiagų (aukštos temperatūros aljavių) ir specialių gamybos technologijų (tikslus lietinys plius kryptinis solidifikavimas), kad būtų sukurtos specialios bazinės struktūros (vieno krisalo struktūros), kurios galėtų atitikti poreikius kaip galima daugiausia.

Sudėtingi vienkrštiniai tušti turbinos lankai tapsė branduoliniu technologija šiuolaikinių didelio spindulio masės santykio variklių. Vienkrštinių aljanso medžiagų tyrimas ir jų naudojimas, bei dviejų sienelių virsmo technologijos kūrimas leido vienkrštiniams gaminiams imti pagrindinį vaidmenį šiandieniniuose pažangesniuose kariniuose ir komercinio aviacijos varikliuose. Šiuo metu vienkrštiniai lankai yra įmontuoti visuose pažangesniuose oro varikliuose ir vis labiau naudojami sunkiuose dujų turbinais.

Vienslinksniai superaljauliai yra tipas išplėstų variklio lopų medžiagų, kurios buvo sukurtos remiantis vienodai linksmų kristalų ir krypčingai stulpovaisiais kristalais. Jau nuo 1980-ųjų pradžios pirmoji vienslinksnio superaljaulių generacija, tokia kaip PWA1480 ir ReneN4, buvo plačiai naudojama įvairiuose oro laivyno varikliuose. 1980-ųjų metų pabaigoje antrosios kartos vienslinksnio superaljaulių lopai, tokie kaip PWA1484 ir ReneN5, taip pat buvo plačiai naudojami išskirtinuose oro laivyno varikliuose, pvz., CFM56, F100, F110 ir PW4000. Šiuo metu JAV antrosios kartos vienslinksniai superaljauliai yra suplanuoti ir plačiai naudojami kariniuose bei civiliniuose oro laivyno varikliuose.

Palyginti su pirmosios kartos vienkratėmis aliejų, antrosios kartos vienkratės aliejus, tokių kaip PW PWA1484, RR CMSX-4 ir GE Rene'N5, pridėję 3% rheniumo ir atitinkamai padidinus molibdeno turinį, padidino jų eksploatacijos temperatūrą 30°C, pasiekdami gera stiprumo bei oksidacijos ir korozijos varžymo pusiausvyrą.

Trečios kartos vienkratėse aliejyje Rene N6 ir CMSX-10 aliejiaus sudėtis yra vienu žingsniu optimizuota, didinamas išsisklaidęjantys elementai su dideliu atominiu spinduliu, ypač daugiau nei 5 svoriniais procentais pridėtas rheniumas, kas esminiu būdu pagerina aukštos temperatūros kripo stiprumą, o aliejio išmokymo trukmė 1150 laiko yra daugiau nei 150 valandų, kas yra gana ilgesnis nei apie 10 valandas pirmosios kartos vienkratės aliejio gyvybė, taip pat turi aukštojo stiprio varžymo karštuminiams slaptuvams, oksidacijai ir karstai korozijai.

JAV ir Japonija pasekmingai išvystė ketvirtą kartą vienkratinių aljavių. Pridedant ruteniją, tobulėjusi aljolio mikrostruktūros stabilumas, o ilgalaikis krepimo stiprumas aukštoje temperatūroje padidėjo. Jo išmokos trukmė 1100 °C yra dešimt kartų didesnė už antros kartos vienkratinį aljavį, o veikimo temperatūra pasiekė 1200 °C. Vienkratinio sudėties tos pačios kartos pavaizdavimas pateiktas žemiau.

4. Lopų pagrindinis medžiaga ir gamybos technologija

Deformuojami aukštos temperatūros aljaviai lopai

Kintamųjų aukštos temperatūros lygmenų plėtra turi daugiau nei 50 metų istorijos. Vidinėse lėktuvų variklio lapeliuose naudojamos kintamosios aukštos temperatūros lygmenys parodytos lentelėje 1. Su didesniu aliuminio, cinko, volframo ir molibdено kiekio padidėjimu aukštos temperatūros lygmenyje, medžiagos savybės toliau gerėja, tačiau šiltojo darbo savybės sumažėja; pridėjus brangžolį kaip drabužių elementą, galima pagerinti medžiagos bendrąsias savybes ir aukštai temperatūros struktūros stabilumą.

Lapeliai yra pagrindiniai lėktuvų variklių dalys, o jų gamybos apimtis sudaro maždaug 30 proc. iš visos variklio gamybos apimties.
Lėktuvų variklio lapeliai yra ploniuoliai ir lengvai deformuojami elementai. Kaip valdyti jų deformaciją ir efektyviai, aukštos kokybės jais procesuoti – tai vienas iš svarbių tyrimų klausimų lapelių gamybos pramonėje.

Su aukštos našumo CNC gaminančiųjų įrankių pasirodymu, turbininių lopų gamybos procesas taip pat undergo didelių pokyčių. Lopai, apdirbami naudojant tikslią CNC apdirbimo technologiją, turi aukštą tikslumą ir trumpus gamybos ciklus, bendrai Kinijoje jie trunka 6 iki 12 mėnesių (pusiau apdirbama apdirbti); o užsienyje 3 iki 6 mėnesių (be atliekų apdirbimas).