Teknologi utama, teknologi panas dan teknologi asas dalam pengilangan enjin aero terkini

Nisbah dorongan-ke-bobot dan nisbah kuasa-ke-bobot adalah indeks teknikal yang paling penting untuk mengukur dan menilai sifat moden enjin udara. Untuk mengejar nisbah dorongan-ke-bobot enjin lebih daripada 10, enjin udara secara berterusan menggunakan bahan baru dan memperkenalkan struktur baru untuk mengurangkan berat komponen enjin udara sambil meningkatkan suhu di hadapan turbin enjin dengan sangat besar. Ini memberi tuntutan teknikal yang lebih tinggi kepada pembuatan enjin, dan mendorong penampilan dan perkembangan teknologi baru dalam pembuatan enjin udara. Siri teknologi pembuatan utama yang dibangunkan untuk pembangunan enjin udara cemerlang akan menjadi atau telah menjadi arah perkembangan teknologi pembuatan moden. Kertas ini memperkenalkan teknologi pembuatan utama enjin udara dari tiga aspek: teknologi utama, teknologi panas, dan teknologi asas. Teknologi pembuatan utama adalah teknologi yang diperlukan untuk membangunkan enjin udara moden. Teknologi pembuatan hotspot adalah teknologi yang mesti dikaji untuk meningkatkan kecekapan pembuatan dan kualiti pembuatan enjin. Teknologi pembuatan asas adalah teknologi yang harus secara bertahap dikumpulkan dan dibangunkan dalam pembangunan enjin dan pengeluaran berskala besar, dan mewakili kuasa lembut tahap teknologi pembuatan enjin dan keupayaan pengeluaran.

Teknologi utama dalam pembuatan enjin aero

Teknologi pembuatan bilah turbin kristal tunggal

Suhu di hadapan turbin bagi enjin aero moden telah meningkat secara ketara, dan suhu di hadapan turbin enjin F119 adalah sebanyak 1900~2050K, dan bilah turbin yang dibentuk dengan kaedah tradisional tidak dapat menahan suhu sedemikian tinggi, malah mungkin akan lebur dan tidak dapat berfungsi dengan efektif. Bilah turbin kristal tunggal dengan jayanya menyelesaikan masalah ketahanan terhadap suhu tinggi bagi bilah turbin enjin dengan nisbah dorongan-berat sebanyak 10 peringkat. Ketahanan suhu tinggi yang cemerlang bagi bilah turbin kristal tunggal terutamanya bergantung kepada kenyataan bahawa hanya terdapat satu kristal di seluruh bilah, dengan itu menghapuskan kecacatan dalam prestasi suhu tinggi di antara sempadan butiran yang disebabkan oleh struktur polikristal bijaksana dan kristal arah pada bilah.

Bilah turbin kristal tunggal adalah bahagian enjin dengan proses pembuatan paling banyak, kitaran terpanjang, kadar kelayakan paling rendah, dan pengekangan asing yang paling ketat serta monopoli. Proses pembuatan bilah turbin kristal tunggal termasuk pemampatan inti, perbaikan inti, penyinteran inti, pemeriksaan inti, penyuaian antara inti dan cetakan, penyuntikan mold lilin, pemeriksaan sinar-X mold lilin, pengesan tebal dinding mold lilin, penyelapan mold lilin, penggabungan mold lilin, penggabungan sistem penarikan kristal dan pintasan tuangan, pengelupasan cat pasir, pengeringan cangkang, pelurusan cangkang, panggang cangkang, pencurian daun, pengerasan kristal tunggal, pelepasan cangkang, pemeriksaan awal, pemeriksaan fluoresen, pengeluaran inti, penggilingan, pengukuran lebar tali, pemeriksaan sinar-X bilah, pemeriksaan filem sinar-X, pemeriksaan profil, pemotongan halus bilah, pengesan tebal dinding bilah, dan pemeriksaan akhir proses pembuatan. Selain itu, perlu juga menyiapkan rekabentuk dan pembuatan cetakan pelabuhan untuk bilah turbin.

Sekarang, hanya beberapa negara di dunia seperti Amerika Syarikat, Rusia, United Kingdom, Perancis, dan China yang mampu menghasilkan bilah turbin kristal tunggal. Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan besar telah dicapai dalam pengeluaran bilah turbin kristal tunggal di China. Bilah turbin kristal tunggal untuk enjin dengan nisbah dorongan-berat 10 peringkat telah dibangunkan dan bilah turbin kristal tunggal untuk enjin turboshafts dengan nisbah kuasa-berat tinggi telah diproduksi secara besar-besaran.

Teknologi pemprosesan cekap, tepat tinggi dan kos rendah bagi cakera bilah terpadu

Penggunaan teknologi cakera bilah terpadu mempromosikan inovasi dalam reka bentuk struktur enjin udara dan melompati proses pembuatan, mencapai tujuan pengurangan berat enjin dan peningkatan kecekapan, serta meningkatkan kebolehpercayaan operasi enjin. Pada masa yang sama, ketebalan nipis bilah, pemanjuran besar dan reka bentuk pneumatik berkecekapan tinggi menyebabkan kekurangan kekakuan bilah, mudah kepada perubahan bentuk dan sukar dikawal; Saluran aliran udara sempit dan dalam di antara bilah-bilah membuat teknologi pemprosesan cakera bilah sukar dicapai. Bahan kekuatan tinggi seperti kelium dan superaloi sukar dipotong dan mempunyai kecekapan rendah. Amerika Syarikat dan Britain pada 1980-an mula menggunakan teknologi cakera kesatuan enjin baru, manakala teknologi cakera kesatuan China bermula sekitar tahun 1996.

Penggunaan teknologi bilah cakera integral telah memupuk perkembangan teknologi pengintegrasian struktur komponen enjin. Gabungan bilah cakera bersiri dengan tangki, cakera bilah dengan paksi, kombinasi cakera tangki paksi, cakera bilah tertutup dengan gelang, cakera bilah penstabil rotor dan gabungan dua atau pelbagai peringkat cakera bilah telah digunakan berturut-turut dalam pembangunan enjin udara baru. Berdasarkan cakera aliran axial dan kipas sentrifugal, cakera struktur bilah besar dan kecil serta cakera aliran condong telah dibangunkan.

Kerana cakera pisaunya monolitik telah digunakan dalam enjin aero berprestasi tinggi, teknologi pengilangan cakera pisaunya monolitik terus berkembang dan membaik. Pada masa kini, proses pemprosesan cakera pisaunya monolitik terutamanya merangkumi lima kaedah proses: cakera pisaunya monolitik pengekalan lilin hilang, cakera pisaunya monolitik penyambungan elektron, cakera pisaunya monolitik mesin elektrokimia, cakera pisaunya monolitik penyambungan geselan garisan, dan cakera pisaunya monolitik pemotongan alat mesin CNC lima-kordinat.

Proses pembuatan cakera daun terpadu menggunakan alat mesin CNC lima koordinat adalah yang paling awal, dengan aplikasi kejuruteraan yang paling luas dan matang secara teknologi dalam proses pembuatan cakera daun terpadu enjin udara domestik. Dalam hal ini, kunci kepada pembangunan dan aplikasi teknologi ini adalah teknologi pengeboran dan pemotongan, teknologi penyempurnaan profil bilah penggilingan spiral simetris, teknologi kompensasi ralat pemprosesan tepi depan dan belakang bilah, serta teknologi pemprosesan adaptif profil keseluruhan cakera daun [1]. Enjin luar T700, peringkat penambah BR715, enjin EJ200 cakera daun terpadu menggunakan kaedah pemprosesan ini untuk pemprosesan dan pembuatan, manakala enjin pesawat CJ1000A dan WS500 China juga menggunakan teknologi pemprosesan CNC lima koordinat untuk pembuatan. Rajah 1 menunjukkan cakera daun terpadu peringkat pertama tekanan tinggi enjin komersial buatan China.

Teknologi pembuatan bilah kosong

Kipas enjin turbofan terletak jauh dari bilik pembakaran, dan beban haba adalah rendah, tetapi keperluan aeroengine lanjutan bagi kecekapan aerodinamiknya dan keupayaan untuk mengelakkan kerosakan objek asing sentiasa meningkat. Kipas enjin aero berdaya tinggi menggunakan blade kipas lebar, tiada bahu dan kosong.

Balingan kipas berlubang dengan struktur trus segitiga yang dikembangkan oleh Syarikat Luo Luo adalah peningkatan kepada balingan sandwich lebah asal. Syarikat Luo Luo memanggilnya generasi kedua balingan kipas berlubang. Prosesnya adalah untuk menggunakan kaedah kombinasi pembentukan superplastik/penghubungan penyebaran (SPF/DB) untuk membuat papan paduan titanium tiga lapis menjadi balingan kipas berlubang dengan chord lebar. Bahagian berlubang daripada balingan ini adalah struktur trus segitiga, yang sudah digunakan pada enjin Trent pesawat Boeing 777 dan A330. Teknologi pembuatan balingan kipas berlubang dengan struktur trus segitiga di China juga telah membuat terobosan (Rajah 2 menunjukkan balingan kipas berlubang dan struktur segitiga dalaman), tetapi untuk memenuhi aplikasi kejuruteraan, banyak kerja penyelidikan perlu dilakukan mengenai kekuatan, getaran, ujian keletihan dan pengoptimuman proses.

Proses pembuatan bilah berlubang adalah seperti berikut: Pertama, 3 keping keluli titan perlu disediakan dan diletakkan pada lapisan atas, tengah dan bawah. Lapisan tengah adalah papan inti, lapisan atas dan bawah masing-masing adalah dasar daun dan papan belakang daun. Kemudian, bilah berlubang kipas dibentuk oleh tiga keping keluli titan selepas proses pengeluaran minyak dan pencucian asid, pemeriksaan pelapukan lapisan tengah, penyambungan keluli titan, pemanasan cetakan, pemurnian argon, sambungan penyebaran, pembentukan superplastik, pendinginan dengan ketuhar, mencuci permukaan, pemprosesan akar daun dan tepi masuk dan keluar, pemeriksaan daun dan prosedur lain [2] pembentukan superplastik/sambungan penyebaran (SPF/DB).

Teknologi pembuatan bearing tinggi

Pemegang adalah salah satu komponen utama enjin aero, pemegang beroperasi pada kelajuan tinggi ribuan RPM selama tempoh yang lama, serta mesti menahan daya sentrifugal besar dari pusingan rotor enjin dan pelbagai bentuk tekanan, geseran, dan suhu ultra-tinggi. Kualiti dan prestasi pemegang secara langsung mempengaruhi prestasi enjin, umur, kebolehpercayaan, dan keselamatan penerbangan. Pembangunan dan pengeluaran pemegang premium berkait rapat dengan penyelidikan lintas disiplin dalam mekanik perhubungan, teori pelumasan, tribologi, keletihan dan kerosakan, rawatan haba, dan organisasi bahan, serta mesti menyelesaikan banyak masalah teknikal dalam reka bentuk, bahan, pembuatan, peralatan pembuatan, ujian dan pengujian, minyak dan pelumasan.

Saat ini, penyelidikan dan pembangunan, pengeluaran dan jualan pelari tinggi hampir disekat oleh syarikat pengeluar pelari dari negara barat seperti Timken, NSK, SKF, dan FAG. Teknologi pengeluaran enjin kapal terbang China adalah tertinggal, dan keupayaan pengeluaran serta tahap pembangunan syarikat pengeluar pelari dalam negara tidak dapat menghasilkan pelari canggih yang sesuai untuk enjin kapal terbang moden dalam tempoh pendek. Pelari telah menjadi "Gunung Everest" yang sukar dilangkau dalam penyelidikan dan pembangunan enjin udara China, yang sangat membatasi pembangunan enjin udara berprestasi tinggi di China.

Teknologi pengeluaran disc turbin serbuk

Cakera turbin enjin udara menghadapi superposisi suhu tinggi dan tekanan tinggi, keadaan kerja yang keras, proses penyediaan yang kompleks, dan kesukaran teknikal, yang telah menjadi salah satu cabaran dalam pembangunan enjin di China. Superaloi serbuk digunakan secara meluas dalam enjin udara prestasi tinggi di negara-negara asing disebabkan oleh sifat mekanik yang cemerlang dan prestasi pemprosesan panas dan sejuk yang baik. Pembuatan cakera turbin serbuk merangkumi siri teknologi pengeluaran kunci seperti pembangunan bahan, pengecaman aloi induk, penyiapan dan perlakuan serbuk, penekanan isostatik panas, penempaan isoterma, rawatan haba, dan pengesanan serta penilaian ketepatan tinggi, dll. Ia membawa teknologi pengeluaran kunci yang tidak terpisahkan untuk pembuatan enjin udara maju. Tren penyelidikan luaran pada cakera turbin serbuk adalah untuk membangunkan daripada cakera turbin kekuatan tinggi kepada cakera turbin tahan kerosakan dari segi prestasi perkhidmatan, dan proses penghancuran kepada serbuk halus ultra-murni. Selain penekanan isostatik panas, proses-proses pembentukan seperti pengepresan dan penempaan isoterma juga dibangunkan. Di China, Institut Bahan Penerbangan Beijing telah membangunkan pelbagai cakera turbin serbuk enjin udara, yang telah menyelesaikan masalah teknikal pengeluaran utama bagi cakera turbin serbuk enjin udara maju, tetapi masalah pengeluaran kejuruteraan bagi cakera turbin serbuk belum sepenuhnya diselesaikan.

Teknologi pembuatan bahan komposit

Teknologi bahan komposit telah digunakan secara meluas dalam enjin udara berprestasi tinggi. Untuk memenuhi keperluan pembangunan enjin LEAP, Sniema menggunakan teknologi 3D tenun pemindahan resen (RTM) untuk menghasilkan kasing kipas komposit dan bilah kipas komposit. Bahagian enjin LEAP yang dikeluarkan oleh teknologi RTM mempunyai kekuatan tinggi, dan jisimnya hanya separuh daripada jisim bahagian keluli titanium struktur yang sama. Semasa proses pembangunan enjin F119, Pratt & Whitney mengembangkan bilah kipas lebar chord matriks titanium diperkuat serat SiC berterusan. Jenis bilah komposit ini mempunyai sifat kekakuan tinggi, ringan dan tahan terhadap impak, dan dipanggil bilah kipas lebar chord generasi ketiga. Rotor kipas 3 peringkat enjin turbofan F119 semuanya dibuat daripada bahan ini. Di China, teknologi pengeluaran bahan komposit juga telah digunakan dalam pembuatan bahagian enjin penerbangan, dan kemajuan besar telah dicapai dalam bilah kipas matriks aluminium diperkuat zarah TiB2 autogenous leburan. Tetapi pemprosesan cekap bilah kipas matriks aluminium diperkuat zarah TiB2, penguatan permukaan pemprosesan, prestasi anti-lelah dan teknologi anti-kerosakan objek asing adalah kunci dan sukar untuk mewujudkan penyelidikan kejuruteraan aplikasi bilah kipas bahan ini.