Nøkkeltrekket, varmeteknologien og grunnleggende teknologien for fremstilling av avanserte flymotorer

Forholdet mellom drivkraft og vekt og forholdet mellom effekt og vekt er de viktigste tekniske indeksene for å måle og vurdere den avanserte karakteren til luftfartsmotorer. For å oppnå et drivkraft-vektforhold på mer enn 10, bruker luftfartsmotoren kontinuerlig nye materialer og innfører nye strukturer for å redusere vekten på komponentene i motoren samtidig som turbineffekten foran blir betydelig økt. Dette stiller høyere tekniske krav til motorproduksjonen og fremmer den kontinuerlige oppkomsten og utviklingen av nye teknologier innen luftfartsmotorproduksjon. En rekke nøkkelmanufakturerteknologier utviklet for å oppnå høy ytelse på luftfartsmotorer vil bli eller har blitt retningen for utviklingen av avanserte manufakturerteknologier. Denne artikkelen introducerer nøkkelmanufakturerteknologien for luftfartsmotor fra tre aspekter: nøkkeltreknologi, varmetreknologi og grunnleggende treknologi. Nøkkelmanufakturerteknologien er den nødvendige teknologien for å utvikle avanserte luftfartsmotorer. Manufakturerteknologien for varmeområder er en teknologi som må studeres for å forbedre produksjons-effektiviteten og kvaliteten på motoren. Grunnleggende manufakturerteknologi er den teknologien som bør gradvis akkumuleres og utvikles under motorens utvikling og masseproduksjon, og representerer den bløte magten av motorens manufakturerteknologinivå og produseringskapasitet.

Nøkkelteknologien for produksjon av flymotorer

Produksjons teknologi for enkeltkristallturbinblader

Framstallings temperaturen på moderne flymotor er mye økt, og turbinforanstemperaturen på F119-motoren er så høy som 1900~2050K, og turbinbladene laget med tradisjonell prosess kan enkelt ikke tåle slik høy temperatur, og vil til og med smelte og ikke fungere effektivt. Enkeltkristallturbinbladene løser vellykket problemet med høytemperaturmotstand for turbinbladene på motorene med tyngdestegeforhold på 10 nivåer. Den fremragende høytemperaturmotstanden til enkeltkristallturbinbladene beror hovedsakelig på at det bare er én kristall i hele bladet, dermed elimineres feilene i høytemperaturytelsen mellom korn grensene forårsaket av polycrystallstruktur i ekviasiske og rettingskristallbladene.

Den enkelte kristallturbinbladet er den motordelen med flest produktionsprosesser, lengste syklus, lavest kvalifikasjonsrate og strengeste utlendingsblokkade og monopol. Produktionsprosessen for enkeltkristallturbinblader omfatter kernekjøring, kerneforretting, kernebrenning, kerneinspeksjon, matchingen mellom kerne og form, voksbildeinjeksjon, voksbildex-litskjekk, voksbildevekkets tykkelsestest, voksbildedressing, voksbildekombinasjon, krysfallsystem og gjetningsportkombinasjon, malingssanding, skalltørking, skallavvoksing, skallbranning, bladgjeting, enkeltkristallfastsetting, skallpustning, førsteinspeksjon, fluoresensinspeksjon, kernefjerne, slipning, akordbredde-måling, bladx-råinspeksjon, x-rayfilm-inspeksjon, profilsinspeksjon, nøyaktig blad, bladvekkets tykkelsestest og endelig kontroll av produktionsprosessen. I tillegg må man fullføre design og produksjon av investeringsgjetteform for turbinblad.

For tiden kan bare noen få land i verden, som USA, Russland, Storbritannia, Frankrike og Kina, lage enkristallstorkjøttblader. De siste årene har det blitt gjort store fremgang innenfor produksjonen av enkristallstorkjøttblader i Kina. Enkristallstorkjøttbladene til motorene med stempelsviktforhold på 10 har blitt utviklet, og enkristallstorkjøttbladene til høyeffektive turboskruemotorer med høy effektmasseforhold produseres i stor skala.

Høyeffektiv, høy nøyaktighet og lavkostnadsfremstillingsteknologi for helhetlige bladskiver

Bruk av integralbladskiveteknologien fremmer innovasjonen av strukturell design i flymotorer og et sprang for fremstillingsprosessen, oppnår formålet med å redusere vekten på motoren og øke effektiviteten, og forbedrer driftsreliabiliteten til motoren. Samtidig fører den tyne bladyten, stor bøyning og høyeffektiv luftdynamisk design til dårlig bladstivhet, lettere deformasjon og vanskelige kontrollproblemer; Den smale og dype luftkanalen mellom bladene gjør at realiseringen av bladskivebehandlingsteknologien er ugunstig. Høy-styrke materialer som titanlegemer og superlegemer er vanskelige å skjære og har lav effektivitet. USA og Storbritannia begynte i 1980-ane å bruke den nye monolithiske skivetechnologien i motorene, Kinas monolittiske skiveteknologi startet omtrent i 1996.

Bruk av integrert blad-skiveteknologi har fremmet utviklingen av integrert teknologi for motordelstruktur. Tandem-integrale bladskiver med tromme, bladskiver med akse, kombinasjon av skive-tromme-akse, lukkede bladskiver med bånd, rektifiseringsstatorringbladskiver og to-trinns- eller flertrinnsbladskiverkombinasjoner har blitt anvendt etter hvert i utviklingen av nye flymotorer. På grunnlaget av aksialstrømende skiver og sentrifugalmotoren er store og små bladstruktursskiver og skjevstrømende cotyledonskiver utviklet.

Ettersom monolithisk bladskive har blitt brukt i høy ytelsesluftfartsmotorer, har teknologien for produksjon av monolithiske bladskiver utviklet seg og forbedret. I dag omfatter prosessmetodene for behandling av monolithiske bladskiver hovedsakelig følgende 5 typer: taptevaks presisjonsformgjøring av monolithiske bladskiver, elektronstrålevepsel av monolithiske bladskiver, elektrokjemisk bearbeiding av monolithiske bladskiver, lineær friksjonsvepsel av monolithiske bladskiver og fem-aksess CNC-skivemaskinbearbeiding av monolithiske bladskiver.

Fem-koordinat CNC-maskinverktøyprosessen for bearbeiding av integrerte bladskiver er den tidligste, mest brukt i ingeniørapplikasjoner og har høy teknisk modnet i det kinesiske luftfartsmotorens produsering av integrerte bladskiver. Nøkkelen til utviklingen og anvendelsen av denne teknologien er slosningsteknologien, symmetrisk spiralfræsing av bladprofilen, feilkompensasjonsteknologien for bearbeiding av bladets foran og bakkanter, og adaptiv bearbeidingsteknologi for hele bladskiven [1]. Utenlandske motoryper som T700, BR715-forsterkningsstadiet og EJ200-brannkammerbladskiver bruker denne metoden til produksjon, mens Kinas CJ1000A og WS500-luftfartsmotors integrerte bladskiver også produseres ved hjelp av fem-koordinat CNC-bearbeidningsteknologi. Figur 1 viser det første stadiet av en integrert bladskive fra en høytrykkskompressor i en kommersiell flymotor produsert i Kina.

Hul bladproduserteknologi

Ventilatoren i turboventilatormotoren er langt unna brinningsrommet, og varmelasten er lav, men kravene fra den avanserte flymotor på dens aerodynamiske effektivitet og evnen til å forhindre skade av fremmede objekter forbedres konstant. Den høy ytelsesflymotorens ventilator bruker bred strek, uten skulder og tom ventilatorblad.

Det hule ventilatorbladet av den trekantige tråsstruktur som ble utviklet av Luo Luo-selskapet er en forbedring av det opprinnelige honningbi-bladet. Luo Luo-selskapet kaller det andre generasjons hule ventilatorblad. Prosessen består i å bruke superplastisk forming/diffusjonskopling (SPF/DB) kombinasjonsprosessmetode for å lage 3-lags titaniumalliansplate til et bredt streng hullet ventilatorblad. Den hule delen av bladet er en trekantig tråsstruktur, som allerede brukes på Trent-motorene til Boeing 777 og A330-fly. Teknologien for produksjon av hule ventilatorblader med trekantig tråsstruktur i Kina har også gjort en gjennombrudd (figur 2 viser det hule ventilatorbladet og den interne trekantige strukturen), men for å oppfylle kravene til teknisk anvendelse, må det gjøres mye forskning om styrke, vibrasjon, utmating og prosessoptimalisering.

Framstillingen av hule blader foregår som følger: Først må 3 titaniumleges plater forberedes og plasseres i øvre, midtre og nederste lag. Midtelsaget er kjerneplassen, mens øvre og nedre lagene er bladens skål og ryggplate, henholdsvis. Deretter blir fanens hule blader formet av tre titaniumleges plater etter oljeremning og ettersyrling, kontroll av mellomlag med flues, velding av titaniumplaten, formvarming, argonrense, diffusjonskobling, superplastiskforming, kjøling i ovn, overflatevasking, bearbeiding av bladrot og inletts- og utlettskanter, bladinspeksjon og andre prosedyrer [2] superplastiskforming/diffusjonskobling (SPF/DB).

Høyttknologisk lagringsteknikk

Skjæring er en av de nøkkelkomponentene i et flymotor. Skjæringen kjører på høy fart, ofte flere ti tusen omdrehninger per minutte (RPM), i lengre tidsrom, og må også klare å motstå den enorme sentrifugalkraften fra motorens rotor under høyfartssnurringer, samt ulike former for presjonsstress, friksjon og ultra-høy temperatur. Kvaliteten og ytelsen til skjæringer påvirker direkte motorens ytelse, levetid, pålitelighet og flysikkerhet. Utvikling og produksjon av høyendrings-skjæringer er tett knyttet til tværfaglig forskning innen kontaktmekanikk, smørings-teori, triboologi, utmatting og skadeanalyse, varmebehandling og materialestruktur, og må også løse en stor mengde tekniske utfordringer innenfor design, materialer, fremstilling, produsert utstyr, testing og prøving, fedtstoffer og smøring.

For tiden er utviklingen, produksjonen og salget av høyendringskjeler i stor grad monopolisert av kjeleverksselskaper i vestlige land som Timken, NSK, SKF og FAG. Kinas teknologi for flymotorproduksjon er baklengs, og den innv ann produsenskapasiteten og utviklingsnivået til å kunne levere høyendringskjeler egnet for avanserte flymotorer i kortsiktig. Kjelen har blitt til den "Mount Everest" som er vanskelig å krysse i Kinas forskning og utvikling av flymotorer, noe som sterkt begrenser utviklingen av høy ytelsesflymotorer i Kina.

Produksjonsteknologi for pulverturbinskiver

Turbinskiven i flymotor er utsatt for en kombinasjon av høy temperatur og høy spenning, streng driftsforhold, kompleks fremstillingsprosess og tekniske utfordringer, noe som har blitt ett av de vanskelige områdene ved motorutvikling i Kina. Pølveregnelegemer er vidt brukt i høy ytelsesflymotorer i utlendingene på grunn av deres fremragende mekaniske egenskaper og gode varme- og kaltebehandlingsegenskaper. Fremstillingen av pulverturbinskiver inkluderer en rekke nøkkelfremstillings teknologier som materiutforskning, smelting av masterlegemer, pulverberedning og behandling, varm isotrop trykk (HIP), isoterisk forming, varmetreating og høy nøyaktighet deteksjon og evaluering osv. Den bærer den nødvendige nøkkelfremstillings teknologien for avansert flymotorproduksjon. Trender i utlendingenes forskning på pulverturbiner går mot å utvikle seg fra høy-styrke turbiner til skade-tolerante turbiner når det gjelder tjenesteegenskaper, og pulverisering prosessen mot ultra-rein fine pulverer. Utover varm isotrop trykk (HIP) er også ekstrusjonsforming og isoterisk forming prosesser utviklet. I Kina har Beijing Institute of Aeronautical Materials utviklet flere typer flymotor pulverturbiner, som har løst de nøkkelfremstillings tekniske problemene med avanserte flymotor pulverturbiner, men ingeniørproblemet med pulverturbiner har ikke blitt fullstendig løst.

Teknologi for fremstilling av sammensatte materialer

Sammensatt materials teknologi har blitt vidt brukt i høy ytelsesluftfartsmotorer. For å møte kravene til utviklingen av LEAP-motoren, har Sniema adoptert 3D vevet resins overføringsforming (RTM) teknologi for å lage sammensatte fanekasser og sammensatte faneblader. Deler fra LEAP-motoren laget med RTM-teknologien har høy styrke, og veien bare halvparten av titaniumlegemets deler med samme struktur. Under utviklingen av F119-motoren, utviklet Pratt & Whitney kontinuerlig SiC fiberforsterket titaniummatrisekomposit med bred kant faneblader. Denne typen kompositblade har egenskapene høy stivhet, lettvekt og motstandsdyktighet, og kalles den tredje generasjonen bredd kant faneblad. Alle de tre fasene av F119 turbofan-motorens rotor er laget av dette materialet. I Kina har også sammensatt materials produserte teknologi blitt brukt i produksjonen av luftfartsmotordele, og smeltning autogen TiB2 partikkelforstærket aluminiummatrisekomposit faneblader har gjort store fremgang. Men TiB2 partikkelforstærket aluminiummatrisekomposit faneblad effektiv behandling, prosessoverflate forsterking, motstandsdyktighet mot utmating og motstandsdyktighet mot fremmed objekt skade teknologi er nøkkel- og vanskelig å realisere denne materialets faneblad ingeniørskap forskning.