Od ognia do lotu: Odkrywanie cudów technologii termicznej w produkcji silników lotniczych. Rekryształtowanie

Technika inhibitująca

Wyjątkowe właściwości jednokrystalicznego superstopu są przede wszystkim wynikiem eliminacji granic ziaren w jednokrystalicznych łopatkach, a rekryształtacja znacząco obniży odporność na wysokie temperatury pierwotnego jednokrystalicznego stopu. Po odlewie jednokrystalicznej łopatki konieczne jest wykonanie otworów filmowych, szlifowanie zębów łączonek, frezowanie boczne płyty krawędziowej, spawanie technologicznych otworów w czubku łopatki, obróbka cieplna, montaż oraz inne prace związane z dalszym procesem produkcji. W trakcie pracy silnika łopatka podlega oddziaływaniu gorącego i zimnego powietrza, ekstremalnym temperaturom, ogromnym obciążeniom i gwałtownym drganiom podczas szybkiego obrotu, co może prowadzić do rekryształtacji. Były również przypadki uszkodzeń łopatek turbinowych. Dlatego w ostatnich latach badania zarówno w kraju, jak i za granicą skupiały się na stosowaniu metod takich jak wstępna obróbka cieplna przywracająca strukturę, węglowanie, nanoszenie warstw ochronnych i usuwanie zdeformowanej warstwy powierzchniowej w celu hamowania rekryształtacji oraz dodawania elementów wzmacniających granice ziaren w ramach naprawy rekryształtacji.

Technologia drukowania 3D

Drukowanie 3D, znane również jako produkcja addytywna, integruje CAD, CAM, metaliurgię proszków, obróbkę laserową i inne technologie. Korzystając z technologii drukowania 3D, możemy przekształcić myśl "umysłu" w trójwymiarowy obiekt i wydrukować obraz części na komputerze jako "rzeczywistą" część. Technologia drukowania 3D spowodowała "rewolucyjną" zmianę w technologii produkcyjnej i koncepcji obróbki. Uniwersytet Monash w Australii pomyślnie wyprodukował pierwszy na świecie silnik odrzutowy wydrukowany w 3D. W tym samym czasie współpracuje również z Boeingiem, Grupą Airbus i Grupą Safran, dostarczając prototypy silników wydrukowanych w 3D do testów lotowych dla Boeinga i innych firm. Dzięki technologii drukowania 3D czas produkcji części silnika może zostać skrócony z trzech miesięcy do sześciu dni.

W Chinach technologia drukowania 3D została wykorzystana do naprawy i ponownego użycia części znośnych na końcach łopatek wirnika kompresora wysokiego ciśnienia silnika turbofan. Technologia drukowania 3D została już zastosowana do produkcji niemechanicznych części i elementów statycznych silnika, ale właściwości mechaniczne tych części są aktywnie badane. W tym samym czasie, stosowanie technologii drukowania 3D do produkcji części wirnikówowych silnika oraz elementów nośnych przeprowadza się również w ramach szerokich badań.

Technologia obróbki krawędzi wydechowych łopatek (przedniej i tylniej)

Jakość obróbki krawędzi dopływu i odpływu łopatki silnika lotniczego jest jednym z kluczowych czynników wpływających na wydajność aerodynamiczną silnika. Krawędź dopływu i odpływu to także część łopatki, do której najczęściej występują defekty, oraz obszar wrażliwy na defekty w stopie tytanu. Duża liczba awarii silników jest spowodowana wadami obróbki krawędzi dopływu i odpływu łopatki. Ponieważ krawędź dopływu i odpływu łopatki jest najcieńszą częścią łopatki i jej brzegiem, ma ona niską sztywność, a deformacja podczas obróbki jest duża, co często powoduje, że przetworzone krawędzie dopływu i odpływu mają kształt kwadratu lub są zaostrzone. W masowej produkcji łopatek silnika problem technologiczny polegający na efektywnym i wysokiej jakości obróbce krawędzi dopływu i odpływu łopatek nie został jeszcze całkowicie rozwiązany.

Technologia adaptacyjnej obróbki

Technologia adaptacyjnego obrabiania jest podzielona na trzy formy, mianowicie: adaptacyjne planowanie trajektorii pozycji narzędzia, adaptacyjna kontrola systemu numerycznego oraz adaptacyjne obrabianie połączone z cyfrowym pomiarem [3]. W Chinach technologia adaptacyjnego obrabiania została pomyślnie zastosowana w precyzyjnym kułakowaniu/wałkowaniu ostrzy, naprawie uszkodzonych ostrzy oraz w obrabianiu tarcz monolitycznych połączonych spawaniem tarcznym tarczy i dysku. Pomimo że technologia adaptacyjnego obrabiania osiągnęła postępy i rozwój zarówno w teorii, jak i praktyce, inżynierskie zastosowania tej technologii są nadal popularną technologią badawczą w produkcji silników lotniczych.

Technologia antyzmędnieniowa

Usterki spowodowane zmęczeniem materiału i defektami obróbki powierzchniowej stały się głównymi przyczynami uszkodzeń części silników lotniczych, a te usterki mają tendencję do wzrostu. Dlatego "produkcja antyzmęczeniowa" stała się popularną technologią w produkcji silników lotniczych. Technologia produkcji antyzmęczeniowej polega na poprawie trwałości zmęczeniowej elementów przez zmianę struktury i rozkładu naprężeń w materiałach w procesie produkcji elementów, bez zmiany materiału i wymiarów przekroju. Trwałość zmęczeniowa jest głównie wpływowana przez obróbkę cieplną, korozyjny wpływ środowiska, jakość powierzchni, skupienie naprężeń, stres powierzchniowy oraz inne czynniki. Główną metodą produkcji antyzmęczeniowej jest redukowanie skupienia naprężeń i poprawa wytrzymałości powierzchniowej elementów. Redukacja skupienia naprężeń polega na zapewnieniu integralności obrabianej powierzchni, a najlepszym sposobem na poprawę wytrzymałości powierzchniowej elementów jest szlifowanie kuliste. W procesie produkcji antyzmęczeniowej dla silników lotniczych opracowano wiele nowych mediów szlifujących w tradycyjnym procesie szlifowania kulistego, a nowe technologie, takie jak szlifowanie laserowe, ultradźwiękowe i wysokociśnieniowe za pomocą wody, są szeroko stosowane.

Technologia zapobiegania kolizjom z ptakami

Częste występowanie kolizji z ptakami stało się nieuniknionym problemem w rozwoju silników lotniczych, a zarówno w kraju, jak i za granicą przeprowadzono szeroką działalność badawczą. W lipcu 2015 roku amerykańska FAA wydała powiadomienie "Wymagania dotyczące kolizji z ptakami dla samolotów transportowych", które nie tylko postawiło konkretne wymagania i przepisy dotyczące przyszłego zapobiegania kolizjom z ptakami i uszkodzeniom przez obce przedmioty w silnikach samolotów, ale również wskazało nowy kierunek badań dotyczących rozwoju nowych materiałów silnikowych i technologii produkcji nowych struktur.