Почему в авиадвигателях используются цельные лопатки? Они — ключ к полету! Россия

Авиационный двигатель является «сердцем» самолета и также известен как «жемчужина промышленности». Его производство объединяет множество передовых технологий современной промышленности, включая материалы, механическую обработку, термодинамику и другие области. Поскольку страны предъявляют все более высокие требования к производительности двигателя, новые конструкции, новые технологии и новые процессы в исследованиях, разработках и применении по-прежнему постоянно бросают вызов вершине современной промышленности. Одним из важных факторов улучшения тяговооруженности авиационных двигателей является интегральный лопаточный диск.

Преимущества моноколес

До появления интегрального диска лопаток лопатки ротора двигателя должны были быть соединены с колесным диском посредством шипов, пазов и пазов шипов и запирающих устройств, но эта конструкция постепенно перестала отвечать потребностям высокопроизводительных авиационных двигателей. Интегральный диск лопаток, который объединяет лопатки ротора двигателя и колесный диск, был разработан и теперь стал обязательной конструкцией для двигателей с высокой тягой к весу. Он широко используется в военных и гражданских авиационных двигателях и имеет следующие преимущества.

1.Потеря веса:Поскольку обод диска колеса не требует механической обработки для установки гребня и паза для установки лопаток, радиальный размер обода может быть значительно уменьшен, тем самым значительно уменьшая массу ротора.

2.Уменьшить количество деталей:Помимо того, что диск колеса и лопатки интегрированы, важной причиной является также сокращение стопорных устройств. Авиационные двигатели предъявляют чрезвычайно высокие требования к надежности, и упрощенная конструкция ротора играет большую роль в повышении надежности.

3.Уменьшение потерь воздушного потока:Устраняются потери на выброс, вызванные зазором в традиционном методе соединения, повышается эффективность двигателя и увеличивается тяга.

Снижающий вес и увеличивающий тягу блиск — нелегкая «жемчужина». С одной стороны, блиск в основном изготавливается из труднообрабатываемых материалов, таких как титановый сплав и жаропрочный сплав; с другой стороны, его лопасти тонкие, а форма лопасти сложная, что предъявляет чрезвычайно высокие требования к технологии производства. Кроме того, при повреждении лопастей ротора их невозможно заменить по отдельности, что может привести к сдаче блиска в металлолом, а технология ремонта — еще одна проблема.

Производство моноколес

В настоящее время существуют три основные технологии изготовления цельных лопаток.

• Пятикоординатная фрезерная обработка с ЧПУ

Пятиосевое фрезерование с ЧПУ широко используется в производстве блисков благодаря своим преимуществам: быстрому отклику, высокой надежности, хорошей гибкости обработки и короткому циклу подготовки производства. Основные методы фрезерования включают боковое фрезерование, врезное фрезерование и циклоидальное фрезерование. Ключевые факторы, обеспечивающие успех блисков, включают:

Пятикоординатные станки с хорошими динамическими характеристиками

Оптимизированное профессиональное программное обеспечение CAM

Знания и навыки применения инструментов, предназначенные для обработки титановых сплавов/жаропрочных сплавов

• Электрохимическая обработка

Электрохимическая обработка является превосходным методом обработки каналов интегральных лопаточных дисков авиационных двигателей. Существует несколько технологий обработки в электрохимической обработке, включая электролитическую обработку гильз, контурную электролитическую обработку и электролитическую обработку с ЧПУ.

Поскольку электрохимическая обработка в основном использует свойство растворения металла на аноде в электролите, катодная часть не будет повреждена при применении технологии электрохимической обработки, а заготовка не будет подвергаться воздействию силы резания, тепла обработки и т. д. во время обработки, тем самым снижая остаточное напряжение в интегральном канале лопатки авиационного двигателя после обработки.

Кроме того, по сравнению с пятикоординатным фрезерованием, рабочие часы электрохимической обработки значительно сокращаются, и ее можно использовать на черновой, получистовой и чистовой стадиях обработки. Нет необходимости в ручной полировке после обработки. Поэтому это одно из важных направлений развития обработки интегральных каналов лопаток авиационных двигателей.

• сварка

Лопасти обрабатываются отдельно, а затем привариваются к диску лопатки с помощью электронно-лучевой сварки, линейной сварки трением или вакуумной твердотельной диффузионной сварки. Преимущество заключается в том, что его можно использовать для изготовления цельных дисков лопаток с несовместимыми материалами лопаток и дисков.

Процесс сварки предъявляет высокие требования к качеству сварки лопаток, что напрямую влияет на производительность и надежность всего лопаточного диска авиационного двигателя. Кроме того, поскольку фактические формы лопаток, используемых в сварном лопаточном диске, не являются постоянными, положения лопаток после сварки не являются постоянными из-за ограничения точности сварки, и требуется адаптивная технология обработки для выполнения персонализированной прецизионной фрезеровки с ЧПУ для каждой лопатки.

Кроме того, сварка является очень важной технологией при ремонте интегральных лопаток. Среди них линейная сварка трением, как технология сварки в твердой фазе, имеет высокое качество сварных соединений и хорошую воспроизводимость. Это одна из самых надежных и заслуживающих доверия технологий сварки для сварки роторных компонентов авиационных двигателей с высоким отношением тяги к массе.

Применение блиска

1. Авиационный двигатель EJ200

Авиационный двигатель EJ200 имеет в общей сложности 3-ступенчатые вентиляторы и 5-ступенчатые компрессоры высокого давления. Отдельные лопатки приварены к диску колеса электронным лучом, образуя интегральный лопаточный диск, который используется в вентиляторе 3-й ступени и компрессоре высокого давления 1-й ступени. Интегральный лопаточный диск не приварен вместе с роторами других ступеней, образуя многоступенчатый интегральный ротор, а соединен короткими болтами. В общем, это ранняя стадия применения интегральных лопаточных дисков.

2. Турбореактивный двигатель F414

В турбовентиляторном двигателе F414 2-я и 3-я ступени 3-ступенчатого вентилятора и первые 3 ступени 7-ступенчатого компрессора высокого давления используют интегральные лопатки, которые обрабатываются электрохимическими методами. GE также разработала осуществимый метод ремонта. На этой основе интегральные лопатки 2-й и 3-й ступеней вентилятора свариваются вместе, образуя интегральный ротор, а 1-я и 2-я ступени компрессора также свариваются вместе, что дополнительно снижает вес ротора и повышает долговечность двигателя.

По сравнению с EJ200, F414 сделал большой шаг вперед в применении встроенных лопастей.

3. Двигатель F119-PW-100

3-ступенчатый вентилятор и 6-ступенчатый компрессор высокого давления используют цельные лопатки, а лопатки вентилятора 1-й ступени полые. Полые лопатки приварены к диску колеса линейной сваркой трением, образуя цельную лопатку, что снижает вес ротора этой ступени на 32 кг.

4. Двигатель BR715

В крупных гражданских двигателях также используется интегральный лопаточный диск. Двигатель BR715 использует технологию пятикоординатного фрезерования с ЧПУ для обработки интегрального лопаточного диска, который используется на компрессоре нагнетателя второй ступени после вентилятора, а передний и задний интегральные лопаточные диски сварены вместе, образуя интегральный ротор. Он используется в Boeing 717.