Kľúčová technológia, horká technológia a základná technológia výroby pokročilých leteckých motora

Pomer tahu k hmotnosti a pomer výkonu k hmotnosti sú najdôležitejšie technické ukazovatele na meranie a hodnotenie pokročilosti lietadlových motorov. Pre dosiahnutie pomeru tahu ku hmotnosti viac ako 10 používajú lietadlove motory neustále nové materiály a uvádzajú nové štruktúry, aby znížili hmotnosť komponentov motoru, zatiaľ čo významne zvyšujú teplotu pred turbinou. To stanovuje vyššie technické požiadavky na výrobu motorov a podporuje neustály vznik a rozvoj nových technológií v oblasti výroby lietadlových motorov. Škálka kľúčových výrobných technológií vyvinutých pre rozvoj vysokoefektívnych lietadlových motorov sa stane alebo už je smerom rozvoja pokročilých výrobných technológií. Tento článok predstavuje kľúčovú výrobnú technológiu lietadlového motoru zo troch aspektov: kľúčovej technológie, horkých technológií a základných technológií. Kľúčová výrobná technológia je nevyhnutná technológia na rozvoj pokročilého lietadlového motoru. Výrobná technológia v horečke je technológia, ktorú je potrebné skúmať na zvýšenie výrobného účinku a kvality motoru. Základná výrobná technológia je technológia, ktorá by mala byť postupne akumulovaná a rozvíjaná v procese rozvoja a masovej výrobe motorov, a reprezentuje mäkkú silu úrovne výrobných technológií a výrobnú kapacitu.

Kľúčová technológia výroby leteckého motora

Výrobná technológia jednokrystalového turbinového listu

Frontová teplota turbíny moderného leteckého motora sa značne zvýšila, a frontová teplota turbíny motora F119 dosahuje až 1900~2050K. Turbinové listy odlitím pomocou tradičnej technológie jednoducho nevydržia takúto vysokú teplotu a dokonca môžu byť roztopené, čo ich robí neschopnými efektívne pracovať. Jednokrystalové turbinové listy úspešne riešia problém odolnosti proti vysokým teplám pri turbinových liskách motorov s tlačovým pomerom hmotnosti 10 stupňov. Vynikajúca odolnosť proti vysokým teplám jednokrystalových turbinových liskov hlavne závisí na tom, že celý lis je tvorený iba jedným krystalom, čo takto odstráni defekty vysokooteplých vlastností medzi hraničnými plochami spôsobené polokrystalickou štruktúrou rovnobežných a smerovo krystalizovaných liskov.

Jednokrystalová turbinová lopatka je časťou motoru s najviac výrobným procesom, najdlhším cyklom, najnižšou úspešnosťou a najprísnejším zahraničným blokovaním a monopolizáciou. Proces výroby jednokrystalových turbinových lopatiek zahŕňa tlačenie jadier, opravu jadier, spälenie jadier, kontrolu jadier, zhodnotenie jadier a formy, výstrelkovanie voskových foriem, rentgenovú kontrolu voskových foriem, meranie hrúbky stienok voskových foriem, úpravu voskových foriem, kombinovanie voskových foriem, spojenie systému na vyberanie krystalov a lietadlového otvoru, odstránenie farby, odkúrenie obalu, odstránenie vosku z obalu, peč obalu, lietanie listu, jednokrystalovú solidifikáciu, fúzijnú kontrolu, počiatočnú kontrolu, fluorescenčnú kontrolu, odstránenie jadier, mačkanie, meranie šírky struny, rentgenovú kontrolu lopatiek, kontrolu rentgenového filmu, profilovú kontrolu, precíziu lopatiek, kontrolu hrúbky steny lopatiek a finálnu kontrolu výrobného procesu. Okrem toho je potrebné dokončiť návrh a výrobu investičných lisov pre lietanie turbinových lopatiek.

Momentálne sú len niekoľko krajín na svete, ako Spojené štáty, Rusko, Veľká Británia, Francúzsko a Čína, schopné výroby jednokrystalových turbinových lопатiek. V posledných rokoch sa v Číne dosiahli veľké pokroky v oblasti výroby jednokrystalových turbinových lопatieк. Boli vyvinuté jednokrystalové turbinové lопatieк motorov s pomerným tlačom k hmotnosti 10 a jednokrystalové turbinové lопatieк vysoko výkonných turbosachových motorov sú masovo vyrábajúce sa.

Vysokotečnologická, presná a nízkostáťová technológia obrábania integrálneho lisu s lопatkami

Použitie technológie integrovanej lalokovej disku podporuje inováciu v návrhu štruktúry leteckého motora a skok výrobných procesov, čo dosahuje cieľ zníženia hmotnosti motoru a zvýšenia efektívnosti, a zvyšuje spoľahlivosť jeho fungovania. Zároveň však tenká hrúbka lalokov, veľké ohnúvanie a vysoce efektívny aerodynamický návrh spôsobujú slabú pevnosť lalokov, ľahkú deformáciu a ťažké riadenie problémov; úzky a hlboký prúdenkový kanál medzi lalokmi utvára technologické prekážky pri spracovaní lalokového disku. Vysoko silné materiály ako je titanová alebo superleague sú ťažko rezieťovateľné a majú nízku účinnosť. Spojené štáty a Veľká Británia začali v 80. rokoch uplatňovať novú technológiu jednotlivých diskových motora, technológia jednotlivých diskov v Číne sa začala vyvíjať okolo roku 1996.

Použitie technológie integrovanej lalokovej kolesa podporilo rozvoj technológie integrácie štruktúry motorných komponentov. Postupne boli aplikované tandemové integrovane lálokove koleso s bubnom, lálokove koleso so štôťom, kombinácia disku, bubna a štôťa, uzavreté lálokove koleso s prstencom, usporiadaný statorový kruhový disk a dvojstupňová alebo viacstupňová kombinácia lálokových kolies v rámci vývoja nových leteckých motorov. Na základe osového kolieska a centrifužného ventilátora sa vyvíjajú veľké a malé štruktúry lálokovej disku a šikmé točivé koty.

Od času, keď sa monolitická lopatková diska začala používať v vysoce výkonných leteckých motorech, sa technológia výroby monolitických lopatkových diskov neustále rozvíja a dokonalí. Momentálne hlavné procesy na spracovanie monolitických lopatkových diskov zahŕňajú nasledujúcich 5 metód: stratná precíznna odlievanie monolitických lopatkových diskov, elektrónovotrubkové svarovanie monolitických lopatkových diskov, elektrochemické obrábanie monolitických lopatkových diskov, lineárne triebné svarovanie monolitických lopatkových diskov a piatokoordinátne CNC frézovanie monolitických lopatkových diskov.

Proces výroby integrovanej listovej disku pomocou štvrťového CNC stroja je najstarší, najširšie používaný v inžinierskej praxi a má vyšiu technickú dôveryhodnosť v procese výroby domácej leteckej turbíny s integrovaným listom. Kľúčom k rozvoju a aplikácii tejto technológie je technológia reza a reza, technológia symetrického špirálového frézovania na dokončenie profilu lopaťa, technológia kompenzácie priemerných chýb pri zpracovaní prednej a zadnej hrany lopatie a technológia prispôsobeného zpracovania celého listového disku [1]. U cudziej turbíny T700, turbíny BR715 pre posilovaciu úroveň, integrovaná lopaťová disková turbína EJ200 sa zpracováva a vyrábá touto metódou, turbíny čínskych lietadlových motorov CJ1000A, WS500 sa tiež vyrábajú pomocou technológie pätikovo-koordinátneho CNC zpracovania. Obrázok 1 zobrazuje prvú stupeň integrovanej lopaťovej disky vysokotlakového kompresora obchodného leteckého motora vyrobeného v Čine.

Technológia výroby prázdnych lopatie

Ventilátor turboventilačného motora je vzdialený od spalovacej komory a tepelné záťaž je nízka, avšak požiadavky na aerodynamickú účinnosť a schopnosť prevádzky chrániť pred poškodením cudzích objektmi sa neustále zvyšujú. Vysoko výkonný letecký motor s ventilačným rotorom používa širokú tetivu, bez ramienok a prázdnou ventiláčnu lопu.

Prázdnotný ventilátorový list s trojuholníkovou trusovou štruktúrou vyvinutej spoločnosťou Luo Luo je vylepšením pôvodného včelínskeho sandwich listu. Spoločnosť Luo Luo ho nazýva druhou generáciou prázdnotných ventilátorových lalistiev. Proces spočíva v tom, že sa použije kombinovaná metóda superplastického tvarovania/difúzneho spojenia (SPF/DB), aby sa z 3-vrstvovej titanovej plastyky vytvoril široký strunový prázdnotný ventilátorový list. Prázdnotná časť lalistia je trojuholníková trusová štruktúra, ktorá sa už používa na motore Trent na lietadle Boeing 777 a A330. Technológia výroby prázdnotných ventilátorových lalistiev s trojuholníkovou trusovou štruktúrou v Číne tiež dosiahla prelom (Obrázok 2 ukazuje prázdnotný ventilátorový list a jeho vnútornú trojuholníkovú štruktúru), ale aby sa splnili požiadavky inžinierskej aplikácie, je potrebné vykonať veľa práce v oblasti silnej analýzy, vibrácií, únavy a optimalizácie procesu.

Proces výroby dutého lopa je nasledovný: Najprv je potrebné pripraviť 3 pláty z titanovej aliancie a umiestniť ich do horného, stredného a spodného vrstvy. Stredná vrstva je jadrová doska, horná a spodná vrstva sú príslušne listová miska a líška listu. Potom sa duté lopy ventilátoru tvoria z troch plátov z titanovej aliancie po odstránení oleja a kysličkových vrstiev, kontrola námazania priemyselnej soli na strednú vrstvu, svarovanie titanových plátov, ohrievanie formy, čistenie argónu, difúzne spojenie, superplastické tvarenie, ochlazenie v peci, mytie povrchu, spracovanie koreňa lopa a okrajov vstupu a výstupu, kontrola lopa a ďalšie postupy [2] superplastické tvarenie/difúzne spojenie (SPF/DB).

Vyrobná technológia vysoko kvalitných ložisk

Ložisko je jednou z kľúčových komponentov leteckého motora. Ložiská pracujú vysokých rýchlostí až desiatky tisíc RPM počas dlhodobej prevádzky, pričom musia tiež vydržať obrovskú centrifugálnu silu a rôzne druhy stlačovacej strešy spôsobené vysokorýchlostnou rotáciou rotoru motoru, ako aj účinky trenia a ultra-vysokých teplôt. Kvalita a výkonnosť ložísk priamo ovplyvňujú výkon motoru, jeho životnosť, spoľahlivosť a bezpečnosť letu. Vývoj a výroba vysokoqualitych ložísk sú úzko prepojené s medzikynologiczkým výskumom v oblastiach kontaktnej mechaniky, teórie lubricácie, tribológie, únavy a poškodenia, tepelného spracovania a materiálových štruktúr atď., a musia tiež vyriešiť veľké množstvo technických problémov v oblastiach dizajnu, materiálov, výroby, výrobného zariadenia, testovania a overovania, tukov a lubrikantov.

Momentálne je výskum a vývoj, výroba a predaj vysokočastných ložísk prakticky monopolizovaný výrobkami ložiskových podnikov v západných krajinách, ako sú Timken, NSK, SKF a FAG. Technológia čínskej výroby leteckých motorov je zastaralá a výrobná kapacita a vývojová úroveň domácich výrobcov ložísk nedokáže v krátkom čase poskytnúť vysokočastné ložiská vhodné pre pokročilé letecké motory. Ložisko sa stalo "Mount Evereste", ktorý je ťažko prekročiť v čínskom výskume a vývoji leteckých motorov, čo veľmi obmedzuje rozvoj vysokoefektívnych leteckých motorov v Číne.

Výrobná technológia prachových turbínových disku

Turbinový disk leteckého motora je podmetený superpozícii vysokých teplôt a vysokých stresov, prísnym pracovným podmienkam, zložitosti pripravovacieho procesu a technickým ťažkostiam, čo z neho urobilo jednu z ťažkostí vo vývoji motorov v Číne. V zahraničí sa práškové nadhliny široko používajú v vysoko výkonných leteckých motoreoch kvôli ich vynikajúcim mechanickým vlastnostiam a dobrým tepelným a studeným procesným vlastnostiam. Výroba práškového turbínového disku zahŕňa rad kľúčových výrobných technológií, ako sú vývoj materiálov, tavenie hlavných ligatúr, priprava a spracovanie prášku, teplá izostatická tlačenie, izotermická forovanie, tepelné spracovanie a vysoce presné detekcie a hodnotenie atď. Nosiť kľúčovú výrobnú technológiu nevyhnutnú pre výrobu pokročilých leteckých motorov. Trendom zahraničného výskumu práškového turbínového disku je rozvíjať sa od turbínového disku s vysokou pevnosťou ku turbínovému disku odolnému proti poškodeniu v oblasti služobných vlastností, a procesu mletia na ultračistý jemný prášok. Okrem teplej izostatickej kompresie sa tiež vyvíjajú procesy formovania extrúziou a izotermické forovanie. V Číne ústav Beijing Institute of Aeronautical Materials vyvinul rôzne druhy práškových turbínových disков pre letecké motory, čo rieši kľúčové výrobné technologické problémy pokročilých leteckých motornykh práškových turbínových disков, ale inžinierska výrobná problema práškových turbínových disков nebola úplne vyriešená.

Technológia výroby kompozitných materiálov

Technológia kompozitných materiálov sa široko používa v vysoce výkonných leteckých motorech. Aby spoločnosť Sniema spĺňala potreby vývoja motora LEAP, pri výrobe kompozitných fanúškových obaly a kompozitných fanúškových lopatiek používa technológiu 3D prepleteného preriečného formovania (RTM). Komponenty motoru LEAP vyrobené pomocou technológie RTM majú vysokú pevnosť a ich hmotnosť je iba polovičná v porovnaní s hmotnosťou časti z titanového spoja rovnakého stavebného usporiadania. Počas vývoja motora F119 vyvinula spoločnosť Pratt & Whitney neustále SiC vlákna posilnené titanové maticové kompozitné široké lopatky. Tento druh kompozitnej lopatky má vlastnosti vysokého tuhostného koeficientu, ľahkosti a odolnosti proti nárazom, a nazýva sa ako tretie generácia širokých lopatiek. Všetky 3 stupne ventilátorových rotorov turboventilačného motora F119 sú vyrobené z tohto materiálu. V Číne sa technológia výroby kompozitných materiálov tiež uplatňuje pri výrobe častí leteckých motov, pričom dosiahli sa veľké pokroky v oblasti lopatiek z autogénneho TiB2 časticami posilneného aluminového matricového kompozitu. Avšak účinná spracovacia technológia lopatiek z TiB2 časticami posilneného aluminového matricového kompozitu, posilnenie spracovanej povrchovej vrstvy, odolnosť proti únavám a odolnosť proti poškodeniu cudzím objektom sú kľúčové a ťažko realizovateľné oblasti inžinierskeho výskumu aplikácie tohto materiálu.