Ključna tehnologija, topla tehnologija in osnovna tehnologija proizvodnje naprednih letalskih motorjev

Odnos potiska do teže in odnos moči do teže sta najpomembnejšima tehnična merila za ocenjevanje in merjenje naprednosti letalskih motorjev. Da bi doseglejo odnos potiska do teže večji od 10, letalski motor neprestano uporablja nove materialne rešitve in uvede nove konstrukcije, da zmanjša težo komponent letalskega motora, hkrati pa znatno poveča temperaturo pred turbinami. To postavlja višje tehnične zahteve za proizvodnjo motorjev in spodbuja stalno pojavljanje in razvoj novih tehnologij v proizvodnji letalskih motorjev. Vrsta ključnih proizvodnih tehnologij, ki so bile razvite za potrebe visoko zmogljivih letalskih motorjev, bo postala ali je že postala smer za razvoj naprednih proizvodnih tehnologij. V tem članku predstavljamo ključne proizvodne tehnologije letalskega motora iz treh vidikov: ključne tehnologije, trendne tehnologije in osnovne tehnologije. Ključna proizvodna tehnologija je nujna za razvoj naprednih letalskih motorjev. Trendne proizvodne tehnologije so tehnologije, ki jih je treba raziskovati, da se povišeta učinkovitost in kakovost proizvodnje motorjev. Osnovne proizvodne tehnologije so tehnologije, ki jih je treba postopoma akumulirati in razvijati med razvojem in masovno proizvodnjo motorjev, ter predstavljajo mehko moč ravnotežja med stopnjo tehnološkega razvoja in proizvodnje pri proizvodnji motorjev.

Ključna tehnologija proizvodnje letalskih motorjev

Proizvodnja tehnologije enokrystalnih turbineh

Temperatura na vstopu v turbino sodobnega letalskega motora je značilno povečana, temperaturna obremenitev F119 motora dosega 1900~2050K. Trdnece, ki jih izdelujemo s tradicionalnim postopkom, preprosto ne morejo odpreti take temperature in se lahko celo raztopijo, kar vodi do neuspešne delovanja. Enokrystalne turbine rešijo problem visoke temperature pri trdnicah motorjev z razmerjem moči do teže 10 stopinj. Odlična upornost pred višjimi temperaturami enokrystalnih turbinev glavno odvisi od tega, da je v celotni trdnici le en krystal, s tem pa izbrišejo defekte v visoko-temperaturnem delovanju med granicami zrnca, ki jih povzroči polikrystalna struktura ekvaksnih in smerno kristaliziranih trdnic.

Enokrystalna turbinovka je del motora, ki ga obsega največ procesov izdelave, najdaljši cikel, najnižja stopnja kvalifikacije in najstrožji tujinski blokada ter monopol. Postopek izdelave enokrystalnih turbinovk vključuje stiskanje jedra, popravljavo jedra, sinterjevanje jedra, pregled jedra, ujemanje med jedrom in odbitkom, vlaganje voskevca, rentgensko pregledovanje voskevcev, zaznavo debljin voskevcev, prilagajanje voskevcev, združevanje voskevcev, kombiniranje sistema izvlečenega kristala in lihanjske vrste, odstranitev barve, sušenje skorpe, raztopljanje vosku, pečenje skorpe, lihanje listov, enokrystalno zakrpevanje, puščenje skorpe, začetni pregled, fluorescenčni pregled, odstranitev jedra, šlehanje, merjenje širine tetive, rentgenski pregled listov, pregled rentgenskih snemkov, pregled profila, precizno listov, zaznavo debljine listov in končni pregled postopka izdelave. Poleg tega je potrebno dokončati načrtovanje in izdelavo odbitne formice za investicijsko litje turbinovih listov.

Trenutno lahko po svetu le nekaj držav, kot so Združene države Amerike, Rusija, Združeno kraljestvo, Francija in Kitajska, proizvajajo enokrystalne gredne listve. V zadnjih letih je v Kitajski pri proizvodnji enokrystalnih grednih listov dosegel velik napredek. So razvili enokrystalne gredne liste motorjev s strošnostno močno 10. stopnje in masovno proizvajajo enokrystalne gredne liste visoko močnih turbohelikopterskih motorjev z visokim razmerjem teže in moči.

Visoke učinkovitosti, visoke natančnosti in nize cene tehnologije obdelave integriranih listovnih diskov

Uporaba tehnologije integrirane žarkove diska spodbuja inovacijo v strukturnem načrtovanju letalskih motorjev in skokovite izboljšave v proizvodnji, doseže namen zmanjšanja teža motorja in povišanje učinkovitosti, ter poviša zanesljivost delovanja motorja. Hkrati pa je majhen debelinožarek, velika ukrivljenost in visoko učinkovita pnevmatična oblika, ki povzročajo slabo čvrstost žarkov, enostavno deformiranje in težave pri nadzoru; ozka in globoka tokovina med žarki pripomore k težavi v realizaciji tehnologije obrabe Žarkovih diskov. Visoko močni materiali, kot so titanove spojine in superaluje, so težko rezani in imajo nizko učinkovitost. Združene države in Velika Britanija sta začela uporabljati novo monolitično diskovno tehnologijo za nove motore v 80. letih, Kitajska pa je začela s monolitično diskovno tehnologijo okoli leta 1996.

Uporaba integralne tehnologije žarkov in kolesa je spodbudila razvoj tehnologije integracije strukture motornih komponent. V zaporedju so bile uporabljene tandemske integrirane žarkove in kolesa z bubnom, žarkova kolesa z osjo, kombinacija diska, bubna in osi, zaključeni žarkovi disk s prasvonom, pravilni statorski krožni žarkov disk in kombinacija dveh ali več stopinj žarkov v razvoju novih letalskih motorjev. Na osnovi osnega toka diska in centrifugalnega ventilatorja sta bila razvitoma velika in mala struktura žarkov ter poševni tok kotledana.

Ko je bil monolitični žarkovni disk uporabljen v visokoizkudenih letalskih motorjih, se je razvijala in izboljševala tehnologija proizvodnje monolitičnih žarkovnih diskov. Trenutno vsebuje postopek obdelave monolitičnih žarkovnih diskov predvsem naslednjih 5 vrst postopkov: izgubljeno voskovo natančno litje monolitičnih žarkovnih diskov, elektronsko žicevno varsanje monolitičnih žarkovnih diskov, elektrokemski obrat monolitičnih žarkovnih diskov, linearno trenjevarsanje monolitičnih žarkovnih diskov in obdelava s petkoordinatnim CNC strojnimi orodji za monolitične žarkovne diske.

Proces proizvodnje celovitega listnega diska s petkoordinatnim CNC strojilom je najstarejši, najširše uporabljen v domači proizvodni procesi celovitih listnih diskov letalskih motorjev in ima visoko tehnično zrelost. Med temi ključnimi točkami razvoja in uporabe te tehnologije so: tehnologija režanja in izrezovanja, simetrična spiralska planiranja za zaključno obdelavo profilov listov, tehnologija kompensacije napak pri obdelavi prednjega in zadnjega roba lista ter prilagodljiva tehnologija obdelave celotnega listnega diska [1]. Tujih motorjev, kot so T700, BR715 (poviščalna stopnja) in EJ200, uporabljajo ta način obdelave za proizvodnjo celovitih listnih diskov, medtem ko Kitajska motorja, kot so CJ1000A in WS500, prav tako proizvajajo z uporabo petkoordinatne CNC tehnologije. Slika 1 prikazuje prvo stopnjo celovitega listnega diska visoke tlakovane stiskalke komercialnega letalskega motornika, izdelan v Kitajski.

Tehnologija proizvodnje prazninih listov

Ventilator turboventilatorskega motora je oddaljen od kamere gorenja, zato je toplotni obremenitveni faktor nizak, vendar pa so zahtevanja naprednega letalskega motorja glede na aerodinamično učinkovitost in sposobnost zaščite pred poškodbami zaradi tujin neustano narasajo. Visoko učinkoviti ventilator letalskega motorja uporablja širokotetivne, brez ramen in praznovtrjne ventilatorske listine.

Prazen vijacki list s tristranskim režniki, ki ga je razvil Luo Luo Company, je izboljšava prejšnjega pčelinskega pečenega lista. Luo Luo Company ji imenuje druga generacija praznih vijackih listov. Postopek je, da se uporabi kombiniranega postopka superplastične oblikovanja / difuzne povezave (SPF / DB), da se tri plasti titanovih spojin oblikuje v širokotonski prazen vijacki list. Prazna delitev lista je tristranska režniška struktura, ki je že v uporabi na motorjih Trent za letalca Boeing 777 in A330. Tehnologija proizvodnje praznih vijackih listov s tristransko režniško strukturo v Kitajski je tudi dosegle preboj (Slika 2 prikazuje prazen vijacki list in notranjo tristransko strukturo), vendar pa je potrebno opraviti veliko raziskovalnih del o moči, vibracijah, umorditvi in optimizaciji postopkov, da bi se izpolnile zahteve inženirske uporabe.

Proces izdelave prazninskega listja je naslednji: Najprej je potrebno pripraviti 3 titanovih legurskih plošč in jih postaviti v zgornji, srednji in spodnji plasti. Srednja plast je jedrska plošča, zgornja in spodnja pa sta oziroma listna čevelj in listna hrbtena plošča. Nato se prazninska listja ventilatorjev sestavijo iz treh titanovih legurskih plošč po odstranitvi olja in kisline, preverjanju pomladi na srednji plasti, zavarovanju titanove plošče, segrevanju formice, argonski ocistitvi, difuzijskem povezovanju, superplastičnem oblikovanju, hladjenju v peči, umivanju površine, obdelavi listnih korenin ter vhodnih in izhodnih robov, preverjanju listov in drugih postopkih [2] superplastično oblikovanje/difuzijsko povezovanje (SPF/DB).

Visokoraven tehnološki proces proizvodnje nosilcev

Podložek je ena ključnih komponent aero motora. Podložek deluje pri visokih hitrostih, vseh deset tisoč RPM in dlje časa, hkrati pa mora izdržati ogromno centrifugalno silo in različne oblike stiskalnih napetosti, trenja in ultra.visoke temperature. Kakovost in zmogljivost podložkov neposredno vplivata na zmogljivost motorja, njegov življenjski čas, zanesljivost in varnost letenja. Razvoj in proizvodnja visoko.končnih podložkov je tesno povezan s meddisciplinarnimi raziskavami stika mehanike, teorije smarjanja, tribologije, utrujenja in poškodbe, topljenja in materialne organizacije itd., prav tako pa je potrebno rešiti veliko tehničnih problemov v zasnova, materialih, proizvodnji, proizvodni opremi, testiranju in preverjanju, maščobah in smarjanju.

Trenutno so raziskave in razvoj, proizvodnja in prodaja visokonapornih lovkov osnovno monopolizirane s strani podjetij za proizvodnjo lovkov v Zahodnih državah, kot so Timken, NSK, SKF in FAG. Tehnologija Kitajskega proizvodnja letalskih motorjev je zastarela, pri čemer ni mogoče notranjim podjetjem za proizvodnjo lovkov v kratkem obdobju zagotoviti visokonaporne love, primerni za napredne letalske motore. Love sta postala "Mont Everest", ki je težko preprečiti v kitajskem raziskovanju in razvoju letalskih motorjev, kar hudo omejuje razvoj visoke izvedbe letalskih motorjev v Kitaji.

Proizvodna tehnologija praščastega turbinega diska

Turbinsko kolo letalskega motornega agregata je izpostavljeno superpoziciji visoke temperature in visoke napetosti, strogi delovni pogoji, kompleksen pripravni proces in tehnološke težave, kar je postalo ena od težavnih točk v razvoju motorjev v Kitajski. Zaradi svojih odličnih mehanskih lastnosti in dobre performanse pri toplih in hladnih procesih so prahovi superlegiri široko uporabljani v visokoperfornih letalskih motorjih v tujini. Proizvodnja prahovih turbinskih koles vsebuje vrsto ključnih proizvodnih tehnologij, kot so razvoj materialov, spravljanje materičnih legiranj, priprava in obdelava prahu, toplo izostatično pritiskanje, izotermično forgejanje, toplinska obroba ter visoko precizna zaznavanja in ocenjevanja itd. To nosi ključne proizvodne tehnologije, nezaobilžne za proizvodnjo naprednih letalskih motorjev. Trend raziskovanja prahovih turbinskih koles v tujini je usmerjen v razvoj od visoko močnega turbinskega kolesa do poškodbe odupnega turbinskega kolesa glede na storitvene lastnosti, ter proces praha v smeri ultračistega jemnega prahu. Poleg toplo izostatičnega pritiskanja se tudi procesi ekstrudiranja in izotermičnega forgejanja razvijajo. V Kitajski je Letalski inštitut za materialy v Pekingu razvil različne prahovna turbinska kolesa za letalske agregate, ki so rešili ključne tehnološke probleme pri napredni prahovni proizvodnji turbinskih koles, vendar ni popolnoma rešen problem inženirske proizvodnje prahovnih turbinskih koles.

Tehnologija proizvodnje sestavinskih materialov

Tehnologija sestavinskih materialov je bila široko uporabljana v visoko zmogljivih letalskih motorjih. Da bi izpolnili potrebe razvoja motora LEAP, je Sniema sprejela 3D prepleteno tehniko preslepovalnega modeliranja (RTM) za proizvodnjo sestavnih ventilatornih ohišij in ventilatornih listov. Deli motora LEAP, izdelani z RTM tehnologijo, imajo visoko moč, ter pa je njihova masa le polovica mase delov iz titanovega kovina iste strukture. V procesu razvoja motora F119 je Pratt & Whitney razvil zvezne SiC vlakna posiljene titanove matrične kompozitne širokohordne ventilatorne listove. Takšen sestavinjen list ima lastnosti visoke krutosti, hrbetnosti in upornosti proti udarom, in se ga imenuje tretje generacije širokohordnih ventilatornih listov. V turbovidnem motorju F119 so vsi trije stopnji ventilatornih rotorjev izdelani iz tega materiala. V Kitajski je tudi tehnologija proizvodnje sestavnih materialov bila uporabljena pri izdelavi delov letalskega motora, pri čemer je dosegel velik napredek v smislu toplostopnje avtogene TiB2 delcev posiljanega aluminijevskega matrice ventilatornih listov. Vendar pa so učinkovita obdelava TiB2 delcev posiljanega aluminijevskega matrice ventilatornih listov, posiljanje obdelane površine, upornost proti utrujenju in upornost proti poškodovanju zaradi tujin tehnologije ključne in težave pri realizaciji tehnološkega raziskovanja za uporabo tega materiala.