ทำไมเครื่องยนต์ของอากาศยานถึงใช้ใบพัดแบบรวม? มันคือกุญแจสำคัญในการบิน!

เครื่องยนต์อากาศยานเป็น "หัวใจ" ของอากาศยาน และยังถูกเรียกว่า "อัญมณีแห่งวงการอุตสาหกรรม" อีกด้วย การผลิตของมันรวมเอาเทคโนโลยีล้ำสมัยหลายอย่างในอุตสาหกรรมยุคใหม่ เช่น เรื่องวัสดุ การประมวลกลไก การถ่ายเทความร้อน และสาขาอื่นๆ เมื่อประเทศต่างๆ มีข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับสมรรถนะของเครื่องยนต์ โครงสร้างใหม่ เทคโนโลยีใหม่ และกระบวนการใหม่ในการวิจัยและพัฒนาและการใช้งานก็ยังคงท้าทายจุดสูงสุดของอุตสาหกรรมยุคใหม่อยู่เสมอ หนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ช่วยเพิ่มอัตราส่วนกำลังขับต่อความหนักของเครื่องยนต์อากาศยานคือใบพัดแบบรวมตัว

ข้อดีของ blisks

ก่อนที่จะมีการพัฒนาดิสก์ใบพัดแบบบูรณาการ ใบจักรของเครื่องยนต์จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับแผ่นดิสก์ผ่านข้อต่อ ช่องสลัก และอุปกรณ์ล็อค แต่โครงสร้างนี้ค่อยๆ ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของเครื่องยนต์อากาศยานสมรรถนะสูงได้ อันเนื่องจากดิสก์ใบพัดแบบบูรณาการซึ่งรวมใบจักรของเครื่องยนต์และแผ่นดิสก์เข้าด้วยกันได้ถูกออกแบบขึ้น และในปัจจุบันกลายเป็นโครงสร้างที่จำเป็นสำหรับเครื่องยนต์ที่มีอัตราแรงผลักดันต่อความหนักสูง มันได้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องยนต์ของอากาศยานทางทหารและพลเรือน และมีข้อดีดังนี้

1.การลดน้ําหนัก ：เนื่องจากขอบของแผ่นดิสก์ไม่จำเป็นต้องถูกขึ้นรูปเพื่อติดตั้งช่องสลักสำหรับติดตั้งใบพัด ขนาดเส้นรอบวงของขอบสามารถลดลงได้อย่างมาก ซึ่งช่วยลดมวลของโรเตอร์อย่างมีนัยสำคัญ

2.ลดจำนวนชิ้นส่วน ：นอกจากความจริงที่ว่าจานล้อและใบพัดถูกผสานรวมกันแล้ว การลดจำนวนอุปกรณ์ล็อกก็เป็นเหตุผลสำคัญเช่นกัน เครื่องยนต์อากาศยานมีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากเกี่ยวกับความน่าเชื่อถือ และโครงสร้างโรเตอร์ที่เรียบง่ายช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถืออย่างมาก

3. ลดการสูญเสียของกระแสอากาศ ：การสูญเสียจากการหลุดรอดที่เกิดจากช่องว่างในวิธีการเชื่อมต่อแบบดั้งเดิมถูกกำจัด ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ได้รับการปรับปรุง และแรงดันเพิ่มขึ้น

Blisk ซึ่งช่วยลดน้ำหนักและเพิ่มแรงดัน เป็น "ไข่มุก" ที่ยากจะได้มา ด้านหนึ่ง blisk ส่วนใหญ่ทำจากวัสดุที่ยากต่อการแปรรูป เช่น ไทเทเนียมอัลลอยและโลหะทนความร้อนสูง อีกด้านหนึ่ง ใบพัดของมันบางและมีรูปร่างซับซ้อน ซึ่งต้องการเทคโนโลยีการผลิตในระดับสูง นอกจากนี้ เมื่อใบพัดโรเตอร์เสียหาย จะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงแต่ละใบได้ ซึ่งอาจทำให้ blisk ถูกทิ้งไป และเทคโนโลยีการซ่อมแซมก็เป็นอีกปัญหาหนึ่ง

การผลิต Blisk

ในปัจจุบัน มีเทคโนโลยีหลักสามแบบสำหรับการผลิตใบพัดแบบรวมชิ้นเดียว

• การกัด CNC แกนห้า

การกัด CNC แกนห้าได้รับความนิยมอย่างมากในการผลิต blisks เนื่องจากมีข้อดี เช่น การตอบสนองที่รวดเร็ว ความน่าเชื่อถือสูง ความยืดหยุ่นในการประมวลผลดี และเวลาเตรียมการผลิตสั้น วิธีการกัดหลักๆ ประกอบด้วย การกัดด้านข้าง การกัดแบบเจาะลึก และการกัดแบบไซโคลอิด ปัจจัยสำคัญที่จะทำให้การผลิต blisks ประสบความสำเร็จ ได้แก่:

เครื่องจักรแกนห้าที่มีคุณสมบัติทางพลศาสตร์ที่ดี

ซอฟต์แวร์ CAM มืออาชีพที่ได้รับการปรับแต่งแล้ว

เครื่องมือและความรู้เฉพาะสำหรับการประมวลผลไทเทเนียม/โลหะผสมทนความร้อนสูง

• การกลึงไฟฟ้าเคมี

การกลึงไฟฟ้าเคมีเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมสำหรับการกลึงช่องของแผ่นใบพัดรวมของเครื่องยนต์อากาศยาน มีเทคโนโลยีการกลึงหลายแบบในกระบวนการกลึงไฟฟ้าเคมี เช่น การกลึงไฟฟ้าแบบปลอก การกลึงไฟฟ้าตามรูปทรง และการกลึงไฟฟ้า CNC

เนื่องจากกระบวนการกลึงด้วยวิธีอิเล็กโตรเคมีใช้คุณสมบัติของการละลายของโลหะที่ขั้วบวกในสารนำไฟฟ้า จึงไม่มีความเสียหายเกิดขึ้นกับส่วนขั้วลบเมื่อนำเทคโนโลยีการกลึงด้วยวิธีอิเล็กโตรเคมีมาใช้งาน และชิ้นงานจะไม่ได้รับผลกระทบจากการออกแรงตัด ความร้อนจากการกลึง ฯลฯ ในระหว่างการประมวลผล ซึ่งช่วยลดแรงเหลืออยู่ในช่องใบพัดรวมของเครื่องยนต์อากาศยานหลังจากการประมวลผล

นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับการกัดแบบแกนห้าแกน เวลาทำงานของการกลึงด้วยวิธีอิเล็กโตรเคมีลดลงอย่างมาก และสามารถนำไปใช้ในขั้นตอนการกลึงหยาบ การกลึงครึ่งสำเร็จรูปและการกลึงสำเร็จรูป โดยไม่จำเป็นต้องมีการขัดเงาด้วยมือหลังการประมวลผล ดังนั้น จึงถือเป็นหนึ่งในทิศทางการพัฒนาสำคัญของการประมวลผลช่องใบพัดรวมของเครื่องยนต์อากาศยาน

• การปั่น

ใบพัดจะถูกประมวลผลแยกกัน จากนั้นเชื่อมเข้ากับจานใบพัดโดยใช้วิธีการเชื่อมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน การเชื่อมแรงเสียดทานแบบเส้นตรง หรือการเชื่อมด้วยกระบวนการแพร่กระจายสถานะแข็งในสุญญากาศ ข้อดีคือสามารถใช้สำหรับการผลิตจานใบพัดแบบรวมที่มีวัสดุของใบพัดและจานแตกต่างกันได้

กระบวนการทำให้เชื่อมติดมีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับคุณภาพของการเชื่อมใบพัด ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของจานใบพัดโดยรวมของเครื่องยนต์อากาศยาน นอกจากนี้ เนื่องจากลักษณะจริงของใบพัดที่ใช้ในจานใบพัดเชื่อมไม่เหมือนกัน ตำแหน่งของใบพัดหลังจากการเชื่อมจึงไม่สอดคล้องกันเนื่องจากข้อจำกัดของความแม่นยำในการเชื่อม จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีการประมวลผลแบบปรับตัวเพื่อทำการเจียร CNC อย่างแม่นยำเฉพาะสำหรับแต่ละใบพัด

นอกจากนี้ การเชื่อมเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญมากในงานซ่อมแซมใบพัดรวม ในจำนวนนั้น การเชื่อมแรงเสียดทานเชิงเส้น ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการเชื่อมแบบของแข็ง มีคุณภาพการเชื่อมต่อที่สูงและสามารถทำซ้ำได้ดี เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการเชื่อมที่น่าเชื่อถือและไว้วางใจได้สำหรับการเชื่อมชิ้นส่วนโรเตอร์ของเครื่องยนต์อากาศยานที่มีอัตราส่วนกำลังขับต่อน้ำหนักสูง

การใช้งานของบลิสก์

1. เครื่องยนต์อากาศยาน EJ200

เครื่องยนต์อากาศยาน EJ200 มีพัดลมทั้งหมด 3 ขั้นและคอมเพรสเซอร์ความดันสูง 5 ขั้น ใบพัดเดี่ยวเชื่อมเข้ากับจานล้อโดยใช้ลำแสงอิเล็กตรอน เพื่อสร้างเป็นใบพัดรวม ซึ่งใช้ในพัดลมขั้นที่ 3 และคอมเพรสเซอร์ความดันสูงขั้นที่ 1 ใบพัดรวมไม่ได้เชื่อมต่อกับโรเตอร์ของขั้นอื่นเพื่อสร้างโรเตอร์หลายขั้นรวม แต่เชื่อมต่อด้วยสลักเกลียวสั้น ทั่วไปแล้ว อยู่ในระยะเริ่มต้นของการใช้งานใบพัดรวม

2. เครื่องยนต์เทอร์โบแฟน F414

ในเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนรุ่น F414 ขั้นที่ 2 และ 3 ของพัดลม 3 ขั้นตอน และ 3 ขั้นแรกของคอมเพรสเซอร์แรงดันสูงขั้นที่ 7 ใช้ใบพัดแบบรวมชิ้นเดียวซึ่งประมวลผลโดยวิธีไฟฟ้าเคมี GE ยังได้พัฒนาวิธีซ่อมแซมที่เป็นไปได้อีกด้วย บนพื้นฐานนี้ ใบพัดรวมของขั้นที่ 2 และ 3 ของพัดลมเชื่อมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโรเตอร์รวม และขั้นที่ 1 และ 2 ของคอมเพรสเซอร์ก็เชื่อมเข้าด้วยกันเช่นกัน เพื่อลดนำหนักของโรเตอร์และเพิ่มความทนทานของเครื่องยนต์

เมื่อเปรียบเทียบกับ EJ200 เครื่องยนต์ F414 ได้ก้าวกระโดดไปไกลในเรื่องการใช้ใบพัดรวมชิ้นเดียว

3. เครื่องยนต์ F119-PW-100

พัดลม 3 ขั้นและคอมเพรสเซอร์แรงดันสูง 6 ขั้นทั้งหมดใช้ใบพัดรวมชิ้นเดียว และใบพัดพัดลมขั้นที่ 1 เป็นแบบกลวง ใบพัดกลวงเชื่อมเข้ากับจานล้อผ่านการเชื่อมเสียดทานเชิงเส้นเพื่อสร้างใบพัดรวม ซึ่งลดน้ำหนักของโรเตอร์ในขั้นนี้ลง 32 กิโลกรัม

4. เครื่องยนต์ BR715

ในเครื่องยนต์พลเรือนขนาดใหญ่ เทคโนโลยีดิสก์ใบพัดแบบบูรณาการก็ได้ถูกนำมาใช้ เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ BR715 ที่ใช้เทคโนโลยีการเจียร CNC แกนห้าเพื่อประมวลผลดิสก์ใบพัดแบบบูรณาการ ซึ่งถูกใช้งานในคอมเพรสเซอร์เทอร์โบชาร์จขั้นที่สองหลังจากพัดลม และดิสก์ใบพัดแบบบูรณาการหน้าและหลังถูกเชื่อมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโรเตอร์แบบบูรณาการ โดยใช้งานในเครื่องบินโบอิ้ง 717