Hava aracı motörü kasa hatalarının tespit edilmesi ve tamir teknolojisi

Turbine aletleri, yüksek sıcaklık, ağır yükleme ve karmaşık yapı ile uçak motorlarının önemli bir parçasıdır. Denetim ve bakım kalitesi, işin dayanıklılığı ve hizmet ömrüyle yakından ilgilidir. Bu makale, uçak motoru aletlerinin denetimini ve bakımlarını inceler, uçak motoru aletlerinin başarısızlık modlarını analiz eder ve uçak motoru aletlerinin başarısızlık tespit teknolojisi ve bakım teknolojilerini özetecek.

Turbine aletlerinin tasarımı sırasında, sıklıkla daha yüksek kaliteli yeni malzemeler kullanılır ve yapının ve işleme teknolojisinin iyileştirilmesiyle çalışma marjı azaltılır ki bu da motorun itme-ağırlık oranı artırsın. Turbine aleti, aletin tamam boyunca eşdeğer iş yapabilen bir aerodinamik kanat profili olup, bu da hava akışının alet kökünden alet ucu arasında bir dönel açıya sahip olmasını sağlar ve alet ucu üzerindeki dönel açı, köktekiye göre daha büyüktür. Turbine rotor aletini turbine diske monte etmek çok önemlidir. "Çam ağacı şekilli" muntazama modern gaz türbininin rotoru olup, tüm flangelerin yükü eşit şekilde taşımalarını sağlamak için kesin olarak işlenmiş ve tasarlanmıştır. Turbine durduğunda, alet diş çukurunda teğetsel bir hareket gösterirken, turbine döndüğünde merkezkaç etkisi nedeniyle alet kökü diske sıkı bir şekilde bağlanır. Turbine malzemesi, turbinin performansını ve güvenilirliğini sağlamada önemli bir faktördür. İlk zamanlarda, forje ile üretilen deformasyonlu yüksek sıcaklık alaşımlarından kullanılıyordu. Motor tasarımında ve hassas döküm teknolojilerinde sürekli ilerlemelerle, turbine aletleri deformasyonlu alaşımından boş, polikristalin denilen yapıdan tek kristale geçiş yapmış ve aletlerin ısı direnci büyük ölçüde artmıştır. Nickel tabanlı tek kristal süper alaşım, harika yüksek sıcaklık kriptik özelliklerine sahip olduğu için havacılık motorlarının sıcak uç parçalarının üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, turbine aletlerinin kontrolü ve bakımı üzerine derinlemesine araştırmak, motorun çalışmasını güvenli hale getirmek ve aletlerin hasar morfolojisini ve hasar derecesini doğru bir şekilde değerlendirmek açısından büyük öneme sahiptir.

Uçak motoru türbinyaprağı hataları

Yaprağın düşük döngülü yorgunluk kırılması

Gerçek işte, rotor yapraklarının düşük döngülü yorgunluk kırılması genellikle kolayca meydana gelmez, ancak aşağıdaki üç koşul altında düşük döngülü yorgunluk kırılması yaşandığında ortaya çıkar. Şekil 1, yaprağın kırılması şemasıdır.

(1) Tehlikeli kesimdeki çalışma gerilmeleri malzemenin esneme dayanımından daha küçük olsa da, tehlikeli kesimde büyük yerel defektler bulunmaktadır. Bu bölgede, defektlerin varlığı nedeniyle, yakındaki daha büyük alan malzemenin esneme dayanımını aşıyor ve bu da yaprakta büyük miktarda plastik deformasyona neden olup, düşük döngülü yorgunluk kırılmasına yol açmaktadır.

(2) Kötü tasarım gözlemi nedeniyle, tehlikeli kesimdeki yaprağın çalışma gerilimi malzemenin esneme dayanımına yakın veya bu dayanımı aşmaktadır. Eğer tehlikeli bölmede ekstra defektler varsa, yaprak düşük döngülü yorgunluk kırılmasına uğrayacaktır.

(3) Kanatta salınım, rezonans ve aşırı ısınma gibi anormal durumlar olduğunda, tehlikeli bölümünün toplam gerilme değeri akışgerilmesinden daha yüksektir, bu da kanadın düşük-döngü yorgunluk kırılmamasına neden olur. Düşük-döngü yorgunluk kırılması çoğunlukla tasarım nedenleriyle ortaya çıkar ve genellikle kanat kökünde meydana gelir. Tipik düşük-döngü kırılmasında açıksız yorgunluk yayı yoktur.

Kanat torsiyonel rezonans yorgunluk kırılma hatası

Yüksek-döngü yorgunluk kırılması, kanatın torsiyonel rezonans altında oluşan kırılmayı ifade eder ve şu temsilci özelliklere sahiptir:

(1) Torsiyonel rezonans düğümünde köşe düşmesi gerçekleşir.

(2) Kanatın yorgunluk kırılması yerinde açıksız bir yorgunluk eğrisi görülebilir, ancak yorgunluk eğrisi çok incektir.

(3) Kırılma genellikle kanat arka yüzünden başlar ve kanat havzına doğru uzar, ve yorgunluk bölgesi kırılma yüzüğünun ana alanını kaplar.

Kanatın torsiyonel yorulma çatlaklarının iki ana nedeni vardır: birisi torsiyonel rezonans, diğeri ise kanat yüzeyinde yaygın çürük veya dış kuvvet etkisi.

Kanat yüksek sıcaklık yorulması ve termal hasar yorulma kırılma başarısızlığı

Turbine rotor kanatları, sıcaklık değişimleri ve değişken streslere maruz kalan yüksek sıcaklık ortamında çalışır, bu da kanatların kaymaya ve yorulma hasarına uğramasına neden olur (Şekil 2'ye bakınız). Kanatların yüksek sıcaklık yorulma kırılmaları için aşağıdaki üç koşulun sağlanması gerekir:

(1) Kanatın yorulma kırılması çoğunlukla kristal arası kırılma özelliklerini gösterir.

(2) Kanatın kırılma noktasındaki sıcaklık, malzemenin limit kayma sıcaklığından yüksektir;

(3) Kanatın yorulma kırılma noktası, bu sıcaklıkta kayma sınırı veya yorulma sınırını aşan dikdörtgen dalga formunda merkezifüj gerilme stresini yalnızca dayanabilir.

Genel olarak, yüksek sıcaklıklarda rotor bıçaklarının yorgunluk kırılması son derece nadirdir, ancak gerçek kullanımda, rotora termal hasar nedeniyle oluşan yorgunluk kırılmaları göreceli olarak yaygoruniktir. Motor çalışması sırasında, anormal çalışma koşulları altında kısa süreli aşırı sıcaklık nedeniyle bileşenlerin fazla ısınması veya yanması aşırı ısınma hasarı olarak adlandırılır. Yüksek sıcaklıklarda, bıçaklarda yorgunluk çatlakları kolayca oluşabilir. Yüksek sıcaklık hasarı nedeniyle oluşan yorgunluk kırılmaları şu ana characteristics tahtalıdır:

(1) Kırılma konumu genellikle bıçağın en yüksek sıcaklık bölgesinde bulunur ve bıçak ekseniyle dikdir.

(2) Kırılma, kaynak alanının giriş kenarından başlar ve kesit yüzeyi koyu renkli olup yüksekoksidasyon gösterir. Uzatma kesiti daha düz bir yüzeye sahip ve kaynak alanından daha koyu değil.

Hava araç motoru bıçağı tamiri teknolojisi

Taşıtta boroskop incelemesi

On-board boreskop incelemesi, motor türbin kutusundaki bir sondaj yoluyla türbin palyalarını görsel olarak incelemektir. Bu teknoloji, motörün ayıklanmasını gerektirmez ve doğrudan uçağın üzerinde tamamlanabilir, bu da kolay ve hızlıdır. Boreskop incelemesi, türbin palyalarının yakılması, korozyonu ve soyulmasını daha iyi tespit etmekte yardımcı olabilir ve bu da türbinin teknolojisi ve sağlığı anlamak ve kontrol etmek için yararlıdır, böylece türbin palyaları hakkında kapsamlı bir inceleme yapılabilir ve motörün normal çalışmasını sağlanabilir. Şekil 3, boreskop incelemesini göstermektedir.

Tamir atölyesinde denetim öncesi ön temizleme işlemi

Turbinyonlarının yüzeyi, yanma sonrası oluşan birikintilerle, kaplama katmanlarıyla ve yüksek sıcaklık oksidasyon korozyonu tarafından meydana gelen termal korozyon tabakalarıyla kaplıdır. Karbon birikimi, yonların duvar kalınlığını artırır ve bu da orijinal hava akış yolu üzerinde değişikliklere neden olur ki bu da turbinin verimliliğini azaltır; termal korozyon ise yonların mekanik özelliklerini azaltır; ayrıca karbon birikimleri nedeniyle, yon yüzeyindeki hasarlar gizlenir ve tespit zorlaşır. Bu nedenle, yonları izleme ve tamir etmeden önce karbon birikimleri temizlenmelidir.

Yon bütünlüğü testi

Geçmişte, uçak motorlarının bıçağının çapını tespit etmek için açı ölçerleri ve kalibrörler gibi "sabit" ölçüm aletleri kullanılırdı. Bu yöntem basittir, ancak insan müdah etkisinden kolayca etkilenir ve düşük doğruluk ve yavaş tarama hızı gibi eksikliklere sahiptir. Daha sonra koordinat ölçüm makinesi üzerine bir mikroişlemci otomatik kontrol uygulaması yazıldı ve bıçak geometrik boyutları için bir ölçüm sistemi geliştirildi. Bıçağın otomatik olarak tespiti ve standart bıçak şekliyle karşılaştırılmasıyla, hata test sonuçları otomatik olarak verilir ve bıçağın kullanılabilirliği ile gerekli bakım yöntemi belirlenir. Farklı üreticilerin koordinat ölçüm aletleri teknolojilerde farklılıklar gösterse de, şu ortak özelliklere sahiptir: yüksek otomasyon seviyesi, hızlı tarama, genellikle bir bıçak 1 dakika içinde tespit edilebilir ve iyi genişletilebilirlik yeteneğine sahiptir. Standart bir bıçak şekli veritabanını değiştirerek çeşitli türlerdeki bıçaklar tespit edilebilir. Şekil 4, bütünlük testini göstermektedir.

Hava aracı motoru bıçak bakımı

Termal sıvı teknolojisi

Termal sıvı teknolojisi, lifler veya toz materyalleri erime durumuna getirilerek daha sonra atomize edilip, sıvılan parçalara veya alt tabyalara yatırılır.

(1) Dayanıklı kaplama katmanları

Sismeye, kaymaya, çakışmaya, sürtüneme ve diğer hava araç motorlarının çalışması sırasında ortaya çıkan sürtünmelere neden olan sismeli, nikkel tabanlı ve tungsten karbür tabanlı dayanıklı kaplamalar gibi kaplama sistemleri, hava aracı motoru parçalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu da performansı ve hizmet ömrünü artırmaktadır.

(2) Isıya dayanıklı kaplamalar

İrtifa artırmak için, modern hava taşıtları motorları türbin öncesi sıcaklığı maksimum seviyeye çıkarmaya ihtiyaç duyar. Bu şekilde, türbin bıçaklarının işleyiş sıcaklığı da orantılı olarak artar. Isıya dayanıklı malzemeler kullanılsa bile, kullanım gereksinimlerini karşılamak hâlâ zordur. Test sonuçları gösteriyor ki, türbin bıçaklarının yüzeyine ısıya dayanıklı kaplama uygulamak, parçaların ısı direncini artırarak parçaların deformasyonunu ve çatlamasını önlemeye yardımcı olabilir.

(3) Soyulabilir kaplamalar

Modern hava aracı motorlarında, türbin, birçok yatay statör aleti ve diske sabitlenmiş bir rotor aletinden oluşan bir kasa ile yapılmıştır. Motorun verimliliğini artırmak için, statör ve rotor bileşenleri arasındaki mesafe mümkün olduğunca azaltılmalıdır. Bu boşluk, rotor ucu ile sabit dış halka arasındaki "uc boşluğu" ve her rotor aşaması ile kasa arasındaki "aşama boşluğu"nu içerir. Havalı kaçışı fazla boşluktan dolayı en aza indirmek için teorik olarak bu boşluklar sıfıra yakındır; ancak üretim parçalarının gerçek hatası ve montaj hatası nedeniyle bunu elde etmek zordur; ek olarak, yüksek sıcaklıkta ve hızlı süratlarda, tekerlek uzunluk yönünde hareket edebilir ve bıçakların radyal olarak "büyümelerine" neden olabilir. İş parçasının eğrilme deformasyonu, termal genleşme ve daralmalarından dolayı, en küçük bilinçli boşluğu sağlamak amacıyla üst üste püskürtme giysileri kullanılır, yani bıçağın tepesine yakın yüzeylerine çeşitli kaplama malzemeleri püskürtülür; dönen parçalar bunlara sürtünge olduğunda, kaplamalar fedakar yıpranmaya tabi olur ve bu da boşluğu minimuma indirger. Şekil 5'te termal püskürtme teknolojisi gösterilmiştir.

Shot Peening

Shot peening teknolojisi, iş parçasının yüzeyini yüksek hızda hareket eden mermilerle vurarak, iş parçasının yüzeyinde artan gerilim stresi oluşturur ve malzemenin belirli bir ölçüde güçlendirilmesine yardımcı olur. Bu da ürünün yorgunluk dayanımını artırır ve malzemenin strese karşı koruyucu performansını azaltır. Şekil 6, shot peening uygulamasından sonra olan bıçağı göstermektedir.

(1) Kurutma shot peening

Kurutma shot peening teknolojisi, merkezî kuvveti kullanarak iş parçasının yüzeyinde belirli bir kalınlığa sahip bir yüzey güçlendirme tabakası oluşturur. Kurutma shot peening teknolojisinin basit ekipmanlara ve yüksek verimliliğe sahip olması rağmen, toz kirliliği, yüksek gürültü ve fazla mermi tüketimi gibi sorunları mass üretime sahiptir.

(2) Su shot peening

Su jetli peening, kurutma shot peening ile aynı güçlendirme mekanizmasına sahiptir. Fark, sıvı parçacıkların kullanıldığı ve shot'un yerine getirildiği bir süreç olmasıdır, bu da kurutma shot peening sırasında çevreye toz etkisinin azaltılmasına ve böylece iş ortamının iyileştirilmesine yardımcı olur.

(3) Döner plak güçlendirme

Amerikan 3M Şirketi, yeni bir tür shot peening güçlendirme süreci geliştirmiştir. Güçlendirme yöntemi, shotlu bir döner plaketi kullanarak metal yüzeyini yüksek hızda sürekli vurarak bir yüzey güçlendirme katmanı oluşturmaktır. Shot peening'e göre, bu yöntem basit ekipman, kullanımı kolay, verimli, ekonomik ve dayanıklı avantajlarına sahiptir. Döner plaka güçlendirmesi, yüksek hızlı bir shot bıçağa çarptığında, bıçak yüzeyinin hızla genişlemesine neden olur ve bu da belirli bir derinlikte plastik deformasyona sebep olur. Deformasyon katmanının kalınlığı, projektilin etki gücüne ve iş parçası malzemesinin mekanik özelliklerine bağlıdır ve genellikle 0,12 ila 0,75 mm'ye kadar ulaşabilir. Shot peening süreçlerini ayarlayarak uygun deformasyon katmanı kalınlığına ulaşılabilir. Shot peening etkisi altında, bıçak yüzeyinde plastik deformasyon olduğunda, komşu alt yüzey de deformasyon yaşayacaktır. Ancak, yüzeye kıyasla, alt yüzeydeki deformasyon daha küçüktür. Teslim noktasıya ulaşılmadan önce hala elastik deformasyon aşamasındadır, bu nedenle yüzey ile alt katman arasındaki düzensiz plastikleşme eşit değildir ve bu, malzemede püskürtme sonrası artan gerilme değişikliklerine neden olabilir. Deney sonuçları göstermiştir ki, shot peening sonrası yüzeyde artan kalan sıkıştırma gerilmesi vardır ve belirli bir derinlikte alt katmanda çekilme gerilmesi ortaya çıkar. Yüzeydeki kalan sıkıştırma gerilmesi, alt katmandaki gerilmeye göre birkaç kat fazladır. Bu kalan gerilme dağılımı, yorgunluk dayanımını ve korozyon direncini artırmak için çok faydalıdır. Bu nedenle, shot peening teknolojisi ürün ömrünü uzatmak ve ürün kalitesini artırmada çok önemli bir rol oynamaktadır.

Kaplama tamiri

Hava araçları motorlarında, birçok ileri düzeydeki türbin kabartması, oksidasyona karşı, korozyona karşı ve aşınmaya karşı özelliklerini artırmak için kaplama teknolojisi kullanır; ancak, kabartmaların kullanım sırasında değişken derecelerde hasar görmesi nedeniyle, kabartma bakımı sırasında tamir edilmeleri gerekir, genellikle orijinal kaplamayı soyarak ve ardından yeni bir katman kaplama uygulayarak.