Чому в авіаційних двигунах використовуються цільні лопаті? Вони є ключем до польоту! Україна

Авіаційний двигун є «серцем» літака, його також називають «перлиною промисловості». Його виробництво об’єднує багато передових технологій сучасної промисловості, включаючи матеріали, механічну обробку, термодинаміку та інші галузі. Оскільки країни висувають дедалі вищі вимоги до продуктивності двигуна, нові конструкції, нові технології та нові процеси в дослідженнях, розробках і застосуванні все ще постійно кидають виклик піку сучасної промисловості. Одним із важливих факторів підвищення тяговооруженості авіаційних двигунів є вбудований лопатевий диск.

Переваги блисків

До появи цілісного лопатевого диска лопаті ротора двигуна необхідно було з’єднувати з колісним диском за допомогою шипів, врізних і шипових канавок і стопорних пристроїв, але ця конструкція поступово не відповідала потребам високопродуктивних авіаційних двигунів. Інтегральний лопатевий диск, який об’єднує лопаті ротора двигуна та колісний диск, був розроблений і тепер став обов’язковою структурою для двигунів з високим співвідношенням тяги до ваги. Він широко використовується у двигунах військових і цивільних літаків і має такі переваги.

1.Втрата у вазі:Оскільки обід колісного диска не потрібно обробляти, щоб встановити гребінь і паз для встановлення лопатей, радіальний розмір обода може бути значно зменшений, тим самим значно зменшуючи масу ротора.

2.Зменшіть кількість деталей:На додаток до того факту, що колісний диск і лопаті інтегровані, зменшення блокувальних пристроїв також є важливою причиною. До авіаційних двигунів висуваються надзвичайно жорсткі вимоги до надійності, і велику роль у підвищенні надійності відіграє спрощена структура ротора.

3. Зменшити втрати повітряного потоку:Втрати на вихід, спричинені розривом у традиційному методі з’єднання, усуваються, ефективність двигуна покращується, а тяга збільшується.

Блиск, що зменшує вагу і збільшує тягу, — «перлина» отримати не з легких. З одного боку, блиск в основному виготовляється з важкооброблюваних матеріалів, таких як титановий сплав і жароміцний сплав; з іншого боку, його леза тонкі, а форма леза складна, що висуває надзвичайно високі вимоги до технології виробництва. Крім того, коли лопаті ротора пошкоджені, їх неможливо замінити окремо, що може спричинити злам блиску, а також технологія ремонту є ще однією проблемою.

Виготовлення блисків

На даний момент існує три основні технології виготовлення цілісних лез.

• П'ятиосьове фрезерування з ЧПУ

П’ятиосьове фрезерування з ЧПК широко використовується у виробництві блисків завдяки своїм перевагам у швидкому відгуку, високій надійності, хорошій гнучкості обробки та короткому циклі підготовки до виробництва. Основні методи фрезерування включають бокове фрезерування, врізне фрезерування та циклоїдне фрезерування. Ключові фактори успіху blisks включають:

П'ятиосьові верстати з хорошими динамічними характеристиками

Оптимізоване професійне програмне забезпечення CAM

Інструменти та прикладні знання, присвячені обробці титанових/високотемпературних сплавів

• Електрохімічна обробка

Електрохімічна обробка є відмінним методом обробки каналів інтегральних лопатевих дисків авіаційних двигунів. Існує кілька технологій обробки в електрохімічній обробці, включаючи електролітичну обробку гільзи, контурну електролітичну обробку та електролітичну обробку з ЧПУ.

Оскільки при електрохімічній обробці в основному використовується властивість розчинення металу на аноді в електроліті, катодна частина не буде пошкоджена при застосуванні технології електрохімічної обробки, а на заготовку не впливатиме сила різання, тепло обробки тощо під час обробки. , тим самим зменшуючи залишкову напругу інтегрального каналу лопаті авіаційного двигуна після механічної обробки.

Крім того, у порівнянні з п’ятиосьовим фрезеруванням робочий час електрохімічної обробки значно скорочується, і її можна використовувати на етапах чорнової обробки, напівчистової та чистової обробки. Немає необхідності в ручному поліруванні після обробки. Тому це один із важливих напрямів розвитку інтегральної обробки каналів лопатей авіаційних двигунів.

• Зварювання

Леза обробляються окремо, а потім приварюються до диска леза за допомогою електронно-променевого зварювання, лінійного зварювання тертям або вакуумного твердотільного дифузійного з’єднання. Перевага полягає в тому, що його можна використовувати для виготовлення цілісних лопатевих дисків з невідповідними матеріалами леза та диска.

Зварювальний процес пред'являє високі вимоги до якості зварювання лопатей, що безпосередньо впливає на продуктивність і надійність всього лопатевого диска авіадвигуна. Крім того, оскільки фактичні форми лез, які використовуються в зварному лезовому диску, не є узгодженими, положення лез після зварювання не є узгодженими через обмеження точності зварювання, а для виконання персоналізованого точного фрезерування з ЧПУ потрібна технологія адаптивної обробки. для кожного леза.

Крім того, зварювання є дуже важливою технологією в ремонті цільних лез. Серед них лінійне зварювання тертям, як технологія твердофазного зварювання, має високу якість зварювального з’єднання та хорошу відтворюваність. Це одна з найбільш надійних і надійних зварювальних технологій для зварювання компонентів ротора авіаційного двигуна з високим співвідношенням тяги до ваги.

Застосування блиск

1. Авіаційний двигун EJ200

Авіаційний двигун EJ200 має загалом 3-ступінчасті вентилятори та 5-ступінчасті компресори високого тиску. Поодинокі лопаті приварюються до диска колеса електронним променем, утворюючи єдиний лопатевий диск, який використовується у вентиляторі 3-го ступеня та компресорі високого тиску 1-го ступеня. Інтегральний лопатевий диск не зварений разом з роторами інших ступенів для утворення багатоступінчастого інтегрального ротора, а з'єднаний короткими болтами. Загалом, це початкова стадія застосування цілісних лопатевих дисків.

2. Турбореактивний двигун F414

У турбовентиляторному двигуні F414 2-й і 3-й ступені 3-ступеневого вентилятора і перші 3 ступені 7-го ступеня компресора високого тиску використовують цілісні лопаті, які оброблені електрохімічними методами. GE також розробила можливий метод ремонту. На цій основі цілісні лопаті 2-го та 3-го ступенів вентилятора зварені разом, щоб утворити єдиний ротор, а 1-й та 2-й ступені компресора також зварені разом, що додатково зменшує вагу ротора та покращує довговічність. двигуна.

У порівнянні з EJ200, F414 зробив великий крок вперед у застосуванні інтегральних лез.

3. Двигун F119-PW-100

3-ступінчастий вентилятор і 6-ступінчастий компресор високого тиску використовують вбудовані лопаті, а лопаті вентилятора 1-го ступеня порожнисті. Порожнисті лопаті приварені до диска колеса за допомогою лінійного фрикційного зварювання, утворюючи цілісну лопатку, що зменшує вагу ротора цього ступеня на 32 кг.

4. Двигун БР715

У великих цивільних двигунах також використовувався вбудований лопатевий диск. У двигуні BR715 використовується п’ятиосьова технологія фрезерування з ЧПК для обробки цілісного лопатевого диска, який використовується в компресорі нагнітача другого ступеня після вентилятора, а передні та задні цілісні лопатеві диски зварені разом, щоб утворити інтегральний ротор. Використовується на Boeing 717.