Tại sao động cơ máy bay lại sử dụng lưỡi dao tích hợp? Chúng là chìa khóa cho việc bay!

Động cơ máy bay là "trái tim" của máy bay và còn được gọi là "viên ngọc quý của ngành công nghiệp". Việc sản xuất nó tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến nhất trong ngành công nghiệp hiện đại, liên quan đến vật liệu, gia công cơ khí, nhiệt động lực học và các lĩnh vực khác. Khi các quốc gia đặt ra yêu cầu ngày càng cao đối với hiệu suất động cơ, các cấu trúc mới, công nghệ mới và quy trình mới trong nghiên cứu, phát triển và ứng dụng vẫn không ngừng thách thức đỉnh cao của ngành công nghiệp hiện đại. Một trong những yếu tố quan trọng để nâng cao tỷ lệ đẩy-trọng lượng của động cơ máy bay là đĩa cánh tích hợp.

Ưu điểm của blisk

Trước khi đĩa lưỡi cánh tích hợp xuất hiện, các cánh quạt rotor của động cơ cần được kết nối với đĩa bánh xe thông qua các khớp và rãnh khóa, nhưng cấu trúc này dần dần không còn đáp ứng được nhu cầu của động cơ máy bay hiệu suất cao. Đĩa lưỡi cánh tích hợp, kết hợp giữa các cánh quạt rotor của động cơ và đĩa bánh xe, đã được thiết kế và hiện nay đã trở thành cấu trúc không thể thiếu cho động cơ có tỷ số đẩy-trọng lượng cao. Nó đã được sử dụng rộng rãi trong động cơ máy bay quân sự và dân dụng và có những ưu điểm sau.

1.Giảm cân ：Vì vành của đĩa bánh xe không cần phải gia công để lắp đặt lưỡi và rãnh để gắn các cánh, kích thước bán kính của vành có thể được giảm đáng kể, từ đó làm giảm đáng kể khối lượng của rotor.

2.Giảm số lượng linh kiện ：Ngoài việc đĩa bánh xe và lưỡi cánh được tích hợp, việc giảm thiểu các thiết bị khóa cũng là một lý do quan trọng. Động cơ máy bay có yêu cầu cực kỳ nghiêm ngặt về độ tin cậy, và cấu trúc rotor được đơn giản hóa đóng vai trò lớn trong việc nâng cao độ tin cậy.

3.Giảm tổn thất dòng khí ：Tổn thất thoát do khe hở trong phương pháp kết nối truyền thống đã được loại bỏ, hiệu suất động cơ được cải thiện và lực đẩy tăng lên.

Blisk, với khả năng giảm trọng lượng và tăng lực đẩy, không phải là "hạt ngọc" dễ đạt được. Một mặt, blisk thường được làm từ các vật liệu khó gia công như hợp kim titan và hợp kim nhiệt độ cao; mặt khác, lưỡi cánh của nó mỏng và hình dạng phức tạp, đặt ra những yêu cầu cực kỳ cao đối với công nghệ sản xuất. Ngoài ra, khi các cánh quạt rotor bị hư hại, chúng không thể thay thế riêng lẻ, có thể khiến blisk bị bỏ đi, và công nghệ sửa chữa lại là một vấn đề khác.

Sản xuất blisk

Hiện nay, có ba công nghệ chính để sản xuất các cánh quạt tích hợp.

• Phay CNC năm trục

Phay CNC năm trục được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất các blisk nhờ những ưu điểm như phản hồi nhanh, độ tin cậy cao, tính linh hoạt trong gia công tốt và chu kỳ chuẩn bị sản xuất ngắn. Các phương pháp phay chính bao gồm phay cạnh, phay chìm và phay cycloidal. Các yếu tố then chốt để đảm bảo thành công của blisk bao gồm:

Máy công cụ năm trục có đặc tính động học tốt

Phần mềm CAM chuyên nghiệp đã tối ưu hóa

Công cụ và kiến thức ứng dụng dành riêng cho việc gia công hợp kim titan / hợp kim chịu nhiệt cao

• Gia công điện hóa

Gia công điện hóa là một phương pháp tuyệt vời để gia công các khe hở của đĩa cánh quạt tích hợp trong động cơ máy bay. Có nhiều công nghệ gia công trong gia công điện hóa, bao gồm gia công điện phân bằng ống lót, gia công đường viền điện phân và gia công CNC điện phân.

Do việc gia công điện hóa chủ yếu sử dụng đặc tính hòa tan của kim loại tại cực dương trong dung dịch điện phân, phần cathode sẽ không bị hư hại khi công nghệ gia công điện hóa được áp dụng, và chi tiết sẽ không bị ảnh hưởng bởi lực cắt, nhiệt gia công, v.v. trong quá trình gia công, từ đó làm giảm ứng suất dư của kênh lưỡi cánh tổng thể của động cơ máy bay sau khi gia công.

Ngoài ra, so với phay năm trục, thời gian làm việc của gia công điện hóa được giảm đáng kể, và có thể được sử dụng ở các giai đoạn gia công thô, bán tinh và hoàn thiện. Không cần đánh bóng thủ công sau khi gia công. Do đó, đây là một trong những hướng phát triển quan trọng của việc gia công kênh lưỡi cánh tổng thể của động cơ máy bay.

• Hàn

Các lưỡi dao được xử lý riêng biệt, sau đó hàn vào đĩa lưỡi bằng phương pháp hàn tia điện tử, hàn ma sát tuyến tính hoặc nối kết khuếch tán trạng thái rắn trong chân không. Ưu điểm là có thể sử dụng để sản xuất các đĩa lưỡi nguyên khối với vật liệu lưỡi và đĩa khác nhau.

Quy trình hàn đặt ra yêu cầu cao về chất lượng hàn lưỡi, điều này直接影响 đến hiệu suất và độ tin cậy của toàn bộ đĩa lưỡi của động cơ máy bay. Ngoài ra, do hình dạng thực tế của các lưỡi dao được sử dụng trong đĩa lưỡi hàn không nhất quán, vị trí của các lưỡi dao sau khi hàn cũng không nhất quán do hạn chế về độ chính xác của hàn, đòi hỏi phải sử dụng công nghệ gia công thích ứng để tiến hành phay CNC chính xác cá nhân hóa cho mỗi lưỡi dao.

Ngoài ra, hàn là một công nghệ rất quan trọng trong việc sửa chữa lưỡi dao tích hợp. Trong đó, hàn ma sát tuyến tính, với tư cách là một công nghệ hàn pha rắn, có chất lượng mối hàn cao và khả năng tái tạo tốt. Đây là một trong những công nghệ hàn đáng tin cậy và tin cậy hơn cho việc hàn các bộ phận rotor động cơ máy bay có tỷ lệ đẩy-trọng lượng cao.

Ứng dụng của blisk

1. Động cơ máy bay EJ200

Động cơ máy bay EJ200 có tổng cộng 3 tầng quạt và 5 tầng nén áp suất cao. Các lưỡi dao đơn được hàn vào đĩa bánh răng bằng tia điện tử để tạo thành một đĩa lưỡi dao tích hợp, được sử dụng ở tầng quạt thứ 3 và tầng nén áp suất cao thứ nhất. Đĩa lưỡi dao tích hợp không được hàn cùng với các rotor của các tầng khác để tạo thành một rotor đa tầng tích hợp, mà được kết nối bằng bulông ngắn. Nói chung, đây là giai đoạn đầu của việc ứng dụng đĩa lưỡi dao tích hợp.

2. Động cơ tuabin quạt F414

Trong động cơ tuabin quạt F414, các giai đoạn thứ 2 và thứ 3 của quạt 3 giai đoạn và 3 giai đoạn đầu tiên của máy nén áp suất cao giai đoạn thứ 7 sử dụng lưỡi quạt tích hợp, được chế tạo bằng phương pháp điện hóa. GE cũng đã phát triển một phương pháp sửa chữa khả thi. Dựa trên điều này, các lưỡi quạt tích hợp của giai đoạn thứ 2 và thứ 3 của quạt được hàn lại với nhau để tạo thành một rôto tích hợp, và các giai đoạn thứ 1 và thứ 2 của máy nén cũng được hàn lại, giảm thêm trọng lượng của rôto và cải thiện độ bền của động cơ.

So với EJ200, F414 đã có bước tiến lớn trong việc ứng dụng lưỡi quạt tích hợp.

3. Động cơ F119-PW-100

Quạt 3 giai đoạn và máy nén áp suất cao 6 giai đoạn đều sử dụng lưỡi quạt tích hợp, và các lưỡi quạt quạt giai đoạn đầu tiên là rỗng. Các lưỡi quạt rỗng được hàn vào đĩa bánh xe thông qua hàn ma sát tuyến tính để tạo thành một lưỡi quạt tích hợp, giảm trọng lượng của rôto của giai đoạn này xuống 32kg.

4. Động cơ BR715

Trong các động cơ dân dụng lớn, đĩa lưỡi cánh tích hợp cũng đã được sử dụng. Động cơ BR715 sử dụng công nghệ phay CNC năm trục để chế tạo đĩa lưỡi cánh tích hợp, được sử dụng ở máy nén tăng áp giai đoạn hai sau quạt, và các đĩa lưỡi cánh tích hợp trước và sau được hàn lại với nhau để tạo thành một rotor tổng thể. Nó được sử dụng trên Boeing 717.