Tại sao động cơ máy bay lại sử dụng cánh quạt tích hợp? Chúng là chìa khóa để bay! Việt Nam

Động cơ máy bay là "trái tim" của máy bay và cũng được gọi là "viên ngọc quý của ngành công nghiệp". Việc sản xuất nó tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến trong ngành công nghiệp hiện đại, bao gồm vật liệu, gia công cơ khí, nhiệt động lực học và các lĩnh vực khác. Khi các quốc gia có yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất động cơ, các cấu trúc mới, công nghệ mới và quy trình mới trong nghiên cứu, phát triển và ứng dụng vẫn liên tục thách thức đỉnh cao của ngành công nghiệp hiện đại. Một trong những yếu tố quan trọng trong việc cải thiện tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng của động cơ máy bay là đĩa cánh tích hợp.

Ưu điểm của blisks

Trước khi đĩa cánh quạt tích hợp xuất hiện, các cánh quạt của động cơ cần được kết nối với đĩa bánh xe thông qua các mộng, rãnh mộng và chốt và các thiết bị khóa, nhưng cấu trúc này dần không đáp ứng được nhu cầu của động cơ máy bay hiệu suất cao. Đĩa cánh quạt tích hợp tích hợp các cánh quạt động cơ và đĩa bánh xe đã được thiết kế và hiện đã trở thành cấu trúc bắt buộc phải có đối với động cơ có tỷ lệ lực đẩy trên 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.Trọng lượng mất mát:Vì vành đĩa bánh xe không cần phải gia công để lắp lưỡi và rãnh để lắp lưỡi nên kích thước xuyên tâm của vành có thể được giảm đáng kể, do đó làm giảm đáng kể khối lượng của rôto.

2.Giảm số lượng các bộ phận:Ngoài việc đĩa bánh xe và cánh quạt được tích hợp, việc giảm 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 thất thoát luồng khí:Tổn thất thoát do khe hở trong phương pháp kết nối truyền thống được loại bỏ, hiệu suất động cơ được cải thiện và lực đẩy được tăng lên.

Blisk, giảm trọng lượng và tăng lực đẩy, không phải là một "viên ngọc" dễ kiếm. Một mặt, blisk chủ yếu được làm bằng vật liệu khó gia công như hợp kim titan và hợp kim chịu nhiệt độ cao; mặt khác, cánh quạt mỏng và hình dạng cánh quạt phức tạp, đặt ra yêu cầu cực kỳ cao đối với công nghệ sản xuất. Ngoài ra, khi các cánh quạt bị hỏng, chúng không thể được thay thế riêng lẻ, điều này có thể khiến blisk bị loại bỏ, và công nghệ sửa chữa là một vấn đề khác.

Sản xuất bánh blisks

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

• Phay CNC năm trục

Phay CNC năm trục được sử dụng rộng rãi trong sản xuất blisks do những ưu điểm của nó là phản ứng nhanh, độ tin cậy cao, tính linh hoạt xử lý 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 chính để đảm bảo thành công của blisks bao gồm:

Máy công cụ năm trục có đặc tính động lực tốt

Phần mềm CAM chuyên nghiệp được tối ưu hóa

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

• Gia công điện hóa

Gia công điện hóa là một phương pháp tuyệt vời để gia công các kênh của đĩa cánh tích hợp của động cơ máy bay. Có một số công nghệ gia công trong gia công điện hóa, bao gồm gia công ống điện phân, gia công điện phân theo đường viền và gia công điện phân CNC.

Do gia công điện hóa chủ yếu tận dụng tính chất hòa tan kim loại tại anot trong chất điện phân nên khi áp dụng công nghệ gia công điện hóa phần catot sẽ không bị hư hỏng, phôi sẽ không bị ảnh hưởng bởi lực cắt, nhiệt gia công, v.v. trong quá trình gia công, do đó giảm ứng suất dư của rãnh cánh tích hợp của động cơ máy bay sau khi gia công.

Ngoài ra, so với phay năm trục, giờ làm việc của gia công điện hóa giảm đáng kể, có thể sử dụng trong các giai đoạn gia công thô, bán hoàn thiện 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 gia công kênh cánh tích hợp động cơ máy bay.

• Hàn

Các lưỡi dao được xử lý riêng biệt, sau đó hàn vào đĩa lưỡi dao bằng phương pháp hàn chùm tia điện tử, hàn ma sát tuyến tính hoặc liên kết khuếch tán trạng thái rắn chân không. Ưu điểm là có thể sử dụng để sản xuất đĩa lưỡi dao tích hợp với vật liệu lưỡi dao và đĩa không đồng nhất.

Quá trình hàn có yêu cầu cao về chất lượng hàn cánh quạt, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ tin cậy của toàn bộ đĩa cánh quạt của động cơ máy bay. Ngoài ra, do hình dạng thực tế của cánh quạt được sử dụng trong đĩa cánh quạt hàn không nhất quán, nên vị trí của cánh quạt sau khi hàn không nhất quán do hạn chế về độ chính xác hàn, cần có công nghệ gia công thích ứng để thực hiện phay CNC chính xác theo yêu cầu của từng cánh quạt.

Ngoài ra, hàn là một công nghệ rất quan trọng trong việc sửa chữa các cánh quạt tích hợp. Trong số đó, hàn ma sát tuyến tính, là 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 đáng tin cậy hơn để hàn các thành phần rôto động cơ máy bay có tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng cao.

Ứng dụng của blisk

1. Động cơ máy bay EJ200

Động cơ máy bay EJ200 có tổng cộng 3 quạt cấp và 5 máy nén áp suất cao cấp. Các cánh quạt đơn được hàn vào đĩa bánh xe bằng chùm tia điện tử để tạo thành đĩa cánh quạt tích hợp, được sử dụng trong quạt cấp 3 và máy nén áp suất cao cấp cấp 1. Đĩa cánh quạt tích hợp không được hàn với các rôto của các tầng khác để tạo thành rôto tích hợp nhiều tầng, mà được kết nối bằng bu lông ngắn. Nói chung, nó đang ở giai đoạn đầu của ứng dụng đĩa cánh quạt tích hợp.

2. Động cơ phản lực cánh quạt F414

Trong động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt F414, giai đoạn 2 và 3 của quạt 3 giai đoạn và 3 giai đoạn đầu của máy nén áp suất cao giai đoạn 7 sử dụng các cánh tích hợp, được xử lý bằng phương pháp điện hóa. GE cũng đã phát triển một phương pháp sửa chữa khả thi. Trên cơ sở này, các cánh tích hợp của giai đoạn 2 và 3 của quạt được hàn lại với nhau để tạo thành một rô-to tích hợp, và giai đoạn 1 và 2 của máy nén cũng được hàn lại với nhau, giúp giảm thêm trọng lượng của rô-to và cải thiện độ bền của động cơ.

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

3. Động cơ F119-PW-100

Quạt 3 cấp và máy nén áp suất cao 6 cấp đều sử dụng cánh quạt tích hợp, cánh quạt cấp 1 rỗng. Cánh quạt rỗng được hàn vào đĩa bánh xe thông qua hàn ma sát tuyến tính để tạo thành cánh quạt tích hợp, giúp giảm trọng lượng của rôto của cấp này 32kg.

4. Động cơ BR715

Trong động cơ dân dụng lớn, đĩa cánh tích hợp cũng đã được sử dụng. Động cơ BR715 sử dụng công nghệ phay CNC năm trục để xử lý đĩa cánh tích hợp, được sử dụng trên máy nén siêu tăng áp giai đoạn thứ hai sau quạt, và đĩa cánh tích hợp phía trước và phía sau được hàn lại với nhau để tạo thành rôto tích hợp. Nó được sử dụng trên Boeing 717.