Εισαγωγή σε λεπίδες στροβίλου
Το συστατικό με τις χειρότερες συνθήκες εργασίας στον κινητήρα του στροβίλου είναι επίσης το πιο σημαντικό περιστρεφόμενο στοιχείο. Στα συστατικά του καυτού άκρου των κινητήρων αεροσκαφών, οι λεπίδες του στροβίλου υποβάλλονται σε διάβρωση αερίου υψηλής θερμοκρασίας και μεταβολές της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια των κύκλων εκκίνησης και τερματισμού του κινητήρα και οι λεπίδες του ρότορα υποβάλλονται σε φυγοκεντρική δύναμη σε υψηλές ταχύτητες. Το υλικό απαιτείται για να έχει επαρκή αντοχή σε εφελκυσμό υψηλής θερμοκρασίας, αντοχή αντοχής, αντοχή ερπυσμού, καθώς και καλή αντοχή στην κόπωση, αντίσταση οξείδωσης, αντοχή στη διάβρωση αερίου και κατάλληλη πλαστικότητα. Επιπλέον, απαιτούνται επίσης μακροχρόνια οργανωτική σταθερότητα, καλή αντοχή σε αντίκτυπο, χύτευση και χαμηλή πυκνότητα.
Η θερμοκρασία εισόδου αερίου των προχωρημένων κινητήρων αεροσκαφών φθάνει 1380 βαθμούς και η ώθηση φτάνει τα 226kN. Τα πτερύγια του στροβίλου υποβάλλονται σε αεροδυναμικές και φυγοκεντρικές δυνάμεις, με τις λεπίδες να φέρουν ένα εφελκυστικό στρες περίπου 140MPa. Η ρίζα της λεπίδας φέρει μια μέση τάση 280 ~ 560MPa και το αντίστοιχο σώμα της λεπίδας φέρει θερμοκρασία 650 ~ 980 βαθμού και η ρίζα της λεπίδας είναι περίπου 760 βαθμοί.
Το επίπεδο απόδοσης των λεπίδων στροβίλου (ειδικά η χωρητικότητα που φέρει θερμοκρασία) έχει γίνει ένας σημαντικός δείκτης του προχωρημένου επιπέδου ενός μοντέλου κινητήρα. Κατά μία έννοια, η διαδικασία χύτευσης των μελλοντικών λεπίδων κινητήρων καθορίζει άμεσα την απόδοση του κινητήρα και είναι επίσης μια εθνική αεροπορική βιομηχανία. Ένα σημαντικό σημάδι επιπέδου.
Σχεδιασμός σχήματος λεπίδας
Δεδομένου ότι υπάρχουν πολλές λεπίδες, εάν έχουν σχεδιαστεί σε ευθεία κανονικά σχήματα, μπορούν να μειωθούν πολλές τεχνολογίες επεξεργασίας, η δυσκολία σχεδιασμού μπορεί να μειωθεί και να μειωθεί πολλά έξοδα. Ωστόσο, οι περισσότερες από τις λεπίδες είναι στριμμένες και καμπύλες.
Επιτρέψτε μου να σας παρουσιάσω πρώτα μερικές βασικές έννοιες των φύλλων.
Πρώτον, τι είναι δρομέας; Παρακάτω υπάρχουν δύο τυπικά διαγράμματα δρομέα.
Διάγραμμα ροής συμπιεστή
Διάγραμμα διαδρομής ροής στροβίλου
Δεύτερον, ποιος είναι ο τύπος υπολογισμού για την περιφερειακή ταχύτητα; Στο κανάλι ροής, η περιφερειακή ταχύτητα είναι διαφορετική σε διαφορετικές ακτίνες (αυτό μπορεί να ληφθεί σύμφωνα με τον τύπο υπολογισμού στο παρακάτω σχήμα)
Περιφερειακή ταχύτητα, ποια είναι η γωνία επίθεσης της ροής αέρα;
Λαμβάνοντας την πτέρυγα του αεροπλάνου ως παράδειγμα, εμφανίζεται η γωνία επίθεσης της ροής αέρα. Στη συνέχεια, γιατί η λεπίδα πρέπει να στρεβλώνεται; Δεδομένου ότι οι περιφερειακές ταχύτητες σε διαφορετικές ακτίνες στο κανάλι ροής είναι διαφορετικές, η γωνία επίθεσης της ροής του αέρα σε διαφορετικά πρωταρχικά επίπεδα ακτίνας ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό. Στην άκρη της λεπίδας, λόγω της μεγάλης ακτίνας και της μεγάλης περιφερειακής ταχύτητας, προκαλείται μια μεγάλη θετική γωνία επίθεσης, με αποτέλεσμα τον σοβαρό διαχωρισμό ροής αέρα στο πίσω μέρος της λεπίδας. Στη ρίζα της λεπίδας, λόγω της μικρής ακτίνας και της μικρής περιφερειακής ταχύτητας, προκαλείται μια μεγάλη αρνητική γωνία επίθεσης, με αποτέλεσμα τον σοβαρό διαχωρισμό ροής αέρα στη λεκάνη της λεπίδας της λεπίδας.
Ως εκ τούτου, για ευθείες λεπίδες, εκτός από ένα μέρος της πλησιέστερης μέσης διαμέτρου που μπορεί να λειτουργήσει, τα υπόλοιπα μέρη θα παράγουν σοβαρό διαχωρισμό ροής αέρα, δηλαδή η αποτελεσματικότητα ενός συμπιεστή ή του στροβίλου που εργάζεται με ευθείες λεπίδες είναι εξαιρετικά φτωχή και μπορεί να φτάσει ακόμη και στο σημείο όπου δεν μπορεί να λειτουργήσει καθόλου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι λεπίδες πρέπει να στρεβλωθούν.
Ιστορικό ανάπτυξης
Καθώς η ισχύς των κινητήρων αεροσκαφών συνεχίζει να αυξάνεται, επιτυγχάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας εισόδου του συμπιεστή, η οποία απαιτεί τη χρήση προηγμένων λεπίδων με υψηλότερη και υψηλότερη αντοχή στη θερμοκρασία. Εκτός από τις συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας, το εργασιακό περιβάλλον των λεπίδων ζεστού άκρου βρίσκεται επίσης σε ακραία κατάσταση υψηλής πίεσης, υψηλής φόρτωσης, υψηλής δόνησης και υψηλής διάβρωσης, έτσι ώστε οι λεπίδες να έχουν εξαιρετικά υψηλές ολοκληρωμένες επιδόσεις. Αυτό απαιτεί την εκτέλεση των λεπίδων από ειδικά υλικά κράματος (κράματα υψηλής θερμοκρασίας) και ειδικές διαδικασίες παραγωγής (χύτευση ακριβείας συν κατευθυνόμενη στερεοποίηση) για να κατασκευαστούν δομές ειδικών μήτρας (μονές κρυσταλλικές δομές) για να καλύψουν τις ανάγκες στο μεγαλύτερο δυνατό βαθμό.
Οι σύνθετες λεπίδες στροβίλου με μονό κρυστάλλους έχουν γίνει η βασική τεχνολογία των σημερινών κινητήρων υψηλής αναλογίας ώθησης σε βάρος. Πρόκειται για την έρευνα και τη χρήση προηγμένων υλικών κραμάτων μονής κρυστάλλου και την εμφάνιση διπλών τοιχώματος με υπερήχους τεχνολογίας μονοκρυστάλλων, η οποία επέτρεψε την τεχνολογία παρασκευής ενός κρυστάλλου να διαδραματίσει βασικό ρόλο στις σημερινές πιο προηγμένες στρατιωτικές και εμπορικές αεροπορικές μηχανές. Επί του παρόντος, οι λεπίδες ενός κρυστάλλου δεν έχουν εγκατασταθεί μόνο σε όλους τους προχωρημένους κινητήρες αεροπορίας, αλλά χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε αεριοστρόβιλους βαρέως τύπου.
Τα υπερκράματα ενός κρυστάλλου είναι ένας τύπος προηγμένων υλικών λεπίδων κινητήρα που αναπτύχθηκαν με βάση τους κηλιδωτούς κρυστάλλους και τους κατευθυντικούς κρυστάλλους. Από τις αρχές της δεκαετίας του 1980, η πρώτη γενιά υπερκράτων ενός κρυστάλλου όπως το PWA1480 και το Renen4 χρησιμοποιήθηκαν ευρέως σε μια ποικιλία κινητήρων αεροσκαφών. Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, η δεύτερη γενιά λεπίδων υπερκράτων μεμονωμένους κρυστάλλους που εκπροσωπούνται από τα PWA1484 και Renen5 χρησιμοποιήθηκαν επίσης ευρέως σε προχωρημένους κινητήρες αεροσκαφών όπως CFM56, F100, F110 και PW4000. Επί του παρόντος, η δεύτερη γενιά υπερκράτων μεμονωμένων κρυστάλλων στις Ηνωμένες Πολιτείες έχει ωριμάσει και χρησιμοποιείται ευρέως σε στρατιωτικούς και πολιτικούς κινητήρες.
Σε σύγκριση με τα κράματα μονής κρυστάλλου πρώτης γενιάς, τα κράματα μονής κρυστάλλου δεύτερης γενιάς που αντιπροσωπεύονται από το PWA1484 της PW, το CMSX -4, και η RENE'N5 της GE έχουν αυξήσει τη θερμοκρασία λειτουργίας τους κατά 30 μοίρες προσθέτοντας 3% leenium και κατάλληλα αυξάνοντας το περιεχόμενο του μολυβούρι, το ACHIEVING με την αντοχή και την αντοχή στην οξείλη και την Corrostion.
Στο τρίτο μονό κρύσταλλο κράμα Rene N6 και CMSX -10, η σύνθεση κράματος είναι βελτιστοποιημένη σε ένα βήμα, το συνολικό περιεχόμενο των αδιάλυτων στοιχείων με μεγάλη ατομική ακτίνα αυξάνεται, ειδικά η προσθήκη περισσότερο από το 5WT% rhenium, η οποία βελτιώνει σημαντικά την υψηλή θερμοκρασία, η δύναμη της πρώτης ζωής είναι πολύ μεγαλύτερη από την πρώτη απόσταση από την πρώτη ζωή. Κρυστάλλινο κράμα περίπου 10 ωρών, και έχει επίσης αντοχή υψηλής αντοχής σε θερμική κόπωση, οξείδωση και θερμική διάβρωση.
Οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Ιαπωνία έχουν αναπτύξει διαδοχικά την τέταρτη γενιά κραμάτων μεμονωμένων κρυστάλλων. Με την προσθήκη ρουθηνίου, η σταθερότητα της μικροδομής κράματος έχει βελτιωθεί περαιτέρω και η αντοχή ερπυσμού κάτω από μακροχρόνια έκθεση σε υψηλή θερμοκρασία έχει αυξηθεί. Η διάρκεια της αντοχής του σε 1100 βαθμούς είναι 10 φορές υψηλότερη από αυτή του δεύτερου μονού κρυστάλλου κράματος και η θερμοκρασία λειτουργίας έχει φτάσει 1200 βαθμούς. Η ενιαία κρυστάλλινη σύνθεση της ίδιας γενιάς φαίνεται παρακάτω.
Υλικό βάσης λεπίδων και τεχνολογία κατασκευής
Παραμορφωμένες λεπίδες κράματος υψηλής θερμοκρασίας
Η ανάπτυξη παραμορφώσιμων κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας έχει ιστορικό άνω των 50 ετών. Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα παραμορφώσιμα κράματα υψηλής θερμοκρασίας για τα εγχώρια πτερύγια του κινητήρα των αεροσκαφών παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Μετά την προσθήκη του δαπανηρού κοβαλτίου κράματος, η ολοκληρωμένη απόδοση του υλικού μπορεί να βελτιωθεί και η σταθερότητα της δομής υψηλής θερμοκρασίας μπορεί να βελτιωθεί.
Οι λεπίδες είναι βασικά τμήματα των κινητήρων αεροσκαφών και ο όγκος παραγωγής τους αντιπροσωπεύει περίπου το 30% του συνολικού όγκου κατασκευής του κινητήρα.
Τα πτερύγια των αεροσκαφών είναι λεπτές και εύκολα παραμορφωμένα μέρη. Πώς να ελέγξετε την παραμόρφωσή τους και να τα επεξεργαστείτε αποτελεσματικά και με υψηλή ποιότητα είναι ένα από τα σημαντικά ερευνητικά θέματα της βιομηχανίας παραγωγής λεπίδων.
Με την εμφάνιση εργαλείων CNC υψηλής απόδοσης, η διαδικασία κατασκευής των λεπίδων στροβίλων έχει επίσης υποστεί σημαντικές αλλαγές. Οι λεπίδες που έχουν υποστεί επεξεργασία χρησιμοποιώντας την τεχνολογία κατεργασίας CNC ακριβείας έχουν υψηλή ακρίβεια και βραχυπρόθεσμες κύκλους παραγωγής, γενικά 6 έως 12 μήνες στην Κίνα (ημι-φιλέτο μηχανική κατεργασία). και 3 έως 6 μήνες στο εξωτερικό (κατεργασία χωρίς υπολείμματα).
