Mga pangunahing kaalaman tungkol sa mga binti ng eroplano engine (1)

1.Pagkilala sa mga bintana ng turbin

Ang komponente na may pinakamalubhang kondisyon sa pagtrabaho sa turbine engine ay pati rin ang pinakamahalagang nakikililing komponente. Sa mga komponente ng mainit na bahagi ng eroplano engines, ang mga turbine blade ay pinaliliban ng erosyon ng mainit na gas at temperatura pagbabago habang gumaganap at natatapos ang siklo ng pagsisimula at pag-iwan ng engine, at ang mga rotor blade ay pinaliliban ng sentrifugal na lakas sa mataas na bilis. Kinakailangan ang materyales na magkaroon ng sapat na tensile lakas sa mainit na temperatura, katatagan sa oras, creep strength, pati na rin mabuting katatagan sa pagkapagod, resistensya sa oksidasyon, resistensya sa korohe ng gas atkoproporsyonal na plastisidad. Sa dagdag pa rito, kinakailangan din ang malaking organisasyong katatagan sa matagal na panahon, mabuting impact strength, castability at mababang densidad.

Umabot ang temperatura ng gas inlet ng mga advanced aircraft engines sa 1380℃ at umabot ang thrust sa 226KN. Nasa panganib ang mga turbine blades mula sa aerodynamic at centrifugal forces, na may tensile stress na halos 140MPa ang nakukuha ng mga blades; ang blade root ay nakakakuha ng average stress na 280~560MPa, at ang katabi nito ay nakakataas ng temperatura mula 650~980℃, habang ang temperatura ng blade root ay halos 760℃.

Ang antas ng pagganap ng turbine blades (lalo na ang kakayahan sa paghahamon ng init) ay nagiging mahalagang indikador ng antas ng isang model ng engine. Sa isang paraan, ang casting process ng mga future engine blades ay direktang tumutukoy sa pagganap ng engine at din ang pangunahing tatak ng antas ng isang bansang aviation industry.

2.Disenyo ng Anyo ng Blade

Dahil maraming blades, kung itinatayo sila bilang tulad ng regular na anyo, maaaring bawasan ang maraming proseso ng pamamahala, mababa ang suliraning disenyo, at mabawasan ang maraming gastos. Gayunpaman, karamihan sa mga blades ay nililiko at kurba.

Ipapakita muna sa inyo ang ilang pangunahing konsepto ng mga dahon.

Unang-una, ano ang runner? Sa ibaba ay dalawang tipikal na diagram ng runner.

Diagram ng pamumuhunan ng kompresor

Diagram ng landas ng pamumuhunan ng turbin
Pangalawa, ano ang pormula ng pagkalkula para sa bilis ng paligid? Sa kanal ng pamumuhunan, ang bilis ng paligid ayiba't iba sa magkaibang radius (maaring makuhin ito ayon sa pormula ng pagkalkula sa ibaba)

Bilis ng paligidSa wakas, ano ang anggulo ng pag-aatake ng hangin? Ang anggulo ng pag-aatake ng hangin ay ang anggulo sa pagitan ng hangin at ang kord ng plato relatibo sa direksyon ng bilis ng plato.

Gumagamit ng paligang eroplano bilang halimbawa, ipinapakita ang anggulo ng pag-uumpisa ng hangin. Susunod, ipinapaliwanag kung bakit kinakailangang mabilis ang tabing? Dahil sa iba't ibang bilis sa paligid sa iba't ibang radius sa kanal ng pamumuhunan, mabigat na nagbabago ang anggulo ng pag-uumpisa ng hangin sa iba't ibang antas ng primitibo ng radius; sa dulo ng tabing, dahil sa malaking radius at malaking bilis sa paligid, sinusulat ang malaking positibong anggulo ng pag-uumpisa, na nagiging sanhi ng malubhang paghiwa ng hangin sa likod ng tabing; sa ugat ng tabing, dahil sa maliit na radius at maliit na bilis sa paligid, sinusulat ang malaking negatibong anggulo ng pag-uumpisa, na nagiging sanhi ng malubhang paghiwa ng hangin sa baso ng tabing.

Kaya, para sa mga tulad na bintana, maliban sa bahagi ng pinakamalapit na gitna ng diyametro na maaaring pa rin gumawa, ang iba pang mga bahagi ay gagamot ng malubhang paghiwa ng hangin, na isang, ang kamangha-manghang ng isang compressor o turbine na gumagana kasama ang tulad na bintana ay lubos na mahina, at maaaring makarating patungo dito kung hindi ito maaaring operahan. Dahil dito kinakailangan ang pagtwist ng mga bintana.

3.Kasaysayan ng Pag-unlad

Bilang ang lakas ng mga motorya ng eroplano ay patuloy na tumataas, ito ay naiwang sa pamamagitan ng pagtaas ng temperatura ng inlets ng kompresor, na kailangan ang paggamit ng mga advanced na blade na may taas na temperatura resistance. Sa dagdag na ito sa mataas na temperatura conditions, ang working environment ng mga hot end blades ay dinadaanan din ng isang ekstremong estado ng mataas na presyon, mataas na load, mataas na vibrasyon, at mataas na korosyon, kaya't kinakailangan sa mga blades na magkaroon ng napaka-mataas na pangkalahatang performance. Ito'y nagrerequire na gumawa ng mga blades mula sa espesyal na alloy materials (mataas na temperatura alloys) at espesyal na manufacturing processes (precision casting plus directional solidification) upang gawin ang espesyal na matrix structures (single crystal structures) upang tugunan ang mga pangangailangan hanggang sa pinakamalaking posibilidad.

Ang makamplikadong mga blade ng turbinang may iisang krisal na bokabularyo ay naging sentrong teknolohiya ng mga kasalukuyang engine na may mataas na ratio ng thrust-sa-timpla. Sa pamamagitan ng pagsisiyasat at paggamit ng advanced na mga anyong mula sa isang krisal at ang paglabas ng teknolohiyang paggawa ng double-walled ultra-air-cooled na blades ng isang krisal, nagawa ang paghahanda ng isang krisal na magiging mahalaga sa mga pinakamodernong mga engine para sa militar at komersyal na awisyon. Sa kasalukuyan, ang mga blade ng isang krisal ay hindi lamang nakainstala sa lahat ng advanced na mga engine ng awisyon, kundi pati na din mas madalas na ginagamit sa mga heavy-duty na turbinang gas.

Ang single crystal superalloys ay isang uri ng matatas na material para sa propela na inilimbag base sa equiaxed crystals at directional columnar crystals. Simula noong unang bahagi ng 1980s, ang unang henerasyon ng mga single crystal superalloy tulad ng PWA1480 at ReneN4 ay madalas na ginagamit sa iba't ibang mga propulsor ng eroplano. Sa huling bahagi ng dekada 1980s, ang ikalawang henerasyon ng mga blade ng single crystal superalloy na kinakatawan ng PWA1484 at ReneN5 ay din dinadala rin sa mga modernong propulsor ng eroplano tulad ng CFM56, F100, F110, at PW4000. Sa kasalukuyan, ang ikalawang henerasyon ng mga single crystal superalloys sa Estados Unidos ay lumago na at madalas na ginagamit sa militar at sibil na mga propulsor ng eroplano.

Kumpara sa unang anyo ng mga alloy na may isang krisal, ang pangalawang anyong mga alloy na isinilang na kinakatawan ng PWA1484 ng PW, CMSX-4 ng RR, at Rene'N5 ng GE ay dumagdag ng 30°C sa kanilang temperatura ng pagtrabaho sa pamamagitan ng pagsali ng 3% rhenium at angkop na pagtaas ng halaga ng molybdenum, nabalanse ang malaking relasyon sa pagitan ng lakas at resistensya sa oksidasyon at korosyon.

Sa pangatlong anyong alloy na si Rene N6 at CMSX-10, pinagandahang patuloy ang komposisyon ng alloy, dinagdagan ang kabuuan ng mga elemento na hindi maunlay na may malaking atomic radius, lalo na ang pagsali ng higit sa 5wt% rhenium, na nagiging sanhi ng malaking pag-unlad sa lakas ng creep sa mataas na temperatura, ang buhay ng katataposan ng alloy sa temperatura ng 1150°C ay higit sa 150 oras, marami pang mas mahaba kaysa sa buhay ng unang anyong alloy na may isang krisal na humigit-kumulang sa 10 oras, at may taas na resistensya sa thermomekanikal na kapagpapatanto, oksidasyon at thermomekanikal na korosyon.

Ang United States at Japan ay nagdevelop nang kati-katiyan ng ika-apat na salin ng mga alloy na pribimita. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng ruthenium, pinabuti pa ang katatagan ng mikroestraktura ng alloy, at tinanggihan ang lakas ng creep sa ilalim ng malaking init sa isang habang panahon. Ang kanyang buhay sa katatagan sa 1100 ℃ ay sampu ng mas mataas kaysa sa ikalawang alloy na pribimita, at umabot na ang temperatura ng operasyon sa 1200 ℃. Nakita sa ibaba ang komposisyon ng pribimita ng parehong salin.

4.Materyal ng base ng bahi at teknolohiya ng paggawa

Mga blade na deformado na alloy na mainit

Ang pag-unlad ng mga deformable na alloy sa mataas na temperatura ay may kasaysayan ng higit sa 50 taon. Ang madalas gamiting mga deformable na alloy sa mataas na temperatura para sa mga bintana ng domestic na eroplano engine ay ipinapakita sa Talahanayan 1. Habang tumataas ang aluminium, tiyekno, tungsten at molybdenum nilalaman sa mga alloy sa mataas na temperatura, patuloy ang pag-unlad ng mga katangian ng material, ngunit bumababa ang hot working performance; matapos idagdag ang mahal na alloying element na kobalto, maaaring mapabuti ang komprehensibong katayuan ng material at mapabuti ang kabilisngan ng estraktura sa mataas na temperatura.

Ang mga bintana ay mga pangunahing bahagi ng mga motoryo ng eroplano, at ang kanilang proporsyon ng produksyon ay sumasakop sa halos 30% ng kabuuang produksyon ng motoryo.
Ang mga bintana ng motoryo ng eroplano ay mga bahaging magiging delikado at madaling malito. Kung paano kontrolin ang kanilang paglilito at proseso sila nang makabuluhan at may kalidad ay isa sa mga mahalagang paksa ng pag-aaral sa industriya ng paggawa ng mga bintana.

Sa pagsibol ng mataas na katayuang makina para sa CNC, ang proseso ng paggawa ng mga turbin blade ay nakaranas din ng malalaking pagbabago. Ang mga blade na pinroseso gamit ang teknolohiyang precyzyon ng CNC ay may mataas na presisyon at maikling mga siklo ng paggawa, karaniwan 6 hanggang 12 buwan sa Tsina (semi-finishing machining); at 3 hanggang 6 buwan sa ibang bansa (no-residue machining).