دانش اساسی در مورد تیغه های موتور هواپیما

آشنایی با تیغه های توربین

مؤلفه با بدترین شرایط کار در موتور توربین نیز مهمترین مؤلفه چرخشی است. در اجزای پایان گرم موتورهای هواپیما ، تیغه های توربین در طی چرخه راه اندازی و خاموش شدن موتور در معرض فرسایش گاز با درجه حرارت بالا قرار می گیرند و تیغه های روتور با سرعت بالا در معرض نیروی گریز از مرکز قرار می گیرند. این ماده لازم است که از استحکام کششی با درجه حرارت بالا ، استحکام استقامت ، استحکام خزش و همچنین استحکام خستگی خوب ، مقاومت به اکسیداسیون ، مقاومت در برابر خوردگی گاز و انعطاف پذیری مناسب برخوردار باشد. علاوه بر این ، ثبات سازمانی طولانی مدت ، قدرت ضربه خوب ، قابلیت بازیگری و چگالی کم نیز مورد نیاز است.

دمای ورودی گاز موتورهای پیشرفته هواپیماهای پیشرفته به 1380 درجه می رسد و رانش به 226kn می رسد. تیغه های توربین در معرض نیروهای آیرودینامیکی و گریز از مرکز قرار می گیرند که تیغه ها دارای استرس کششی در حدود 140mpa هستند. ریشه تیغه دارای استرس متوسط ​​560 mpa 280 است ، و بدن تیغه مربوطه دارای دمای 980 ~ 650 درجه است و ریشه تیغه در حدود 760 درجه است.

سطح عملکرد تیغه های توربین (به ویژه ظرفیت تحمل دما) به یک شاخص مهم سطح پیشرفته یک مدل موتور تبدیل شده است. به یک معنا ، فرآیند ریخته گری تیغه های موتور آینده به طور مستقیم عملکرد موتور را تعیین می کند و همچنین یک صنعت هواپیمایی ملی است. یک علامت قابل توجه از سطح.

طراحی شکل تیغه

از آنجا که تیغه های زیادی وجود دارد ، اگر آنها به شکل های منظم و منظم طراحی شوند ، می توان فناوری پردازش زیادی را کاهش داد ، می توان مشکل طراحی را کاهش داد و هزینه های زیادی نیز می تواند کاهش یابد. با این حال ، بیشتر تیغه ها پیچ خورده و منحنی هستند.

بگذارید ابتدا مفاهیم اساسی برگها را به شما معرفی کنم.

اول ، دونده چیست؟ در زیر دو نمودار دونده معمولی وجود دارد.

نمودار جریان کمپرسور

نمودار مسیر جریان توربین

ثانیا ، فرمول محاسبه برای سرعت محیطی چیست؟ در کانال جریان ، سرعت محیطی در شعاع مختلف متفاوت است (این می تواند با توجه به فرمول محاسبه در شکل زیر بدست آید)

از نظر سریع ، زاویه حمله جریان هوا چیست؟ زاویه حمله جریان هوا زاویه ای بین جریان هوا و وتر تیغه نسبت به جهت سرعت تیغه است.

با در نظر گرفتن بال هواپیما به عنوان نمونه ، زاویه حمله جریان هوا نشان داده شده است. بعد ، چرا تیغه باید پیچ ​​خورده توضیح داده شود؟ از آنجا که سرعت محیطی در شعاع مختلف در کانال جریان متفاوت است ، زاویه حمله جریان هوا در سطح بدوی شعاع مختلف بسیار متفاوت است. در نوک تیغه ، به دلیل شعاع بزرگ و سرعت بزرگ محیطی ، زاویه مثبت بزرگی از حمله ایجاد می شود و در نتیجه جدایی جدی جریان هوا در پشت تیغه ایجاد می شود. در ریشه تیغه ، به دلیل شعاع کوچک و سرعت کوچک دور ، زاویه منفی بزرگی از حمله ایجاد می شود و در نتیجه جدایی جدی جریان هوا در حوضه تیغه تیغه ایجاد می شود.

بنابراین ، برای تیغه های مستقیم ، به جز بخشی از نزدیکترین قطر میانی که هنوز هم می تواند کار کند ، بقیه قطعات باعث جداسازی جدی جریان هوا می شوند ، یعنی راندمان یک کمپرسور یا توربین که با تیغه های مستقیم کار می کند بسیار ضعیف است و حتی ممکن است به جایی برسد که اصلاً نتواند کار کند. به همین دلیل تیغه ها باید پیچ ​​خورده باشند.

تاریخ توسعه

از آنجا که قدرت موتورهای هواپیما همچنان در حال افزایش است ، با افزایش دمای ورودی کمپرسور ، که نیاز به استفاده از تیغه های پیشرفته با مقاومت درجه حرارت بالاتر و بالاتر دارد ، حاصل می شود. علاوه بر شرایط درجه حرارت بالا ، محیط کار تیغه های پایان گرم نیز در وضعیت شدید فشار ، بار زیاد ، لرزش زیاد و خوردگی بالا قرار دارد ، بنابراین تیغه ها لازم است عملکرد جامع بسیار بالایی داشته باشند. این امر مستلزم ایجاد تیغه ها از مواد آلیاژی ویژه (آلیاژهای درجه حرارت بالا) و فرآیندهای تولید ویژه (ریخته گری دقیق به علاوه جامد سازی جهت دار) برای ساخت ساختارهای ماتریس ویژه (ساختارهای کریستالی تک) برای پاسخگویی به نیازها تا حد ممکن است.

تیغه های توربین توخالی تک کریستالی پیچیده تبدیل به فناوری اصلی موتورهای نسبت فشار به وزن بالا در جریان شده اند. این تحقیق و استفاده از مواد پیشرفته آلیاژ تک کریستالی و ظهور فناوری تولید تیغه تک کریستالی دو دیواره دو دیواره ای است که باعث می شود فناوری آماده سازی تک کریستالی نقش مهمی در پیشرفته ترین موتورهای هوایی نظامی و تجاری امروز داشته باشد. در حال حاضر ، تیغه های تک کریستالی نه تنها در تمام موتورهای حمل و نقل هوایی پیشرفته نصب شده اند ، بلکه به طور فزاینده ای نیز در توربین های گازی سنگین مورد استفاده قرار می گیرند.

Superalloys های کریستالی تک نوعی از مواد تیغه موتور پیشرفته است که بر اساس کریستال های برابر و کریستال های ستونی جهت دار ساخته شده است. از اوایل دهه 1980 ، اولین نسل از سوپر آلوهای کریستالی مانند PWA1480 و Renen4 به طور گسترده در انواع موتورهای هواپیما مورد استفاده قرار گرفته است. در اواخر دهه 1980 ، نسل دوم تیغه های Superalloy Crystal Single توسط PWA1484 و Renen5 نیز به طور گسترده در موتورهای هواپیمای پیشرفته مانند CFM56 ، F100 ، F110 و PW4000 مورد استفاده قرار گرفتند. در حال حاضر ، نسل دوم Superalloys های کریستالی تک در ایالات متحده بالغ شده اند و به طور گسترده در موتورهای هواپیمایی نظامی و غیرنظامی مورد استفاده قرار می گیرند.

در مقایسه با آلیاژهای کریستال تک نسل اول ، آلیاژهای کریستالی تک نسل دوم که توسط PWA1484 PW نشان داده شده اند ، CMSX RR {3} ، و GE's Rene'n5 با اضافه کردن 3 ٪ رانیوم و به طور مناسب با افزایش ارزش TANTRANCTANT TONATINATION ، TANINCENT CHANCENT CHANCENT ANCRATINATION ANCRATINATION ANCRATINATE ANCRATINATION ،

در سومین آلیاژ کریستال تک آهنگ RENE N6 و CMSX {1}} ، ترکیب آلیاژ در یک مرحله بهینه شده است ، کل محتوای عناصر نامحلول با شعاع اتمی بزرگ افزایش می یابد ، به خصوص افزودن بیش از 5WT ٪ Rhenium ، که به طور قابل توجهی باعث بهبود قدرت خزش بالا می شود ، 1150 بیش از حد عمر عمر آن است که عمر استقامت بیشتر از 150 ساعت است ، بیشتر از 150 ساعت بیشتر از 150 ساعت است ، بیشتر از 150 ساعت است. حدود 10 ساعت ، و همچنین مقاومت بالایی در برابر خستگی حرارتی ، اکسیداسیون و خوردگی حرارتی دارد.

ایالات متحده و ژاپن به طور پی در پی نسل چهارم آلیاژهای کریستالی تک را توسعه داده اند. با افزودن روتنیوم ، پایداری ریزساختار آلیاژ بیشتر بهبود یافته است و استحکام خزش در معرض قرار گرفتن در معرض دمای طولانی مدت افزایش یافته است. عمر استقامت آن در 1100 درجه 10 برابر بیشتر از دومین آلیاژ کریستال واحد است و دمای کار به 1200 درجه رسیده است. ترکیب کریستالی تک نسل مشابه در زیر نشان داده شده است.

مواد پایه تیغه و فناوری تولید

تیغه های آلیاژ درجه حرارت بالا تغییر شکل داده شده

توسعه آلیاژهای با درجه حرارت بالا تغییر شکل بیش از 50 سال دارد. آلیاژهای با دمای بالا قابل تغییر شکل برای تیغه های موتور هواپیمای داخلی در جدول 1 نشان داده شده است. با افزایش آلومینیوم ، تیتانیوم ، تنگستن و مولیبدن در آلیاژهای با درجه حرارت بالا ، خصوصیات مواد همچنان بهبود می یابد ، اما عملکرد گرم کار کاهش می یابد. پس از افزودن عنصر آلیاژ گران قیمت کبالت ، می توان عملکرد جامع مواد را بهبود بخشید و پایداری ساختار درجه حرارت بالا بهبود می یابد.

تیغه ها بخش های اصلی موتورهای هواپیما هستند و حجم تولید آنها حدود 30 ٪ از کل حجم تولید موتور را تشکیل می دهد.

تیغه های موتور هواپیما قطعات نازک و به راحتی تغییر شکل هستند. نحوه کنترل تغییر شکل آنها و پردازش کارآمد آنها و با کیفیت بالا یکی از موضوعات مهم تحقیق در صنعت تولید تیغه است.

با ظهور ابزارهای ماشین CNC با کارایی بالا ، فرآیند تولید تیغه های توربین نیز دستخوش تغییرات اساسی شده است. تیغه های پردازش شده با استفاده از فناوری ماشینکاری دقیق CNC دارای چرخه های با دقت بالا و ساخت کوتاه ، به طور کلی 6 تا 12 ماه در چین (ماشینکاری نیمه کار) هستند. و 3 تا 6 ماه در خارج از کشور (ماشینکاری بدون باقیمانده).