Uvod u turbinske oštrice
Komponenta s najgorim radnim uslovima u turbinom motoru je takođe najvažnija rotirajuća komponenta. U vrućim krajnjim komponepovima aviona, turbinske oštrice podložne su visokotemperaturnim promjenama erozije i temperaturnim temperaturama tijekom pokretanja motora i ciklusa isključivanja, a noževi rotora su izloženi centrifugalnoj sili pri velikim brzinama. Materijal je dužan imati dovoljno visokotemperaturne čvrstoće, čvrstoće izdržljivosti, čvrstoću puzanja, kao i dobru snagu umor, otpornost na oksidaciju, otpornost na plin i odgovarajuću plastičnost. Pored toga, potrebni su i dugoročna organizaciona stabilnost, dobra snaga, tavanost i male gustoće.
Temperatura ulaza na plin naprednih aviona doseže 1380 stepeni, a potisak doseže 226kn. Turbinske oštrice podložne su aerodinamičkim i centrifugalnim silama, a noževi noseći zatezni stres od oko 140MPA; Korijen oštrice nosi prosječni stres od 280 ~ 560MPA, a odgovarajuće tijelo noža snosi temperaturu od 650 ~ 980 stepeni, a korijen sečiva je oko 760 stepeni.
Razina performansi turbinskih lopatica (posebno nosivost temperature) postala je važan pokazatelj naprednog nivoa modela motora. U određenom smislu, postupak lijevanja budućih noževa motora direktno određuje performanse motora i predstavlja i nacionalnu zrakoplovnu industriju. Značajan znak nivoa.
Dizajn oblika oštrice
Budući da postoje mnoge noževe, ako su dizajnirani u ravne redovne oblike, može se smanjiti puno prerađivačke tehnologije, može se smanjiti poteškoća u dizajnu, a puno troškova se može smanjiti. Međutim, većina noževa je uvijena i zakrivljena.
Dopustite mi da vam prvo predstavim neke osnovne koncepte lišća.
Prvo, šta je trkač? Ispod su dva tipična dijagrama trkača.
Dijagram protoka kompresora
Dijagram puta turbine protoka
Drugo, koja je formula izračuna za obodnu brzinu? U kanalu protoka, obodna brzina razlikuje se u različitim radijusom (to se može dobiti u skladu s formulom izračuna na donjoj slici)
Okružni speegnično, koji je ugao napada protoka zraka? Kut napada zraka je ugao između protoka zraka i noža u odnosu na smjer brzine noža.
Uzimanje krila aviona kao primjer prikazan je ugao napada zraka. Dalje, zašto se oštrica mora uviti? Budući da su obodne brzine na različitim radijusima u kanalu protoka različite, ugao napada zraka na različitom polumjeru primitivni nivoi varira; Na vrhu sečiva, zbog velikog radijusa i velike obodne brzine uzrokuje se veliki pozitivni ugao napada, što rezultira ozbiljnim razdvajanjem zraka na stražnjem dijelu sečiva; U korijenu sečiva, zbog malog radijusa i male obodne brzine uzrokuje se veliki negativni ugao napada, što rezultira ozbiljnim odvajanjem zraka na slivu sečiva oštrica.
Stoga, za ravne noževe, osim dijela najbližeg srednjeg promjera koji će i dalje raditi, ostatak dijelova će proizvesti ozbiljnu razdvajanje zraka, odnosno, učinkovitost kompresora ili turbine koja rade s ravnim lopaticama je izuzetno loša, a mogu čak doći do tačke u kojoj uopće ne može doći do mjesta u kojoj uopće ne može doći do mjesta na kojoj uopće ne može doći do mjesta na kojoj uopće ne može doći do mjesta na kojoj uopće ne može da radi. Zbog toga se noževi moraju uviti.
Istorija razvoja
Kako se moć motora aviona i dalje povećava, postiže se povećanjem temperature ulaska u kompresoru, za koja zahtijeva upotrebu naprednih lopatica s višim i višom otpornošću na temperaturu. Pored visokih temperaturnih uloga, radno okruženje vrućih krajnih noževa također je u ekstremnom stanju visokog pritiska, visokog opterećenja, visoke vibracije i visoke korozije, tako da su se lopatice potrebne za izuzetno visoke sveobuhvatne performanse. Ovo zahtijeva da se lopatice moraju izrađivati od posebnih leguralnih materijala (visokih temperatura) i posebnih proizvodnih procesa (precizno lijevanje plus usmjereno učvršćivanje) za izradu posebnih matričnih konstrukcija (pojedinačne kristalne konstrukcije) kako bi se zadovoljile potrebe u najvećoj mogućoj mjeri.
Složene jednokristalne šuplje turbine su postale osnovna tehnologija trenutnih motora za visoki potisak za težinu. To je istraživanje i upotreba naprednih materijala za jednokristalno legure i pojavu dvostrukog zida ultra-zrak tehnologiju za proizvodnju oštrice koji je omogućila tehnologiju pripreme s jednim kristalom da bi igrala ključnu ulogu u današnjim najnaprednijim vojnim i komercijalnim zrakoplovnim motorima. Trenutno su jednokristalne noževe ne samo instalirane samo na svim naprednim zrakoplovnim motorima, već se sve više koriste u teškim plinskim turbinama.
Jedan kristalni superomalci su vrsta naprednih materijala za oštrice motora razvijena na temelju ekviračenih kristala i kristala za usmjeravanje kolumna. Od početka 1980-ih, prva generacija pojedinačnih kristalnih superalonija poput PWA1480 i Renen4 široko se koristila u raznim motorima aviona. Krajem 1980-ih, druga generacija pojedinačnih kristalnih superalnih noževa zastupljenih od strane PWA1484 i Renen5 također su široko korištena u naprednim motorima aviona poput CFM56, F100, F110 i PW4000. Trenutno je druga generacija pojedinačnih kristalnih superomatora u Sjedinjenim Državama sazrela i široko se koriste u vojnim i civilnim motorima aviona.
U usporedbi s jednim kristalnim legurama prve generacije, jednoredni pojedini kristalni leguri zastupljeni PW-a PWA1484, RR-a CMSX -4, a GE-ov Rene'n5 povećali su svoju radnu temperaturu do 30 stepeni dodavanjem dobre ravnoteže molibdena, postižući dobru ravnotežu između snage i otpornosti na oksidaciju i koroziju.
U trećem pojedinom kristalnoj leguru Rene N6 i CMSX -10 je optimiziran u jednom koraku, posebno je dodatak više od 5Wt% renija, 1150. godine, što je izdržljiv život legura veći od 15 sati, što je mnogo duže od pojedinog kristalne legure u prvom redu od oko 10 Sati, a takođe ima i otpornost na visoku čvrstoću na termički umor, oksidaciju i toplotnu koroziju.
Sjedinjene Države i Japan su uzastopno razvili četvrtu generaciju pojedinačnih kristalnih legura. Dodavanjem rutenijuma, stabilnost aluminijske mikrostrukture dodatno je poboljšana, a jačina puzanja u dugoročnom izlaganju visokoj temperaturi je povećana. Njegov život izdržljivosti u 1100 stupnjeva je 10 puta veći od one druge pojedinačne kristalne legure, a radna temperatura je dostigla 1200 stepeni. Jedan kristalni sastav iste generacije prikazan je u nastavku.
Osnovni materijal i tehnologija proizvodnje
Deformirane oštrice od legure visokih temperatura
Razvoj deformabilnih legura visoke temperature ima istoriju više od 50 godina. Najčešće korištene legure sa visokim temperaturama za domaće zrakoplovne noževe zrakoplova prikazane su u tablici 1. Sa povećanjem sadržaja aluminija, titanijuma, volframa i molibdena u visokim temperaturnim legurima, materijalna svojstva se i dalje poboljšavaju, ali vruće radne performanse smanjuju; Nakon dodavanja skupog legiranog elementa kobalta, sveobuhvatni učinak materijala može se poboljšati i može se poboljšati stabilnost visokotemperaturne strukture.
Oštrice su ključni dijelovi zrakoplovnih motora, a njihov proizvodni volumen čini oko 30% ukupnog volumena proizvodnje motora.
Noževi motora zrakoplova su tanki zidovi i lako deformirani dijelovi. Kako kontrolirati njihovu deformaciju i efikasno ih obraditi, a s visokom kvalitetom jedna je od važnih istraživačkih tema u industriji prerade noža.
Uz pojavu visoko performansi CNC alata, proces proizvodnje turbinskih noževa također je pretrpio velike promjene. Sečive obrađene pomoću precizne tehnologije obrade CNC-a imaju visoku preciznost i kratke cikluse proizvodnje, uglavnom 6 do 12 mjeseci u Kini (obrada polufinaliranja); i 3 do 6 mjeseci u inostranstvu (obrada bez ostataka).
