터빈 블레이드 소개
터빈 엔진에서 최악의 작업 조건을 갖는 구성 요소도 가장 중요한 회전 구성 요소입니다. 항공기 엔진의 핫 엔드 구성 요소에서, 터빈 블레이드는 엔진 시동 및 셧다운 사이클 동안 고온 가스 침식 및 온도 변화에 노출되며 로터 블레이드는 고속으로 원심 분리 힘을받습니다. 이 재료는 충분한 고온 인장 강도, 지구력 강도, 크리프 강도뿐만 아니라 우수한 피로 강도, 산화 저항, 가스 차단 저항 및 적절한 가소성을 갖아야합니다. 또한 장기 조직 안정성, 우수한 충격 강도, 주파수 및 저밀도도 필요합니다.
고급 항공기 엔진의 가스 흡입 온도는 1380도에 도달하고 추력은 226kN에 도달합니다. 터빈 블레이드는 공기 역학 및 원심력을 겪고, 블레이드는 약 140mpa의 인장 응력을 갖는다; 블레이드 뿌리는 평균 응력이 280 ~ 560mpa이며 해당 블레이드 바디는 650 ~ 980 도의 온도를 지니고 있으며 블레이드 뿌리는 약 760도입니다.
터빈 블레이드 (특히 온도 베어링 용량)의 성능 수준은 엔진 모델의 고급 레벨의 중요한 지표가되었습니다. 어떤 의미에서, 미래의 엔진 블레이드의 주조 과정은 엔진의 성능을 직접 결정하며 국가 항공 산업이기도합니다. 상당한 레벨.
블레이드 모양 디자인
블레이드가 많기 때문에 정기적 인 형태로 설계되면 많은 처리 기술을 줄이고 설계 난이도를 낮출 수 있으며 많은 비용이 절감 될 수 있습니다. 그러나 대부분의 블레이드는 꼬임과 구부러집니다.
먼저 잎의 기본 개념을 소개하겠습니다.
첫째, 러너는 무엇입니까? 다음은 두 개의 일반적인 러너 다이어그램입니다.
압축기 흐름도
터빈 흐름 경로 다이어그램
둘째, 원주 속도의 계산 공식은 무엇입니까? 흐름 채널에서 원주 속도는 반지름에서 다릅니다 (아래 그림의 계산 공식에 따라 얻을 수 있습니다).
원주 속도 핀으로, 공기 흐름의 공격 각도는 무엇입니까? 공기 흐름의 공격 각도는 블레이드 속도 방향에 대한 공기 흐름과 블레이드 코드 사이의 각도입니다.
비행기 날개를 예를 들어, 공기 흐름의 공격 각도가 표시됩니다. 다음으로 블레이드를 비틀어야하는 이유는 무엇입니까? 흐름 채널의 다른 반경에서의 원주 속도는 다르기 때문에, 다른 반경 원시 레벨에서 공기 흐름의 공격 각도는 크게 다릅니다. 블레이드 끝에서 큰 반경과 큰 원주 속도로 인해 큰 양의 공격 각도가 발생하여 블레이드 뒷면에 심각한 공기 흐름이 분리됩니다. 블레이드의 뿌리에서 작은 반경과 작은 원주 속도로 인해 큰 부정적인 공격 각도가 발생하여 블레이드의 블레이드 유역에 심각한 공기 흐름이 분리됩니다.
따라서 여전히 작동 할 수있는 가장 가까운 중간 규모의 일부를 제외하고 직선 블레이드의 경우, 나머지 부분은 심각한 공기 흐름 분리를 생성합니다. 즉, 직선 블레이드로 작동하는 압축기 또는 터빈의 효율은 매우 열악하며 전혀 작동 할 수없는 지점에 도달 할 수도 있습니다. 이것이 블레이드를 비틀어야하는 이유입니다.
개발 역사
항공기 엔진의 전력이 계속 증가함에 따라 압축기 입구 온도를 증가시켜 달성되며, 이는 더 높은 온도 저항을 갖는 고급 블레이드를 사용해야합니다. 고온 조건 외에도 핫 엔드 블레이드의 작업 환경은 고압, 높은 하중, 높은 진동 및 고 부식의 극한 상태에 있으므로 블레이드는 매우 높은 포괄적 인 성능을 가져야합니다. 이를 위해서는 블레이드를 특수 합금 재료 (고온 합금) 및 특수 제조 공정 (정밀 주조 + 방향성 응고)으로 만들어야 할 수 있도록 특수 매트릭스 구조 (단일 결정 구조)를 최대한 최대한 많이 요구합니다.
복잡한 단일 결정 중공 터빈 블레이드는 현재 높은 추력 대량 비율 엔진의 핵심 기술이되었습니다. 고급 단일 결정 합금 재료의 연구 및 사용이며, 단일 양조 준비 기술이 오늘날 가장 진보 된 군사 및 상업용 항공 엔진에서 핵심 역할을 수행 할 수있게 해주는 이중 벽 초고 공간 단일 크라이스트 블레이드 제조 기술의 출현입니다. 현재, 단결정 블레이드는 모든 고급 항공 엔진에 설치되었을뿐만 아니라 무거운 가스 터빈에도 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
단결정 슈퍼 올로이는 등의 결정 및 방향성 원주 결정에 기초하여 개발 된 고급 엔진 블레이드 재료의 한 유형입니다. 1980 년대 초부터 PWA1480 및 Renen4와 같은 1 세대의 단결정 슈퍼 합금은 다양한 항공기 엔진에서 널리 사용되었습니다. 1980 년대 후반, PWA1484 및 RENEN5로 대표되는 2 세대의 단결정 슈퍼 합금 블레이드는 CFM56, F100, F110 및 PW4000과 같은 고급 항공기 엔진에서 널리 사용되었습니다. 현재 미국의 2 세대 단결정 슈퍼 합금은 성숙되어 군사 및 민간 항공기 엔진에서 널리 사용됩니다.
1 세대 단결정 합금과 비교하여, PW의 PWA1484, RR의 CMSX -4 및 GE의 Rene'N5는 3%로 늄의 함량을 증가시킴으로써 3%의 RR의 CMSX -4로 대표되는 2 세대 단결정 합금과 GE의 Rene'N5는 산산 및 분해 및 저항성에 대한 우수한 균형을 달성함으로써 작동 온도를 30도 증가시켰다.
세 번째 단일 결정 합금 Rene N6 및 CMSX -10에서, 합금 조성물은 한 단계에서 최적화되며, 큰 원자 반경을 가진 불용성 요소의 총 함량은 증가합니다. 특히 5WT% 이상의 Rhenium의 추가는 고온 크리프 강도, 1150 Alloy의 수명이 훨씬 더 크게 향상됩니다. 약 10 시간이며, 또한 열 피로, 산화 및 열 부식에 대한 강도가 높은 내성을 갖는다.
미국과 일본은 4 세대의 단결정 합금을 연속적으로 개발했습니다. 루테늄을 첨가함으로써, 합금 미세 구조의 안정성이 더욱 개선되었으며, 장기 고온 노출 하에서 크리프 강도가 증가 하였다. 1100 도의 지구력 수명은 두 번째 단결정 합금보다 10 배 높으며 작동 온도는 1200도에 도달했습니다. 같은 세대의 단결정 조성은 다음과 같습니다.
블레이드 기본 재료 및 제조 기술
변형 된 고온 합금 블레이드
변형 가능한 고온 합금의 개발은 50 년 이상의 역사를 가지고 있습니다. 국내 항공기 엔진 블레이드에 일반적으로 사용되는 변형 가능한 고온 합금은 표 1에 나와 있습니다. 고온 합금에서 알루미늄, 티타늄, 텅스텐 및 몰리브덴 함량이 증가함에 따라 재료 특성은 계속 개선되지만 뜨거운 작업 성능은 감소합니다. 고가의 합금 요소 코발트를 추가 한 후, 재료의 포괄적 인 성능을 향상시킬 수 있고 고온 구조의 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
블레이드는 항공기 엔진의 핵심 부분이며, 제조량은 전체 엔진 제조량의 약 30%를 차지합니다.
항공기 엔진 블레이드는 얇은 벽과 쉽게 변형되는 부품입니다. 변형을 제어하고 효율적으로 고품질을 처리하는 방법은 블레이드 제조 산업에서 중요한 연구 주제 중 하나입니다.
고성능 CNC 공작 기계의 출현으로 터빈 블레이드의 제조 공정도 큰 변화를 겪었습니다. 정밀 CNC 가공 기술을 사용하여 가공 된 블레이드는 정밀도 및 짧은 제조주기를 가지며, 일반적으로 중국에서 6 ~ 12 개월 (반제품 가공); 해외 3 개월에서 6 개월 (중재 가공).
