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俄罗斯的航空技术——发动机叶片

 昵称散步收藏 2022-07-14 发布于上海

在俄罗斯不断受到制裁的背景下,说一说俄罗斯飞机发动机关键部件。

联合发动机公司 Rostec宣布其企业掌握了制造飞机发动机叶片的独特技术。

世界上只有六个国家拥有完整的叶片设计和制造技术

俄罗斯的航空技术——发动机叶片

现代涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机没有叶片就是扯淡。我们在飞机的正面看到了它们的“栅栏”——但这只是第一排叶片。发动机这部分肉眼可见的部分称为压气机,它在飞机发动机运行过程中对进入的气流进行压缩。

俄罗斯的航空技术——发动机叶片

压缩机叶片引导迎面而来的气流,使其尽可能平稳地压缩。这是必要的,以便在压缩机入口通道中没有不必要的和破坏性的压力波动,并且发动机本身提供最小的阻力。正是出于这些目的,叶片形状弯曲,最大限度地重复迎面而来的气流方向,迫使迎面而来的气流沿着复杂的收缩螺旋线在飞机发动机内部通过。

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为了确保这种螺旋,因此压缩机中的空气路径尽可能长,并且压力逐渐增加,压缩机被制成多级,将叶片排列成十几个连续。如果切割涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机,在其内部我们基本上会看到两个主要模块 - 压缩机和涡轮机,有一个燃烧室。

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在燃烧室中,压缩和加热的空气与航空煤油混合 - 燃料燃烧。空气急剧升温,然后进入第二个叶片单元 - 涡轮机。在涡轮机处,喷射流的部分能量被带走。这种能量使压缩机旋转,从而压缩新的空气。

加热空气大部分能量从发动机中逸出,产生推动飞机前进的喷气推力。飞机发动机的涡轮也是多级的,其中的叶片同样具有复杂的曲线形状,以确保喷射流最平滑的膨胀。

在运行过程中,压缩机和涡轮机的叶片会受到多向机械效应:离心力、迎面而来的气流的阻力。此外,涡轮叶片在高温下运行 - 涡轮第一级的射流温度超过 1000 ºС。因此,为了制造叶片,需要一种可靠、重量轻且耐热的材料。

俄罗斯的航空技术——发动机叶片

因此,燃气涡轮发动机的叶片是飞机发动机零件设计和制造中最复杂和科学密集的部件之一。

重量轻、强度高、耐高温

至于飞机机身的铝材对叶片几乎没有用处,耐热钢太重。叶片的理想材料是钛——一种轻质、耐用和耐热的金属。甚至复合材料也可以由钛制成:为此,产生钛的两个版本,其中一个版本负责叶片外表面层的强度和硬度,以及内部部分,另一版本,提供整体灵活性。

俄罗斯的航空技术——发动机叶片

但是,钛加工有其自身的特点。由于叶片具有复杂的曲线形状,因此通过机械加工制造它非常困难。毕竟,如果它是由实体工件加工而成,那么材料和工具的消耗将无法接受。使用焊接并不是那么容易 - 钛在焊接操作中是一种反复无常的材料,并且像叶片这样的关键部件中的任何焊缝都会成为薄弱环节。

因此,当叶片轮廓通过原始工件的塑性变形获得时,冲压已成为世界上制造压缩机和飞机发动机涡轮叶片的最经济和高质量的技术。在这个实施例中,机加工是最小的并且仅用于为成品提供精确的轮廓,主要是由于冲压而产生的。也没有焊缝 - 叶片是从单个工件获得的整体。

钛制品的冲压是一项难度极大的工艺操作。许多钛合金具有非常窄的“温度窗口”以进行高效冲压。将零件加热到标准以上 - 钛复合材料的性能将丢失,将其提交给压力机太冷 - 冲压会引入机械损伤并破坏金属结构。此外,所选的坯料受控弯曲成成品叶片的技术使得冲压尽可能“柔和”成为可能,从而在成品叶片中保留了两相钛复合材料的所有优点。

俄罗斯的航空技术——发动机叶片

因此,俄罗斯钛叶片高精度锻造技术的发展,不仅仅是一个小小的技术“改进”,更是一个科学、设计和生产研究的整体层面,创造了创新的技术工艺。对于任何飞机发动机的最关键和最重要的部分。

所描述的技术现在将被 Rostec United Engine Corporation 用于开发和生产用于 Sukhoi Superjet SSJ-NEW 飞机的 PD-8 民用飞机发动机系列,用于 MS-21 中程飞机的 PD-14 发动机客机,以及用于宽体长途飞机的 PD-35。

因此,俄罗斯飞机将能够获得完整且多样化的国产飞机发动机系列,其技术水平将与世界上最好的机型相当,甚至更高。毕竟,使用钛基复合合金是飞机发动机设计的绝对进步。它提供了更轻的产品重量、更长的叶片寿命,从而延长了大修周期并降低了维护成本。

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