Авіаційний двигун – «серце» літака. Двигуни цивільних пасажирських літаків зосереджені на безпеці та надійності, тоді як військові двигуни також прагнуть до більшої тяги на цій основі, а також максимальної тяги, коли ввімкнено форсаж. Можна помітити, що найсильнішим гравцем у галузі авіаційних двигунів повинні бути військові авіаційні двигуни, а військові двигуни вважаються вершиною людської технології. Країни, які спроможні проводити дослідження та розробки, виготовляти та виробляти аерокосмічні двигуни, як правило, не так легко експортують власні технології. Вони експортують лише готові двигуни, а деякі навіть потрібно відправити назад у країну походження для обслуговування. Наскільки складно побудувати авіаційний двигун? Складність його виготовлення полягає в його складній структурі та вимогах до високої точності, які включають багато аспектів, таких як вибір матеріалу, дизайн, виробництво, система контролю та суворе тестування. Давайте подивимося на це разом.
Складно копіювати та розбирати
Складність виробництва авіаційних двигунів в першу чергу відображається на складності копіювання та демонтажу. Зовнішній вигляд автомобіля чи літака можна скопіювати за допомогою зворотного відображення. Зайве говорити, що автомобілі також легко копіювати. Існують також копії зовнішнього вигляду літаків, як-от бомбардувальники Ту-160 і B-1B, але копіювання двигунів просто неможливо без втручання креслень. Наприклад, двигун серії CFM-56, основний двигун, який зараз використовується на пасажирському літаку Boeing 737, випустив понад 20000 одиниць з моменту його першої експлуатації в 1974 році до сьогодні. Він використовується майже у всіх однофюзеляжних пасажирських літаках, в основному виробництва Boeing і Airbus.
картина
Під час демонтажу CFM-56 ви побачите, що лопаті двигуна вкриті багатьма маленькими повітряними отворами розміром із ніготь. Без позиціонування малюнків їх неможливо скопіювати. Якщо отвори для повітря пробиті в неправильному положенні, це безпосередньо вплине на розсіювання тепла лопатей, і загальна продуктивність копії буде знижена. Спираючись на технічну основу CFM-56, GE розробила двигуни, які можна використовувати на різних моделях літаків, безпосередньо конкуруючи з Pratt & Whitney.
Матеріали складні у виготовленні
Авіаційний двигун насправді дуже простий. Візьмемо як приклад класичний двигун CFM-56, який включає компресор низького тиску, дев’ятиступеневий компресор високого тиску, першу ступінчасту турбіну високого тиску, чотириступеневу турбіну низького тиску та кільцева камера згоряння посередині. Однак ці конструкції мають різну робочу температуру та тиск, що означає, що використовуються різні матеріали. Візьмемо як приклад лопаті турбіни. Робоче середовище — це тисячі градусів за Цельсієм, десятки тисяч обертів за хвилину, і вони виготовлені із суміші кількох металів у різних пропорціях.
картина
Оскільки лопаті поблизу камери згоряння піддаються впливу вищих температур, а матеріали використовуються для витримки високих температур, пропорції рідкісних металевих елементів відрізняються. Якщо використовувати все ті ж термостійкі матеріали, ціна за одиницю буде високою, а економія - поганою. Для комерційно експлуатованих двигунів цивільних пасажирських літаків найкраще бути дешевими та простими у використанні.
Таким же чином, крім лопаток турбіни, матеріали, які використовуються в кожному компоненті двигуна, також відрізняються. Турбіна двигуна CFM-56, яка використовується в Boeing 737, виготовлена з жароміцного сплаву, а для деяких інших частин використовуються композитні матеріали. В даний час більш популярним є композитний матеріал на основі смоли. Зовнішній канальний приймач Pratt & Whitney F-119 використовує цей матеріал, який витримує температуру 400 градусів за Цельсієм, і вартість також можна контролювати.
картина
Висока точність обробки
Якщо у вас є передові матеріали та креслення, це не означає, що ви можете створити відмінний аеродвигун, тому що технологія обробки є останньою перешкодою. Вентилятор авіаційного двигуна двигуна CFM-56 має лише 1,55 метра в діаметрі та 2,5 метра в довжину. Він має створювати 86 кН тяги в такому малому просторі. Можете собі уявити, яка складна технологія обробки.
З огляду на невелику перспективу, беручи за приклад поточні основні монокристалічні лопатки турбін, процес точного лиття вимагає похибки 0,1 мм, щоб гарантувати, що кожна лопатка може працювати нормально. Щоб разом обробляти різні сплави, необхідно оволодіти навичками обробки та технікою зварювання високотемпературних сплавів. У той же час ротор двигуна і лопаті під час роботи працюють на високій швидкості. Недостатня майстерність призводить до того, що двигун швидко зношується і має малий термін служби, що безпосередньо впливає на економічність.
картина
Високі вимоги техніки також сприяють ефективності роботи авіаційних двигунів. Взявши за приклад леза, компанія GE розробила безшовне лезо з стиковим з’єднанням. На зовнішньому кінці лопаті двигуна є програмне забезпечення зі спеціального матеріалу, яке можна використовувати, коли лопатя працює. Бездоганно з’єднується з зовнішньою кільцевою структурою для підвищення ефективності двигуна. До таких м’яких матеріалів дуже високі вимоги до технології обробки. Вони повинні не тільки підтримувати стабільність, але також бути економічними і вимагати мінімального обслуговування. В іншому випадку, підвищуючи ефективність двигуна, це також збільшить навантаження на наземний персонал, а економічні показники будуть недостатньо очевидними.
Підводячи підсумок, з точки зору реверсивної зйомки, матеріалів і технологій обробки, авіаційні двигуни слід вважати вінцем галузі промислового машинобудування та символом наукової та технологічної потужності країни.
На основі двигуна WS-10 "Taihang" моя країна самостійно розробила турбовентиляторний двигун WS-20 з високим коефіцієнтом двоконтурності та високою тягою для військового та цивільного використання, який оснащений Y -20 стратегічний транспортний літак. Наша країна також розробляє турбовентиляторний двигун Yangtze-1000A з високим коефіцієнтом двоконтурності для встановлення на цивільні літаки C-919, а також планує збирати та виробляти двигун світового класу LEAP-X "Safran" усередині країни . У той же час також розробляється наступне покоління вдосконалених двигунів великого ступеня двоконтурності з тягою від 200 до 400 кН. Усі ці проекти вказують на те, що настає ера «викидів» китайських двигунів з великим двоконтурним коефіцієнтом.
