タービンブレードの紹介
タービンエンジンで最悪の労働条件を持つコンポーネントも、最も重要な回転コンポーネントです。航空機エンジンのホットエンドコンポーネントでは、タービンブレードは、エンジンの起動およびシャットダウンサイクル中に高温ガスの侵食と温度変化にさらされ、ローターブレードは高速で遠心力にさらされます。この材料は、十分な高温引張強度、持久力強度、クリープ強度、良好な疲労強度、酸化抵抗、ガス耐性抵抗、適切な可塑性を持つために必要です。さらに、長期的な組織の安定性、良好な衝撃強度、キャスティブ、低密度も必要です。
高度な航空機エンジンのガス入口温度は1380度に達し、スラストは226KNに達します。タービンブレードは空力および遠心力にさらされ、ブレードは約140MPaの引張応力を負います。ブレードルートの平均応力は280〜560mpaで、対応するブレードボディは650〜980度の温度を持ち、ブレードルートは約760度です。
タービンブレード（特に温度ベアリング能力）の性能レベルは、エンジンモデルの高度なレベルの重要な指標となっています。ある意味では、将来のエンジンブレードの鋳造プロセスは、エンジンのパフォーマンスを直接決定し、国内の航空産業でもあります。レベルの重要なマーク。
ブレード形状のデザイン
多くのブレードがあるため、それらがまっすぐな通常の形状に設計されている場合、多くの処理技術を削減し、設計の難易度を低下させることができ、多くのコストを削減できます。ただし、ブレードのほとんどはねじれて湾曲しています。
まず、葉の基本的な概念を紹介させてください。
まず、ランナーとは何ですか？以下は、2つの典型的なランナー図です。
コンプレッサーフロー図
タービンフローパス図
第二に、円周速度の計算式は何ですか？フローチャネルでは、半径ごとに円周方向速度が異なります（これは、下の図の計算式に従って取得できます）
円周方向に、気流の攻撃の角度は何ですか？気流の攻撃角は、ブレード速度方向に対する気流とブレードコードの間の角度です。
飛行機の翼を例にとると、気流の攻撃角が示されています。次に、なぜブレードをねじれなければならないのですか？フローチャネルの異なる半径での円周速度は異なるため、さまざまな半径の原始レベルでの気流の攻撃角度は大きく異なります。刃の先端では、大きな半径と周囲の大きな速度があるため、大きな正の攻撃角が発生し、刃の背面に深刻な気流分離が生じます。刃の根では、小さな半径と円周方向の速度が小さいため、大きな負の攻撃角が発生し、刃の刃盆地に深刻な気流分離が生じます。
したがって、ストレートブレードの場合、まだ動作する可能性のある最寄りの直径の一部を除いて、残りの部品は深刻な気流分離を生成します。つまり、ストレートブレードで動作するコンプレッサーまたはタービンの効率は非常に貧弱であり、まったく動作できない点に達する可能性があります。これが、ブレードをねじれなければならない理由です。
開発履歴
航空機のエンジンの出力が増加し続けるにつれて、コンプレッサーの入口温度を上げることで達成されます。これには、温度抵抗が高く、高度なブレードを使用する必要があります。高温条件に加えて、ホットエンドブレードの作業環境は、高圧、高負荷、高い振動、腐食の極端な状態にあるため、ブレードは非常に高い包括的なパフォーマンスを持つ必要があります。これには、特別なマトリックス構造（単結晶構造）を作成するために、可能な限り最大限の程度に対応する特別なマトリックス構造（単結晶構造）を作成するために、特別な合金材料（高温合金）と特別な製造プロセス（精密鋳造と方向性固化）で作られる必要があります。
複雑な単結晶中空タービンブレードは、現在の高推力と重量比エンジンのコアテクノロジーになりました。これは、高度な単結晶合金材料の研究と使用、および二重壁の超空気冷却型単結晶製造技術の出現であり、単一結晶準備技術が今日の最も先進的な軍事および商業航空エンジンで重要な役割を果たすことを可能にしました。現在、単結晶ブレードは、すべての高度な航空エンジンに設置されているだけでなく、大型ガスタービンでもますます使用されています。
単結晶超合金は、等軸結晶と方向性柱状結晶に基づいて開発された高度なエンジンブレード材料の一種です。 1980年代初頭以来、PWA1480やRenen4などの単結晶超合金の第1世代は、さまざまな航空機エンジンで広く使用されてきました。 1980年代後半、PWA1484およびRenen5で表される単結晶超合金ブレードの第2世代は、CFM56、F100、F110、PW4000などの先進航空機エンジンでも広く使用されていました。現在、米国の第2世代の単結晶超合金は成熟しており、軍事および民間の航空機エンジンで広く使用されています。
第1世代の単結晶合金と比較して、PWのPWA1484、RRのCMSX {-4、およびGEのRene'N5に代表される第2世代の単結晶合金は、3％のレニウムを加え、モリブデンと耐性の酸化と耐性のバランスを達成することにより、30度のレニウムを添加して30度増加させ、30度増加します。
3番目の単一結晶合金RENE N6およびCMSX -10では、合金組成が1つのステップで最適化され、大きな原子半径を持つ不溶性要素の総含有量が増加します。 10時間、そしてそれはまた、熱疲労、酸化、熱腐食に対する高強度耐性を持っています。
米国と日本は、第4世代の単結晶合金を連続して開発しました。ルテニウムを添加することにより、合金微細構造の安定性がさらに改善され、長期の高温暴露下でのクリープ強度が増加しました。 1100度の持久力寿命は、2番目の単結晶合金の寿命の10倍であり、動作温度は1200度に達しています。同じ世代の単結晶組成を以下に示します。
ブレードベース材料と製造技術
変形した高温合金ブレード
変形可能な高温合金の開発には、50年以上の歴史があります。家庭用航空機のエンジンブレードに一般的に使用される変形可能な高温合金を表1に示します。高温合金のアルミニウム、チタン、タングステン、モリブデンの含有量の増加により、材料特性は改善し続けますが、高温の作業パフォーマンスは低下します。高価な合金要素コバルトを追加した後、材料の包括的な性能を改善し、高温構造の安定性を改善することができます。
ブレードは航空機エンジンの重要な部分であり、その製造量はエンジンの総製造量の約30％を占めています。
航空機のエンジンブレードは薄い壁で、簡単に変形します。それらの変形を制御し、効率的に高品質で処理する方法は、ブレード製造業界の重要な研究トピックの1つです。
高性能CNC工作機械の出現により、タービンブレードの製造プロセスも大きな変化を遂げています。精密CNC加工技術を使用して処理されたブレードは、高精度と短い製造サイクルが高く、一般的に中国では6〜12か月です（半仕上げマシニング）。海外で3〜6か月（レシドなしの機械加工）。
