タービンブレードは、高温、重い負荷、複雑な構造を備えた航空機エンジンの重要な部分です。検査とメンテナンスの質は、仕事の耐久性とサービス生活に密接に関連しています。このペーパーでは、航空機のエンジンブレードの検査とメンテナンスを研究し、航空機のエンジンブレードの故障モードを分析し、航空機のエンジンブレードの故障検出技術とメンテナンステクノロジーを要約します。
タービンブレードの設計では、より高品質の新しい材料がよく使用され、エンジンスラストと重量の比を改善するために、構造と加工技術を改善することにより作業マージンが削減されます。タービンブレードは、ブレードの全長にわたって同等の作業を実現できる空力翼であり、それによりエアフローがブレードルートとブレードチップの間に回転角を持つことを保証し、ブレードチップの回転角はブレードルートのそれよりも大きいことを保証します。タービンローターブレードをタービンディスクに取り付けることが非常に重要です。 「モミの形をした」テンソンは、現代のガスタービンのローターです。それは、すべてのフランジが荷重を均等に耐えることができるように、正確に処理および設計されています。タービンが静止している場合、ブレードは歯溝に接線方向の動きを持ち、タービンが回転すると、遠心効果のためにブレードルートがディスクに締められます。インペラー材料は、タービンの性能と信頼性を確保するための重要な要素です。初期には、変形した高温合金が使用され、鍛造によって製造されました。エンジンの設計と精密鋳造技術の継続的な進歩により、タービンブレードは変形した合金から中空、多結晶、単結晶に変化し、ブレードの耐熱性が大幅に改善されました。ニッケルベースの単結晶超合金は、高温クリープ特性が優れているため、航空エンジンのホットエンド部分の生産に広く使用されています。したがって、タービンブレードの検査と維持に関する詳細な研究は、エンジンの動作の安全性を改善し、刃の損傷の形態と損傷の程度を正確に評価するために非常に重要です。
航空機のエンジンブレードの故障モード
ブレード低サイクル疲労骨折破損
実際の作業では、ローターブレードの低サイクル疲労骨折を通常発生するのは容易ではありませんが、次の3つの条件下では、低サイクルの疲労骨折が発生します。図1は、刃骨折の概略図です。
（1）危険なセクションでの作業ストレスは、材料の降伏強度よりも小さいですが、危険なセクションには大きな局所的な欠陥があります。この領域では、欠陥が存在するため、近くの大きな領域が材料の降伏強度を超えているため、大量の塑性変形が生じ、刃の低サイクル疲労骨折につながります。
（2）設計上の考慮事項が不十分なため、危険なセクションの刃の作業ストレスは、材料の降伏強度に近いか、それを超えています。危険な部分に余分な欠陥がある場合、ブレードは低サイクルの疲労骨折を受けます。
（3）ブレードにはフラッター、共鳴、過熱などの異常な条件がある場合、その危険セクションの総応力値は降伏強度よりも大きく、刃の低サイクル疲労骨折が生じます。低サイクルの疲労骨折は、主に設計上の理由によって引き起こされ、そのほとんどはブレードルートの周りに発生します。典型的な低サイクル骨折に明らかな疲労アークはありません。
ブレードねじり共鳴疲労骨折破損
高サイクル疲労骨折とは、ブレードのねじれ共鳴の下で発生する骨折を指し、次の代表的な特性を持っています。
（1）ねじれ共鳴ノードでコーナードロップが発生します。
（2）刃の疲労骨折で明らかな疲労曲線が見ることができますが、疲労曲線は非常に薄いです。
（3）骨折は通常、刃の後ろから始まり、刃盆地まで伸び、疲労ゾーンは骨折表面の主要な領域を占めます。
刃のねじれ疲労亀裂には2つの主な理由があります。1つはねじれの共鳴であり、もう1つは刃の表面上の広範な錆または外力の影響です。
ブレード高温疲労と熱損傷疲労骨折障害
タービンローターブレードは高温環境で機能し、温度変化と交互の応力を受けます。ブレードの高温疲労骨折の場合、次の3つの条件を満たす必要があります。
（1）刃の疲労骨折は、主に粒間骨折の特性を示しています。
（2）刃の破壊部位の温度は、材料の制限クリープ温度よりも高い。
（3）刃の疲労骨折部位は、この温度でのクリープ限界または疲労制限を超える正方形の波形の遠心引張応力にのみ耐えることができます。
一般に、高温でのローターブレードの疲労骨折は非常にまれですが、実際に使用しても、ローターの熱損傷によって引き起こされる疲労骨折は比較的一般的です。エンジンの動作中、異常な労働条件下での短期的な過剰摂取によるコンポーネントの過熱またはオーバー燃焼は、過熱損傷と呼ばれます。高温では、疲労亀裂は刃で発生する傾向があります。高温損傷によって引き起こされる疲労骨折には、次の主な特徴があります。
（1）骨折の位置は、一般に、刃軸に垂直な刃の最高温度領域に位置しています。
（2）骨折はソース領域の内側の端から発生し、その断面積は暗く、高度な酸化を持っています。拡張セクションの断面は比較的平らで、色はソース領域ほど暗くありません。
航空機のエンジンブレードの故障修復技術
オンボードボアスコープ検査
ボードボアスコープ検査は、エンジンタービンボックスのプローブを介してタービンブレードを視覚的に検査することです。この技術はエンジンの分解を必要とせず、航空機で直接完了することができます。これは便利で高速です。ボアスコープ検査は、タービンブレードの燃焼、腐食、剥離をよりよく検出できます。これは、タービンの技術と健康を理解して習得し、タービンブレードの包括的な検査を実施し、エンジンの通常の動作を確保するのに役立ちます。図3は、ボアスコープ検査を示しています。
修理ワークショップでの検査前の事前洗浄治療
タービンブレードの表面は、高温酸化腐食によって形成された燃焼、コーティング、および熱腐食層後の堆積物で覆われています。炭素堆積は、刃の壁の厚さを増加させ、元の気流経路の変化を引き起こし、それによりタービンの効率を低下させます。熱腐食は、ブレードの機械的特性を減らします。また、炭素堆積物が存在するため、刃表面への損傷は不明瞭になり、検出が困難になります。したがって、ブレードを監視および修復する前に、炭素堆積物を洗浄する必要があります。
ブレードの整合性テスト
過去には、角度ゲージやキャリパーなどの「ハード」測定機器を使用して、航空機エンジンのブレード直径を検出しました。この方法は単純ですが、人間の干渉の影響を容易に受けやすく、精度や検出速度が低いなどの欠陥があります。その後、座標測定機に基づいて、マイクロコンピューター自動制御の用途が記述され、ブレードの幾何学的寸法の測定システムが開発されました。ブレードを自動的に検出し、標準のブレード形状と比較することにより、エラーテスト結果が自動的に指定され、ブレードの可用性と必要なメンテナンス方法が決定されます。さまざまなメーカーの座標測定機器は特定の技術に違いがありますが、次の共通性があります。高い自動化レベル、高速検出、一般に1分で1つのブレードを検出でき、良好な拡張機能を持っています。標準のブレード形状データベースを変更することにより、さまざまなタイプのブレードを検出できます。図4は、整合性テストを示しています。
航空機のエンジンブレードメンテナンス
サーマルスプレー技術
熱噴霧技術は、繊維または粉末材料を溶融状態に燃やし、それらをさらに霧化し、噴霧する部品または基板にそれらを堆積させることです。
（1）耐摩耗性コーティング
コバルトベース、ニッケルベース、タングステン炭化物ベースのコーティングなどの耐摩耗性コーティングは、航空機エンジンの操作中の振動、スライド、衝突、摩擦、およびその他の摩擦によって引き起こされる摩擦を減らすために、航空機のエンジン部品で広く使用されており、パフォーマンスとサービス生活を改善します。
（2）熱耐性コーティング
推力を増やすために、最新の航空機エンジンはタービンの前の温度を最大に上げる必要があります。このようにして、タービンブレードの動作温度はそれに応じて増加します。耐熱性材料を使用していますが、使用の要件を満たすことは依然として困難です。テスト結果は、タービンブレードの表面に熱耐性コーティングを適用すると、部品の耐熱性を改善し、部品の変形と亀裂を避けることができることを示しています。
（3）摩耗性コーティング
現代の航空機エンジンでは、タービンは複数の水平ステーターブレードとディスクに固定されたローターブレードで構成されるケーシングで構成されています。エンジンの効率を改善するために、ステーターとローターの2つのコンポーネント間の距離を可能な限り削減する必要があります。このギャップには、ローターチップと固定外側のリングの間の「先端ギャップ」、ローターの各段階とケーシングの間の「ステージギャップ」が含まれます。過度のギャップによって引き起こされる空気漏れを減らすために、生産部品の実際のエラーと設置エラーを達成することが困難であるため、ギャップは理論的にはゼロである必要があります。さらに、高温と高速では、ホイールも縦方向に移動し、刃が放射状に「成長」します。曲げの変形、ワークピースの熱膨張、収縮のため、散布摩耗コーティングを使用して、それを最小の意識的なギャップにします。つまり、刃の上部近くの表面にさまざまなコーティングを吹き付けます。回転部品がそれに対してこすると、コーティングは犠牲的な摩耗を生成し、それによりギャップを最小限に抑えます。図5は、熱噴霧技術を示しています。
ピーニングを撃った
ショットピーニングテクノロジーは、高速発射体を使用してワークピースの表面に衝撃を与え、ワークの表面に残留圧縮応力を生成し、生成物の疲労強度を改善し、材料の応力腐食性能を低下させるために、強化材料をある程度形成します。図6は、ショットピーニング後のブレードを示しています。
（1）ドライショットピーニング
ドライショットピーニングテクノロジーは、遠心力を使用して、ワークピースの表面に一定の厚さで表面強化層を形成します。ドライショットピーニングテクノロジーにはシンプルな機器と高効率がありますが、大量生産中の粉塵汚染、高い騒音、高いショット消費などの問題があります。
（2）ウォーターショットピーニング
ウォーターショットピーニングには、ドライショットピーニングと同じ強化メカニズムがあります。違いは、ショットの代わりに動きの速い液体粒子を使用し、それによりドライショットのピーニング中の環境への粉塵の影響を減らし、それによって作業環境を改善することです。
（3）回転板強化
American 3M Companyは、新しいタイプのショットピーニング強化プロセスを開発しました。その強化方法は、ショット付きロータリープレートを使用して、高速で金属表面を連続的に攻撃して、表面強化層を形成することです。ショットピーニングと比較して、シンプルな機器、使いやすい、高効率、経済、耐久性の利点があります。回転プレートの強化とは、高速ショットがブレードに当たると、ブレードの表面が急速に膨張し、特定の深さで塑性変形を起こすことを意味します。変形層の厚さは、発射体の衝撃強度とワークピース材料の機械的特性に関連しており、一般に0。12から0。ショットピーニングプロセスを調整することにより、変形層の適切な厚さを取得できます。ショットピーニングの作用の下で、刃の表面で塑性変形が発生すると、隣接する地下も変形します。ただし、表面と比較して、地下の変形は小さくなります。降伏点に到達することなく、それはまだ弾性変形段階にあるため、表面と下層の間の不均一な可塑化は不均一であり、噴霧後に材料の残留応力の変化を引き起こす可能性があります。テストの結果は、ショットピーニング後に表面に残留圧縮応力があることを示しており、特定の深さでは、地下に引張応力が現れます。表面の残留圧縮応力は、地下の数倍です。この残留応力分布は、疲労強度と腐食抵抗を改善するために非常に有益です。したがって、ショットピーニングテクノロジーは、製品のサービス寿命を拡大し、製品の品質を向上させる上で非常に重要な役割を果たします。
コーティング修理
航空機エンジンでは、多くの高度なタービンブレードがコーティング技術を使用して、酸化防止、腐食、耐摩耗性を改善しています。ただし、刃は使用中にさまざまな程度に損傷を受けるため、通常は元のコーティングを取り除き、新しいコーティングの層を適用することにより、刃の維持中に修復する必要があります。
