Rääkige titaanisulami kasutamisest lennukimootorites

Rääkige titaanisulami kasutamisest lennukimootorites

1960. aastatel, kui Ühendkuningriik arendas maailmakuulsat ühelaskulist vertikaalselt õhkutõusvat ja maanduvat "Harrier" hävitajat P1127, oli selle üks prototüüpidest XP972 30. oktoobril 1962 katselennul. katselennul põrkas kasutatud Pegasuse mootoris titaanisulamist kompressori laba titaanisulamist korpusega kokku, põhjustades kompressori süttimise. (Seda tulekahju nähtust nimetatakse "titaanitulekahjuks"), mille tagajärjel mootor tõrgus ja seiskus, lennuk kukkus alla ning piloot õnnestus langevarjuga hüpata ja päästa.

Mõni aasta hiljem, 1960ndate lõpus, kui ameeriklased Pratt & Whitney töötasid välja F100 mootori, mille tõukejõu ja kaalu suhe oli 8,0 kolmanda põlvkonna hävitaja F-15 jaoks. , kasutuselevõtu käigus põrkas mootor maapinnal proovisõidul kokku kõrgsurvekompressori titaanisulamist laba ja titaanisulamist korpusega, mille tagajärjel süttis kompressor ("Titanium fire"), leegid levisid kõikjale. , ja lõpuks hävis tulekahjus kogu mootor (joonis 2).

Joonis 1. Lennuki "Harrier" prototüüp kukkus katselennu ajal mootori "titaanpõlengu" tõttu alla.

Need kaks suuremat riket olid maailma kõige varasemad tõrked, mis põhjustasid titaani süttimise kahe titaanisulamist detaili kokkupõrke tõttu, kuid neid ei võetud tol ajal tõsiselt, nii et hiljem ilmnesid need paljudes mootorites korduvalt. 1979. aasta statistika järgi juhtus 17 aasta jooksul 1962–1979 lääneriikides lennukimootorites kokku 144 titaanist tulekahju, millest 59 põles läbi kompressori korpuse.

1950. aastate lõpus ilmusid titaanisulamid, mida saab kasutada lennukimootorites. Selle sulami kerguse tõttu on selle erikaal 40 protsenti madalam kui legeerterasel (nende kahe erikaal on vastavalt 4,5 g/cm3 ja 7,8 g/cm3) ja 50 protsenti väiksem kui niklil (erikaal nikli gravitatsioon on 8g/cm3) ja sellel on hea korrosioonikindlus. Kuna lennukimootoritel on väga oluline indikaator-kergus, on titaanisulamid kiiresti lennukimootorites laialdaselt kasutusele võetud.

Sel ajal kasutati titaanisulamit mootorite projekteerimisel seni, kuni temperatuuritingimused seda lubasid, sealhulgas ventilaatorite ja kompressorite töölabad, ruletirattad, staatilised labad, šassii ja tihendusseadmed.

Kasutamisel leiti aga, et mootori töö ajal tekkinud juhuslike ebanormaalsete tingimuste tõttu põrkasid kokku kaks titaanist osa (nt tööterad ja staatilised terad, tööterad ja šassii) ja maandusid. Sobiva keskkonnarõhu ja temperatuuri tingimustes tekivad sädemed ja osad põlevad. Seda nähtust nimetatakse "titaantuleks". Kui titaanist osad süttivad, areneb põlemisprotsess väga kiiresti. Terade ja korpuse põletamiseks kulub vaid mõni sekund ning kahjustuse aste on väga tõsine. Joonisel 3 on kujutatud titaanitules põlenud töötera rusud.

Joonis 3. Titaani tulega põlenud kompressori töötera

Titaanpõleng ei toimunud mitte ainult titaanist ja titaanist osade vahel, vaid ka pärast titaani tera ja teraskesta tugevat hõõrdumist, titaani tera põles ja leek põletas ka korpuse rõngakujulisest soonest välja, nagu on näidatud joonisel. 4. Mootoris on õhuvoolu rõhk ja temperatuur ventilaatori komponentides madal, mistõttu titaanist tulekahju tekitamine pole lihtne. Seetõttu esineb ventilaatoris harva titaani põlemisest põhjustatud rikkeid.

Joonis 4. Teraskest põles titaantules ja kaar puudus.

1970. ja 1980. aastatel olid mõned kuulsad mootorid, NAGU Pratt & Whitney PW4000, GE CF6 ja F404, Briti Rolls-Royce'i RB211 ja endise Nõukogude Liidu HK-8, HK-8,}86,}{7}} } ja АИ-25 kõigil OLI titaanist tuletõrkeid.

Nõukogude Liidu statistika kohaselt juhtus ainuüksi aastatel 1977–1988 enam kui 30 titaanpõlengut Nõukogude mootoritel, nagu HK－8, HK－86, Д－30 ja АИ-25. Teine näide on F404 mootor, mida USA kasutab F/A-18 lennuettevõtjal põhineva hävitaja GE jaoks. Titaanisulamist kõrgsurvekompressori töölabade tõttu põrkas see kokku titaanisulamist korpusega, mille tagajärjel titaan süttis. Leek ei põlenud mitte ainult läbi kõrgsurvekompressori korpuse, vaid põles läbi ka väliskatte korpuse, põhjustades mootori süttimise ja lennuki põlemise, mistõttu USA merevägi kaotas 4 F/A{13}} lennukit. aastal 1987. See on ka GE CF-6 mootor. Alates 1976. aastast on titaanipõlengujuhtumeid pidevalt esinenud ja need saavutasid haripunkti keskpaigas-1979. Ühe aasta jooksul toimus 14 titaanipõlengujuhtumit, millel olid tõsised tagajärjed.

Hiljem on lisaks äsja väljatöötatud mootorites titaani põlemise vältimiseks võetud meetmetele muudetud ka mõnede aastaid kasutusel olnud mootorite konstruktsioone. Näiteks muutis F404 mootor titaanisulamist kõrgsurve multikompressori korpuse legeerterasest korpuse vastu ja samal ajal muudeti titaanisulamist väliskest kergema PMR15 komposiidi vastu. materjalist. Pärast täiustamist suurenes mootori kaal 0,5 kg.

Vastavalt on täiustatud ka CFM56, mis on F404 sõsarmudel (mõlema mootori põhimasinad on välja töötatud GE F101 põhimasinatest). Kõrgsurvekompressori CFM56 šassii valmistati algselt titaanisulamist. Et vältida titaanisulamist töötera kokkupõrget šassiiga ja titaanist tulekahju tekitamist, on vastava töötera rõngasrihmale lisatud komplekt väga keerulisi kulumis- ja titaanist tulekindlaid mitmekihilisi sektsioone. šassii.

Pärast seda, kui F404 muutis titaanist korpuse legeerteraseks, muutis CFM56 1978. aastal ka kõrgsurvekompressori korpuse titaanisulamist legeerteraseks. Samal ajal muudeti ka titaanisulami väliskest PMR15 komposiitmaterjaliks. See parendus vähendas mootoriosade arvu 140 tükki, kuid kaal kasvas 5,64 kg.

GE CF6-seeria mootorite algstaadiumis valmistati kõrgsurvekompressori korpus titaanisulamist, kuid alates 1979. aastast on selle asemel kasutatud legeerterast.

Many engines in the Soviet Union also changed their titanium alloy parts materials to alloy steel a few years after they were put into use. For example, the grade 6 working blades and static blades of the high－pressure compressor of the HK-8 engine were originally all made of titanium alloy, but since 1987, the Grade 4 to 6 static blades (operating temperature exceeds 300℃) have been replaced with alloy steel. In the original design of the HK－86 engine, the 6-stage working blades and static blades, grate ring and static sealing ring of the high-pressure compressor were all made of titanium alloy, but since 1981, 4 to 6 sets of static blades (operating temperature>300 kraadi), resti rõngas ja tihendusrõngas on kõik asendatud legeerterase vastu.

Mootori A4–25 kõrgsurvekompressori 4-6 klassi shizuko labad valmistati algselt titaanisulamist, kuid pärast 1980. aastaid muudeti need titaanisulamist legeerteraseks. A30 mootori kõrgsurvekompressori algses konstruktsioonis, välja arvatud 10. astme staatiliste labade legeerterasest, kasutati titaanisulamit kõigil tasanditel ülejäänud staatiliste labade jaoks. 1980. aastatel asendati 5.–9. staatiliste labade rühm ja trumlirõngas rataste vahel pärast 4. etappi kõik legeerterase vastu. Teras.

Titaanisulamist osadel on ka töötlemisel ja valmistamisel erinõuded. Kui meie riik töötles esimest partiid titaanisulamist ventilaatorilabasid, ilmnes enneolematuid töötlemisvigu.

Ventilaatori laba viimane protsess on laba korpuse poleerimine. Niinimetatud poleerimine on see, kui terad hõõrduvad üksteise vastu suurel kiirusel pöörleval poleerimisrattal ja terade pind poleeritakse nii, et see ei vastaks mitte ainult disaini suuruse nõuetele, vaid ka selleks, et pind oleks särav. Kui tera on poleeritud, hõõrduvad tera pind ja lihvketas üksteise vastu, mis tekitab suures koguses helendavat marsi, mis pihustatakse maapinnale nagu ilutulestik öötaevas. Terasest tera poleerimisel pihustatakse need marssid allapoole, jahutatakse õhuga, muutuvad järk-järgult punasest halliks ja lõpuks muutuvad madalama temperatuuriga mustadeks laastudeks, mis töödeldud osadele halvasti ei avalda. Seetõttu asetatakse terade poleerimistöökojas terasid sisaldav mitmekambriline osade kast üldiselt poleerimisratta alla. Terad, mida hakatakse poleerima, ja poleeritud terad sisestatakse terade paigalduskohta ning terade ülaosa ei ole kaanega kaetud.

Kui töötlesime esimest partii titaanisulamist ventilaatorilabasid, järgisime vana tava. Selle tulemusena avastasime, et kui ventilaatori labad saadeti komponentide montaaži sektsiooni, leidsime, et paljude labade pinnal oli mitu ablatsioonipunkti, mis oli mõistatuslik. Pärast hoolikat analüüsi ja kontrolli avastati mõistatus.

Selgub, et kui titaanisulamist terasid poleerida, neelab laastudest tekkiv mars langemise käigus pidevalt õhust hapnikku, muutes marsi aina suuremaks ja temperatuur on kõrgem. Kui need kõrge temperatuuriga marssid pritsivad osade kasti sisestatud labade pinnale, tekivad mõned ablatsioonipunktid. Pärast põhjuse leidmist paigaldati osade karbile, kuhu terad paigaldati, kaas, mis selle suurema probleemi lahendas.