De luchtvaartmotor is het ‘hart’ van het vliegtuig. De motoren van civiele passagiersvliegtuigen zijn gericht op veiligheid en betrouwbaarheid, terwijl militaire motoren op deze basis ook een grotere stuwkracht nastreven, evenals de maximale stuwkracht wanneer de naverbrander is ingeschakeld. Het is duidelijk dat de sterkste speler op het gebied van luchtvaartmotoren de motoren van de militaire luchtvaart moeten zijn, en militaire motoren worden beschouwd als het toppunt van menselijke technologie. Landen die in staat zijn tot R&D, productie en productie van ruimtevaartmotoren exporteren doorgaans niet gemakkelijk hun eigen technologie. Ze exporteren alleen afgewerkte motoren, en sommige moeten zelfs voor onderhoud teruggestuurd worden naar het land van herkomst. Hoe moeilijk is het om een vliegtuigmotor te bouwen? De moeilijkheid bij de productie ervan ligt in de complexe structuur en hoge precisie-eisen, die vele aspecten met zich meebrengen, zoals materiaalkeuze, ontwerp, productie, controlesysteem en rigoureuze tests. Laten we er samen naar kijken.
Moeilijk te kopiëren en te demonteren
De moeilijkheid bij het vervaardigen van vliegtuigmotoren komt in de eerste plaats tot uiting in de moeilijkheid bij het kopiëren en ontmantelen. Het uiterlijk van een auto of vliegtuig kan worden gekopieerd door middel van reverse mapping. Vanzelfsprekend zijn auto’s ook gemakkelijk te kopiëren. Er zijn ook kopieën van het uiterlijk van vliegtuigen, zoals de Tu-160 en B-1B bommenwerpers, maar het kopiëren van motoren is simpelweg onmogelijk zonder tussenkomst van tekeningen. De motor uit de CFM-56-serie, de mainstreammotor die momenteel wordt gebruikt in de Boeing 737-passagiersvliegtuigen, heeft bijvoorbeeld meer dan 20,000 eenheden geproduceerd vanaf de eerste operatie in 1974 tot vandaag. Het wordt gebruikt in bijna alle passagiersvliegtuigen met één gangpad, voornamelijk geproduceerd door Boeing en Airbus.
afbeelding
Bij het demonteren van CFM-56 zult u merken dat de motorbladen bedekt zijn met veel kleine luchtgaatjes ter grootte van een vingernagel. Zonder tekeningen te positioneren is het onmogelijk om ze te kopiëren. Zodra de luchtgaten in de verkeerde positie zijn geponst, heeft dit direct invloed op de warmteafvoer van de bladen en worden de algehele prestaties van de replica verminderd. Op basis van de technische basis van de CFM-56 heeft GE motoren ontwikkeld die kunnen worden gebruikt op verschillende vliegtuigmodellen, waarmee ze rechtstreeks concurreren met Pratt & Whitney.
Materialen zijn moeilijk te vervaardigen
De luchtvaartmotor is eigenlijk heel eenvoudig. Neem de klassieke CFM-56-motor als voorbeeld, inclusief een lagedrukcompressor, een negentraps hogedrukcompressor, een eerste trap hogedrukturbine, een viertraps lagedrukturbine en een ringvormige verbrandingskamer in het midden. Deze structuren hebben echter verschillende werktemperatuur- en drukomgevingen, wat betekent dat de gebruikte materialen verschillend zijn. Neem als voorbeeld turbinebladen. De werkomgeving is duizenden graden Celsius, tienduizenden omwentelingen per minuut, en ze zijn gemaakt van een mengsel van meerdere metalen met verschillende verhoudingen.
afbeelding
Omdat de bladen nabij de verbrandingskamer onderhevig zijn aan hogere temperaturen en de materialen worden gebruikt om hoge temperaturen te weerstaan, zijn de verhoudingen van zeldzame metalen elementen anders. Als alle materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen worden gebruikt, zal de prijs per eenheid hoog zijn en zal de economie slecht zijn. Voor commercieel geëxploiteerde motoren voor burgerpassagiersvliegtuigen is het het beste om goedkoop en gebruiksvriendelijk te zijn.
Op dezelfde manier zijn, naast turbinebladen, ook de materialen die in elk motoronderdeel worden gebruikt verschillend. De CFM-56-motorturbine die door de Boeing 737 wordt gebruikt, is gemaakt van een hogetemperatuurlegering en voor sommige andere onderdelen zijn composietmaterialen gebruikt. Momenteel populairder is composietmateriaal op harsbasis. De F-119 ontvanger met externe kanalen van Pratt & Whitney maakt gebruik van dit materiaal, dat temperaturen van 400 graden Celsius kan weerstaan, en de kosten kunnen ook onder controle worden gehouden.
afbeelding
Hoge verwerkingsprecisie
Als je over geavanceerde materialen en tekeningen beschikt, betekent dit niet dat je een uitstekende vliegtuigmotor kunt maken, omdat de verwerkingstechnologie het laatste obstakel is. De ventilator van een vliegtuigmotor met CFM-56-motor heeft een diameter van slechts 1,55 meter en een lengte van 2,5 meter. Het moet 86 kN stuwkracht produceren in zo'n kleine ruimte. U kunt zich voorstellen hoe ingewikkeld de verwerkingstechnologie is.
Vanuit een klein perspectief, waarbij we de huidige reguliere monokristallijne turbinebladen als voorbeeld nemen, vereist het precisiegietproces een fout van 0,1 mm, om ervoor te zorgen dat elk blad normaal kan werken. Om verschillende legeringsmaterialen samen te kunnen verwerken, moet u de verwerkingsvaardigheden en lastechnieken van hogetemperatuurlegeringen beheersen. Tegelijkertijd draaien de rotor en de bladen van de motor tijdens bedrijf met hoge snelheid. Onvoldoende vakmanschap zorgt ervoor dat de motor snel verslijt en een korte levensduur heeft, wat direct gevolgen heeft voor de economie.
afbeelding
De hoge technologische eisen bevorderen ook de efficiëntie van de werking van vliegtuigmotoren. Met bladen als voorbeeld heeft GE een naadloos lemmet met stompverbinding ontwikkeld. Aan de buitenkant van het motorblad bevindt zich software gemaakt van speciaal materiaal, die kan worden gebruikt wanneer het blad werkt. Sluit naadloos aan op de buitenste ringstructuur om de motorefficiëntie te verbeteren. Dergelijke zachte materialen stellen zeer hoge eisen aan de verwerkingstechnologie. Ze moeten niet alleen de stabiliteit behouden, maar ook zuinig zijn en weinig onderhoud vergen. Anders zal het, terwijl de efficiëntie van de motor verbetert, ook de last voor het grondpersoneel vergroten, en zullen de economische prestaties niet duidelijk genoeg zijn.
Samenvattend: vanuit het perspectief van reverse surveying, materiaal- en verwerkingstechnologie kunnen vliegtuigmotoren worden gezien als de kroon op het vakgebied van de industriële techniek en als symbool van de wetenschappelijke en technologische kracht van een land.
Gebaseerd op de WS-10 "Taihang"-motor heeft mijn land onafhankelijk de WS-20 turbofanmotor met hoge bypass-ratio en hoge stuwkracht ontwikkeld voor zowel militair als civiel gebruik, die is uitgerust met de Y -20 strategische transportvliegtuigen. Ons land ontwikkelt ook de Yangtze-1000turbofanmotor met een hoge bypass-verhouding voor installatie in de C-919 burgervliegtuigen, en is van plan de LEAP-X "Safran"-motor van wereldklasse in eigen land te assembleren en produceren . Tegelijkertijd wordt ook de volgende generatie geavanceerde motoren met een grote bypass-verhouding met een stuwkracht van 200 tot 400 kN ontwikkeld. Deze projecten duiden er allemaal op dat het ‘blowout’-tijdperk van China’s grote bypass-motoren eraan komt.
