Beszéljen a titánötvözet alkalmazásáról repülőgép-hajtóművekben

Beszéljen a titánötvözet alkalmazásáról repülőgép-hajtóművekben

Az 1960-as években, amikor az Egyesült Királyság a világhírű, egylövésű, függőleges fel- és leszálló „Harrier” P1127 vadászrepülőgépet fejlesztette, egyik prototípusa, az XP972 1962. október 30-án próbarepülésen volt. a tesztrepülés során a használt Pegasus motor titánötvözet kompresszorlapátja ütközött a titánötvözet házzal, amitől a kompresszor kigyulladt. (Ezt a tűzjelenséget "titántűznek" nevezik), aminek következtében a hajtómű gyújtáskihagyása és leállása következett be, a repülőgép lezuhant, a pilótát pedig sikeresen ejtőernyőzték és kimentették.

Néhány évvel később, az 1960s évek végén, amikor az egyesült államokbeli Pratt & Whitney kifejlesztett egy F100-as motort 8,0-s tolóerő-tömeg aránnyal a harmadik generációs F-15 vadászrepülőgéphez. , az üzembe helyezés során a talajon végzett próbaüzem során egy motor ütközött egy nagynyomású kompresszor titánötvözet lapátjával és a titánötvözet házával, amitől a kompresszor kigyulladt ("Titántűz"), a lángok mindenhol átterjedtek. , és végül az egész motor megsemmisült egy tűzben (2. ábra).

1. ábra A "Harrier" repülőgép prototípusa a próbarepülés során a hajtóműben keletkezett "titántűz" miatt lezuhant.

Ez a két nagy meghibásodás volt a világ legkorábbi meghibásodása, amely miatt a titán lángra kapott két titánötvözet alkatrész ütközése miatt, de akkoriban nem vették őket komolyan, így később sokszor megjelentek számos motorban. Az 1979-es statisztikák szerint az 1962-től 1979-ig tartó 17 év alatt a nyugati országokban összesen 144 titántűz történt repülőgép-hajtóművekben, ebből 59 égett át a kompresszorházon.

Az 1950-es évek végén megjelentek a repülőgép-hajtóművekben használható titánötvözetek. Ennek az ötvözetnek a könnyűsége miatt fajsúlya 40 százalékkal kisebb, mint az ötvözött acélé (a kettő fajsúlya 4,5 g/cm3, illetve 7,8 g/cm3), és 50 százalékkal kisebb, mint a nikkelé (a fajlagos a nikkel gravitációja 8g/cm3), és jó a korrózióállósága. Mivel a repülőgépmotoroknak nagyon fontos jelzőfényük van, a titánötvözetek gyorsan elterjedtek a repülőgép-hajtóművekben.

Abban az időben a titánötvözetet addig használták a motortervezésben, amíg a hőmérsékleti viszonyok megengedték, beleértve a ventilátorok és kompresszorok munkalapátjait, a rulettkerekeket, a statikus lapátokat, az alvázat és a tömítőeszközöket.

Használat közben azonban azt találták, hogy a motor működése közben fellépő véletlenszerű abnormális körülmények miatt két titán alkatrész (például munkalapátok és statikus pengék, munkalapátok és alváz) összeütközött és felcsiszolódott. Megfelelő környezeti nyomás és hőmérséklet mellett szikrák keletkeznek, és az alkatrészek megégnek. Ezt a jelenséget "titántűznek" nevezik. Amint a titán alkatrészek meggyulladnak, az égési folyamat nagyon gyorsan fejlődik. A pengék és a burkolat elégetése mindössze néhány másodpercet vesz igénybe, és a sérülés mértéke nagyon súlyos. A 3. ábra a titántűz által megégett munkapenge roncsait mutatja be.

3. ábra A titántűzzel égetett kompresszor munkalapátja

A titántűz nemcsak a titán és a titán részek között keletkezett, hanem a titán penge és az acélház erős dörzsölése után is, a titán penge megégett, és a láng a burkolatot is kiégette egy gyűrű alakú horonyból, ahogy az ábra mutatja. 4. A motorban a levegő áramlási nyomása és hőmérséklete a ventilátor alkatrészekben alacsony, ami miatt nem könnyű titántüzet előállítani. Ezért a titántűz okozta meghibásodás ritkán fordul elő a ventilátorban.

4. ábra. Az acélházat titántűz égette, és egy ív hiányzott.

Az 1970-es és 1980-as években néhány híres motor, mint például a Pratt & Whitney PW4000, a GE CF6 és F404, a brit Rolls-Royce RB211 és a volt Szovjetunió HK-8, HK-8, 86,}86 } és АИ-25 mind titántűz meghibásodott.

A szovjet statisztikák szerint csak 1977 és 1988 között több mint 30 titántűz történt olyan szovjet motorokon, mint a HK－8, HK－86, Д－30 és АИ-25. Egy másik példa az F404-es motor, amelyet az Egyesült Államok az F/A-18 hordozó alapú GE vadászrepülőgéphez használ. A titánötvözet nagynyomású kompresszor munkalapátjai miatt a titánötvözet burkolatnak ütközött, amitől a titán meggyulladt. A láng nemcsak a nagynyomású kompresszor házát, hanem a külső burkolat burkolatát is átégette, amitől a hajtómű kigyulladt és kiégett a repülőgép, aminek következtében az amerikai haditengerészet 4 F/A{13}} repülőgépet veszített. egy év alatt, 1987-ben. Ez egyben a GE CF-6 motorja is. 1976-tól folyamatosan történtek a titántűz-események, és a közepén értek el csúcspontjukat-1979. Egy év alatt 14 titántűz történt, súlyos következményekkel.

Ezt követően az újonnan kifejlesztett motorok titántüzének megelőzésére tett intézkedések mellett néhány, sok éve használatos hajtómű kialakítását is módosították. Például az F404 motor a titánötvözetből készült nagynyomású többkompresszorházat ötvözött acélházra cserélte, ugyanakkor a titánötvözetből készült külső burkolatot egy könnyebb PMR15 kompozitra cserélték. anyag. A fejlesztés után a motor tömege 0,5 kg-mal nőtt.

A CFM56-ot, amely az F404 testvérmodellje (mindkét motor maggépeit a GE F101-es maggépeiből fejlesztették ki), szintén ennek megfelelően fejlesztették. A CFM56 nagynyomású kompresszor alváza eredetileg titánötvözetből készült. Annak érdekében, hogy a titánötvözetből készült munkalapát ne ütközzön az alvázzal, és ne okozzon titántüzet, nagyon összetett kopásálló és titántűzálló többrétegű rekeszek kerültek a megfelelő munkalap gyűrűszíjjába. az alváz.

Miután az F404 a titán házat ötvözött acélra cserélte, 1978-ban a CFM56 a nagynyomású kompresszor házát is titánötvözetről ötvözött acélra cserélte. Ezzel egy időben a titánötvözet külső burkolatát is PMR15 kompozit anyagra cserélték. Ez a fejlesztés 140 darabbal csökkentette a motoralkatrészek számát, de a tömeg 5,64 kg-mal nőtt.

A GE CF6 sorozatú motorjainak kezdeti szakaszában a nagynyomású kompresszorház titánötvözetből készült, de 1979 óta acélötvözetet használnak helyette.

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 fok), a rostélygyűrűt és a tömítőgyűrűt mind ötvözött acélra cserélték.

Az A4-25-ös motoros nagynyomású kompresszor 4-6 minőségű shizuko lapátjai eredetileg titánötvözetből készültek, de az 1980-as évek után titánötvözetről ötvözött acélra cserélték őket. Az A30-as motor nagynyomású kompresszorának eredeti kialakításában, kivéve a 10. fokozatú statikus lapátok ötvözött acélját, a titánötvözetet a többi statikus lapáthoz minden szinten használták. Az 1980-as években a statikus pengék 5–9. csoportját és a kerekek közötti dobgyűrűt a 4. szakasz után ötvözött acélra cserélték. Acél.

A titánötvözet alkatrészeknek speciális követelményei lesznek a feldolgozás és a gyártás során is. Amikor hazánk feldolgozta az első adag titánötvözet ventilátorlapátokat, példátlan feldolgozási hibákba ütközött.

A ventilátorlapát utolsó folyamata a lapáttest polírozása. Az úgynevezett polírozás az, amikor egy nagy sebességgel forgó polírozókorongon a pengék egymáshoz dörzsölődnek, és a pengék felületét úgy csiszolják, hogy ne csak a tervezési méret követelményeinek feleljenek meg, hanem a felület fényes legyen. A penge polírozása során a penge felülete és a csiszolókorong egymáshoz dörzsölődik, ami nagy mennyiségű világító mart eredményez, amely tűzijátékként permetezi a talajt az éjszakai égbolton. Az acélpenge polírozása során ezek a marok lefelé permeteznek, levegővel lehűtik, vörösről fokozatosan szürkére változnak, végül alacsonyabb hőmérsékletű fekete forgácsokká alakulnak, amelyek nem lesznek rossz hatással a megmunkált alkatrészekre. Ezért a pengepolírozó műhelyben a pengéket tartalmazó többrekeszes alkatrészdoboz általában a polírozókorong alá kerül. A polírozás előtt álló és a polírozott pengék abba a helyre kerülnek, ahol a pengék fel vannak szerelve, és a pengék tetejét nem fedi le fedél.

Amikor az első adag titánötvözet ventilátorlapátokat feldolgoztuk, a régi gyakorlatot követtük. Ennek eredményeként, amikor a ventilátorlapátokat az alkatrész-összeszerelő részhez küldték, azt tapasztaltuk, hogy sok lapát felületén több ablációs pont volt, ami elgondolkodtató. Gondos elemzés és vizsgálat után kiderült a rejtély.

Kiderült, hogy a titánötvözet pengék polírozásakor a forgács által termelt mars a leesés során folyamatosan felszívja a levegőből az oxigént, így a mars egyre nagyobb lesz, a hőmérséklet pedig magasabb. Amikor ezek a magas hőmérsékletű mars kifröccsennek az alkatrészdobozba helyezett pengék felületére, néhány ablációs pont keletkezik. Az ok megtalálása után egy fedelet szereltek fel arra az alkatrészdobozra, ahová a késeket szerelték, ami megoldotta ezt a nagy problémát.