Лопатки — шедевр научно-технического искусства
Авиационные двигатели: новые технологии изготовления лопаток вентилятора из композиционных материалов
Одним из самых наукоемких и сложных в изготовлении компонентов газотурбинных двигателей для авиации, морских судов, энергетики является лопатка турбины. Продукцию подобной точности и уровня производят только несколько стран в мире, так как она требует сложнейших расчетов при проектировании и высокой точности в изготовлении. США (Pratt & Whitney, General Electric, Honeywell), Англия (Rolls-Royce), Франция (Snecma) и Россия (ОДК, ряд предприятий и НИИ) владеют технологиями полного цикла создания современных турбореактивных двигателей (ТРД). То есть государств, производящих современные авиационные ТРД, меньше, чем стран, обладающих ядерным оружием или запускающих в космос спутники! Таким образом, способность государства производить лопатки ТРД — показатель высочайшего уровня развития машиностроения.
Традиционно лопатки вентилятора газотурбинного двигателя изготавливались из титана, обычно кованого Ti-6Al-4V, прикрепляемого к кованому титановому диску, который также обычно является Ti-6Al-4V. Этот сплав обладает превосходным балансом механических свойств, включая предел прочности на разрыв, пластичность и сопротивление усталости, и его можно легко ковать, подвергать термообработке и механической обработке. В двигателях меньшего диаметра используются сплошные титановые лопатки, тогда как в двигателях большего диаметра они выполняются также из титана, но полыми, и обычно изготавливаются методом SPF/диффузионного связывания.
Совершенство авиационного двигателя: выше тяга, меньше расход топлива
Турбовентиляторным двигателем в популярной литературе обычно называют турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД) с высокой (выше 2) степенью двухконтурности. В данном типе двигателей используется одноступенчатый вентилятор большого диаметра, обеспечивающий высокий расход воздуха через двигатель на всех скоростях полета, включая низкие скорости при взлете и посадке. Такой двухконтурный двигатель создает тягу от двух источниов: вентиляторного сегмента и основной турбины. Часть поступающего воздуха, захваченного на входе в двигатель, подается в ступени компрессора низкого и высокого давления основной турбины и далее в камеру сгорания, где топливо смешивается со сжатым воздухом и воспламеняется. По мере расширения образующегося высокотемпературного газа он вращает установленные сзади турбины высокого и низкого давления, которые приводят в действие передний вентилятор и компрессор, а затем обеспечивает движущую силу на выходе из выхлопной струи.
Общий эффект заключается в развитии необходимой общей тяги с умеренной скоростью на большом поперечном сечении, а не только за счет высококонцентрированной высокоскоростной струи. Это улучшает топливную эффективность на обычных крейсерских скоростях самолета и значительно снижает шум.
Большая часть тяги такого двигателя создается за счет поступающего воздуха, который движется вокруг компрессора и турбины. Коэффициент байпасирования (BPR) турбовентиляторного двигателя — это отношение между массовым расходом байпасного потока и массовым расходом, поступающим в активную зону. Например, коэффициент байпаса 10 : 1 означает, что через байпасный канал проходит 10 кг воздуха на каждый 1 кг воздуха, проходящего через сердечник.
Продолжение статьи читайте в октябрьском номере журнала "Наука и техника" за 2020 год. Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.
В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой
