Ræddu um notkun títaníumblendis í flugvélahreyfla

Feb 07, 2022

Á sjöunda áratugnum, þegar Bretland var að þróa hinn heimsfræga, einskota, lóðrétta flugtak og lendingu „Harrier“ orrustuflugvél P1127, var ein af frumgerðum þess, XP972, í tilraunaflugi 30. október 1962. tilraunaflugið rakst títan álþjöppublaðið í Pegasus vélinni sem notað var í árekstur við títan álfelginn og varð til þess að kviknaði í þjöppunni. (Þetta eldfyrirbæri er kallað "títaneldur"), sem olli því að hreyfillinn fór í gang og stöðvaðist, flugvélin hrapaði og flugmanninum tókst að stökkva í fallhlíf og bjarga honum.

Nokkrum árum síðar, seint á 1960, þegar Pratt & Whitney frá Bandaríkjunum þróuðu F100 vél með 8,0 þrýstings- og þyngdarhlutfalli fyrir þriðju kynslóðar orrustuþotu F-15 , við gangsetningu rakst vél við títan álblað háþrýstiþjöppu og títan álfelgur í prufukeyrslu á jörðu niðri, sem varð til þess að kviknaði í þjöppunni ("Títan eldur"), logarnir breiddust út um allt. , og að lokum eyðilagðist allur vélin í eldi (Mynd 2).

Mynd 1. Frumgerð "Harrier" flugvélarinnar hrapaði vegna "títan elds" í hreyflinum í tilraunafluginu.

Þessar tvær stóru bilanir voru elstu bilanir í heiminum sem urðu til þess að kviknaði í títan vegna áreksturs tveggja hluta títanblendis, en þær voru ekki teknar alvarlega á sínum tíma, svo þær komu síðar oft fram í mörgum hreyflum. Samkvæmt tölfræði árið 1979, á 17 árum frá 1962 til 1979, urðu alls 144 títanbrunatilvik í flugvélum í vestrænum löndum, þar af 59 brunnu í gegnum þjöppuhlífina.

Seint á fimmta áratugnum komu fram títan málmblöndur sem hægt er að nota í flugvélar. Vegna léttleika þessarar málmblöndu er eðlisþyngd þess 40 prósent lægri en álblendis (eðlisþyngd þessara tveggja er 4,5g/cm3 og 7,8g/cm3, í sömu röð), og 50 prósent lægri en nikkel (sérstakur þyngdarafl nikkels er 8g/cm3), og það hefur góða tæringarþol. Þar sem flugvélar hafa mjög mikilvægan vísi-léttleika, hafa títan málmblöndur fljótt verið almennt notaðar í flugvélum.

Á þeim tíma var títan álfelgur notað í vélhönnun svo lengi sem hitastig leyfði, þar á meðal vinnublöð viftur og þjöppur, rúllettahjól, kyrrstæð blöð, undirvagn og þéttibúnað.

Hins vegar, við notkun, kom í ljós að vegna óeðlilegra aðstæðna fyrir slysni þegar vélin var í gangi, rákust tveir títanhlutar (eins og vinnublöð og kyrrstæð blöð, vinnublöð og undirvagn) saman og möluðust. Við skilyrði viðeigandi umhverfisþrýstings og hitastigs myndast neistar og hlutarnir brenna. Þetta fyrirbæri er kallað "títan eldur." Þegar kviknað er í títanhlutunum þróast brunaferlið mjög hratt. Það tekur aðeins nokkrar sekúndur að brenna blöðin og hlífina og skaðsemin er mjög alvarleg. Mynd 3 sýnir flak vinnublaðsins sem brennd var af títan eldinum.

Mynd 3. Vinnublað þjöppunnar brennt af títaneldi

Títan eldurinn varð ekki aðeins á milli títan og títan hlutanna, heldur einnig eftir að títanblaðið og stálhlífin voru nudduð alvarlega, títanblaðið brann og loginn brenndi einnig hlífina úr hringlaga gróp, eins og sýnt er á mynd 4. Í vélinni er loftstreymisþrýstingur og hitastig í viftuhlutum lágt, sem er ekki auðvelt að framleiða títan eld. Þess vegna verða bilanir af völdum títanelds sjaldan í viftunni.

Mynd 4. Stálhlífin var brennd af títaneldi og það vantaði ljósboga.

Á áttunda og níunda áratugnum komu nokkrar frægar vélar, EINS og Pratt & Whitney's PW4000, GE CF6 og F404, British Rolls-Royce's RB211 og fyrrum Sovétríkjanna HK－8, HK－Д{7}8, } } og АИ-25 höfðu allir títan brunabilun.

Samkvæmt tölfræði Sovétríkjanna, á milli 1977 og 1988 eingöngu, voru meira en 30 títanbrunaslys á sovéskum vélum eins og HK－8, HK－86, Д－30 og АИ-25. Annað dæmi er F404 vélin sem Bandaríkin nota fyrir F/A-18 orrustuflugvélina GE. Vegna vinnublaða háþrýstiþjöppunnar úr títan álfelgur rakst hún á títan álfelgur, sem olli því að títan kviknaði í. Loginn brann ekki aðeins í gegnum háþrýstiþjöppuhlífina, heldur brann einnig í gegnum ytri hlífina, sem olli því að hreyfillinn kviknaði og kviknaði í flugvélinni, sem olli því að bandaríski sjóherinn missti 4 F/A-18 flugvélar á einu ári árið 1987. Það er líka CF-6 vél GE. Frá 1976 hafa títanbrunatilvikin átt sér stað stöðugt og náð hámarki um miðjan -1979. Á einu ári urðu 14 títanbrunaslys með alvarlegum afleiðingum.

Í kjölfarið, auk þess að gera ráðstafanir til að koma í veg fyrir eld í títan í nýþróuðu vélunum, hefur hönnun sumra véla sem hafa verið í notkun í mörg ár einnig verið breytt. Til dæmis breytti F404 vélinni háþrýsti fjölþjöppuhlífinni úr títaníumblendi í stálblendi, og á sama tíma var ytra hlífinni úr títanálblöndu breytt í léttara PMR15 samsett efni. efni. Eftir endurbæturnar jókst þyngd vélarinnar um 0,5 kg.

CFM56, sem er systurgerð F404 (kjarnavélar beggja vélanna eru þróaðar úr kjarnavélum GE F101), hefur einnig verið endurbætt í samræmi við það. Undirvagn CFM56 háþrýstiþjöppunnar var upphaflega úr títanblendi. Til að koma í veg fyrir að vinnublaðið úr títanblendi rekist á undirvagninn og valdi títanbruna, hefur setti af mjög flóknum slitþolnum og títaneldþolnum fjöllaga hólfum verið bætt við hringbeltið á samsvarandi vinnublaði í undirvagninn.

Eftir að F404 breytti títanhlífinni í stálblendi, árið 1978, breytti CFM56 einnig hlífinni á háþrýstiþjöppunni úr títaníumblendi í stálblendi. Á sama tíma var ytri hlíf títan málmblöndunnar einnig breytt í PMR15 samsett efni. Þessi framför fækkaði vélarhlutum um 140 stykki en þyngdin jókst um 5,64 kg.

Á upphafsstigi CF6 véla GE var háþrýstiþjöppuhlífin úr títan álfelgur en síðan 1979 hefur álstál verið notað í staðinn.

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 gráður), risthringur og þéttihringur hefur öllum verið skipt út fyrir stálblendi.

4-6 gæða shizuko blöðin á A4－25 vél háþrýstiþjöppunni voru upphaflega úr títan ál, en eftir níunda áratuginn hefur þeim verið breytt úr títan ál í ál stál. Í upprunalegri hönnun háþrýstiþjöppunnar fyrir A30 vélina, að undanskildu stálblendi fyrir 10. stigs kyrrstöðublöð, var títan álfelgur notað fyrir restina af kyrrstöðublöðunum á öllum stigum. Á níunda áratugnum var 5. til 9. hópur kyrrstæðra blaða og trommuhringurinn á milli hjólanna eftir þrep 4 öllum skipt út fyrir stálblendi. Stál.

Títan álhlutar munu einnig hafa sérstakar kröfur í vinnslu og framleiðslu. Þegar landið okkar vann fyrstu lotuna af viftublöðum úr títanblendi, lenti það í áður óþekktum vinnslubilunum.

Síðasta ferlið viftublaðsins er að pússa blaðhlutann. Svokölluð fæging er þegar blöðin nudda hvert við annað á háhraða snúnings fægihjóli og yfirborð blaðanna er slípað til að uppfylla ekki aðeins kröfur um hönnunarstærð heldur einnig til að gera yfirborðið bjart. Þegar blaðið er slípað, nuddast yfirborð blaðsins og slípihjólsins við hvort annað, sem mun framleiða mikið magn af lýsandi mars, sem verður úðað á jörðina eins og flugeldar á næturhimninum. Þegar stálblaðið er slípað er þessum mars úðað niður á við, kælt af loftinu, breytist smám saman úr rauðu yfir í grátt og breytast að lokum í svarta flís með lægra hitastigi, sem mun ekki hafa nein slæm áhrif á unnin hluta. Þess vegna, á blaðslípunarverkstæðinu, er fjölhólfshlutakassinn sem inniheldur blöðin almennt sett undir fægihjólið. Blöðin sem á að pússa og blöðin sem hafa verið pússuð eru sett í rýmið þar sem blöðin eru sett upp og toppur blaðanna er ekki þakinn loki.

Þegar við unnum fyrstu lotuna af viftublöðum úr títanblendi, fylgdum við gömlu venjunni. Þar af leiðandi, þegar viftublöðin voru send á íhlutasamsetningarhlutann, komumst við að því að það voru margir brottnámspunktar á yfirborði margra blaða, sem var furðulegt. Eftir nákvæma greiningu og skoðun kom leyndardómurinn í ljós.

Það kemur í ljós að þegar títan álblöðin eru slípuð, gleypir mars sem myndast af spónunum, meðan á því stendur, stöðugt súrefni úr loftinu, sem gerir mars stærri og stærri og hitastigið er hærra. Þegar þessar háhitamargar skvetta á yfirborð blaðanna sem settar eru í hlutakassann, myndast sumir brottnámspunktar. Eftir að orsökin fannst var loki sett á varahlutaboxið þar sem blöðin voru sett upp sem leysti þetta stóra vandamál.