Relación empuje-peso de los aviones de tercera generación

Los motores turbofan de dos ejes son los más comunes e incluyen cuatro partes: compresores de baja y alta presión, cámaras de combustión principales, turbinas de alta y baja presión y postquemadores. El motor central se refiere al sistema de alta presión del motor de referencia, incluido el compresor de alta presión, la cámara de combustión principal y la turbina de alta presión. Se añaden diferentes sistemas de baja presión al motor central para formar varios tipos de motores.

Alto impulso: China inició una investigación previa sobre ingeniería de sistemas de propulsión de alto rendimiento en 1980, lo que se conoce como investigación previa de alto impulso. La creación de redes a menudo se denomina impulso.

Objetivo de alta promoción: Proporcionar reservas técnicas con el objetivo del motor F404. Con el Instituto 624 como unidad principal, participaron 24 fábricas, institutos y universidades de todo el país. De 1989 a 1992, se llevó a cabo el diseño y la investigación experimental de piezas de prueba a escala real de los tres componentes principales de alto voltaje. De 1991 al 19 de enero, se llevó a cabo el diseño y la investigación experimental de la máquina central.

El ordenador central de gama media: En enero de 1994, el ordenador central de gama media alcanzó las especificaciones de diseño.

Empuje medio se refiere a la máquina central con una relación empuje-peso media. Los proyectos de alto empuje incluyen máquinas de núcleo de empuje medio, pero también pueden incluir máquinas de núcleo de alta relación de empuje a peso.

Resultados de la máquina central recomendados:

1. Wu Zhonghua enseñó la teoría del flujo ternario y estableció un sistema de diseño de compresor de flujo axial cuasi ternario en condiciones no viscosas. Se estableció un sistema de diseño aerodinámico de turbina transónica de alta carga. Dominar preliminarmente la tecnología de diseño general, aerodinámico, de enfriamiento, estructural y de resistencia de las máquinas centrales avanzadas y la tecnología de combinación entre los tres componentes principales.

2. Compresor de alta presión de siete etapas, relación de presión 7,02, eficiencia 0,839, margen de sobretensión 24,7.

3． Investigación sobre la cámara de combustión de anillo corto con tubo de evaporación. La cámara de combustión de anillo corto con boquilla de atomización neumática tiene una longitud de tubo de llama de 190 mm, una temperatura de salida promedio de 1662 K (aumento de temperatura de 850 °C), un campo de temperatura uniforme. y una temperatura de la pared inferior a 900°C.

4． El componente de turbina de tamaño completo con aire acondicionado puede resistir la prueba de 1600~1650K y 16500 rpm en la máquina central.

5． Prueba de pala compuesta enfriada por aire de "película de aire de convección-impacto" y un conjunto de métodos de diseño y programas informáticos avanzados. El nivel de enfriamiento promedio de las paletas guía es de 361~438℃ y las aspas móviles de 320~357℃. El efecto de enfriamiento integral del recubrimiento es de 487℃. Utilizando tecnología de enfriamiento compuesto y tecnología de aislamiento de revestimiento, la temperatura del gas frente a la turbina puede alcanzar 1600~1650K.

6. Sube los escalones con una relación empuje-peso de 8.

Progreso de las máquinas centrales de alta relación empuje-peso en 1995:

1. En 1984, comenzó la demostración técnica de la investigación previa sobre el motor de relación de peso 10. En abril de 1988, se llevó a cabo una reunión de demostración y selección de temas previos a la investigación. En 1990, el proyecto fue aprobado oficialmente.

2. En 1994, se completó el diseño de alto nivel de seis planes generales y se completaron las directrices del proyecto y demostraciones integrales. De 1993 a 1996 se llevó a cabo la cooperación con Rusia.

3． Básicamente se ha determinado el plan general para el motor con una relación empuje-peso de 10. Algunos temas, como la investigación sobre compresores de tres etapas con una relación de presión promedio de 1,62, han logrado buenos avances.

El artículo señala el progreso en el extranjero de los motores con una relación empuje-peso de 10, es decir, el objetivo de motores centrales con una alta relación empuje-peso. Se requiere una alta relación empuje-peso, bajo consumo de combustible, alta confiabilidad y vectorización del empuje. El rango de parámetros de ciclo del motor de relación empuje-peso 10 de la Fuerza Aérea de EE. UU. es: relación de derivación 0,2~0,3, relación de impulso total 23~27, relación de aceleración 1,10~1,15 y temperatura frontal de la turbina 1922~2033K. Los representantes extranjeros típicos son F119, EJ200, M88Ⅲ y P2000. El P2000 de Rusia se ha estancado debido a dificultades económicas. Liu Daxiang cree que el índice está cerca de F119 y EJ200, y es apropiado organizar una investigación conceptual y una pequeña cantidad de investigación de tecnología clave con una relación empuje-peso de 10 a 20.

El desarrollo de motores de China es similar al de Estados Unidos, y la aplicación básica y la investigación de exploración y desarrollo son investigaciones preliminares. La etapa de predesarrollo en los Estados Unidos también pertenece a la preinvestigación, que se divide en máquina de verificación de tecnología y máquina de verificación de modelo. China utiliza el concepto de "verificación de demostración de tecnología avanzada". Las dos etapas de desarrollo de ingeniería futuro y desarrollo de uso serán las mismas que en los Estados Unidos. Liu Daxiang propuso el camino de desarrollo de la "máquina de verificación de máquina central de componentes avanzados de investigación aplicada".

En 1995, el motor central aún no había entrado en la etapa de "demostración y verificación de tecnología avanzada", Liu Daxiang cree que se trata de una demostración y verificación de tecnología avanzada para el desarrollo de motores turbofan de clase 7500 a 10000daN. cuando sea necesario. La relación de empuje específico a peso es 10 por adelantado. Sería más ventajoso completar este proceso.

El artículo deja este misterio:

1. Diferencias entre máquinas de verificación de desarrollo con relación empuje-peso de máquinas de 8 y 10 núcleos.

2. Existe una diferencia entre la investigación previa del motor con relación empuje-peso 10 y el motor central de desarrollo propio y la cooperación con Rusia.

3． El motor ×× y el motor ××× son dos modelos de ingeniería.

4． La investigación previa del motor con una relación empuje-peso de 10 puede basarse en la investigación previa de la relación empuje-peso de 8, el motor central y la máquina de verificación técnica, y absorber la experiencia de desarrollo. de motores ××× y ×××.

El quinto número de "Aviation Knowledge" de 2000 publicó el artículo "El poder aeronáutico en el corazón: una nota sobre el experto en poder aeronáutico Liu Daxiang". Liu Daxiang se ha desempeñado sucesivamente como diseñador jefe y primer diseñador jefe de los proyectos de desarrollo de ingeniería de máquinas centrales avanzadas y de investigación previa del sistema de propulsión de alto rendimiento del "Séptimo Plan Quinquenal" y del "Octavo Plan Quinquenal". El "proyecto de máquina central avanzada" mencionado en el artículo se refiere a la máquina central de rango medio, y a principios de 1994 se realizaron dos pruebas.

El artículo de la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing "Elección del camino para el desarrollo del motor aeroespacial de mi país" revela con más detalle:

1. En 1989, un análisis realizado por la Oficina de Investigación Previa de Alta Promoción y la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing concluyó que el nivel de rendimiento disponible en ese momento estaba unos 20 años por detrás del de Estados Unidos. En 2000, la diferencia era de unos 25 años. Parte de la literatura también cree que para 2005 estaremos unos 20 años por detrás de los países desarrollados.

2. A mediados de la década de 1980, se espera que el motor turbofan 10 desarrollado sobre la base de un determinado avión central extranjero esté equipado con tropas en 2005, con una relación empuje-peso de 7,5, lo que equivale al nivel técnico de los extranjeros. motores de tercera generación, y el intervalo se ha reducido a unos 20 años.

3． La clave para avanzar en la tecnología de un motor con una relación empuje-peso de 10 es una necesidad práctica. La experiencia extranjera es que sólo se necesitan de 3 a 5 años para desarrollar un nuevo motor basado en un motor central maduro, y el costo es sólo alrededor del 40% del de un motor nuevo.

4． La cooperación internacional que lleva a cabo nuestro país es principalmente de producción cooperativa, y aún no ha alcanzado la etapa de investigación y desarrollo cooperativo e investigación y desarrollo cooperativo.

5. El artículo cree que es necesario "aumentar la inversión y desarrollar inquebrantablemente máquinas centrales de niveles correspondientes según las condiciones nacionales".

El académico Liu Daxiang reveló recientemente el desarrollo del motor WS13 de Liyang Company. Descripción del artículo:

1. El prototipo del WS13 es el principal motor de combate actualmente en servicio.

Se puede modificar y desarrollar en WS13 basado en la máquina central de rango medio.

Autor: Sparrow

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Aleaciones de alta temperatura son el nombre general de las aleaciones de alta temperatura a base de hierro, a base de níquel y a base de cobalto, también conocidas como superaleaciones. La temperatura de servicio de las aleaciones a base de hierro es generalmente más baja que la de las aleaciones a base de níquel y se pueden usar en piezas utilizadas a temperaturas medias, como discos de turbinas utilizados por debajo de 700 °C. Las aleaciones a base de níquel se utilizan para fabricar componentes de hot-end que están sujetos a tensiones severas, como álabes de turbina, paletas guía, cámaras de combustión, etc. En los motores avanzados, las aleaciones a base de níquel representan la mitad del peso total. Las aleaciones a base de cobalto se utilizan ampliamente como hojas guía debido a su buena resistencia a la corrosión en caliente y a la fatiga térmica y en frío.

Con el desarrollo de las tecnologías de solidificación direccional, monocristal y fundición ultrapura, las aleaciones de fundición extranjeras están evolucionando desde direccionales hasta monocristalinos. También se han desarrollado tres generaciones de productos de aleaciones monocristalinas. La aleación monocristal es necesaria para aumentar la temperatura delante de la turbina y lograr una alta relación de empuje. Los principales materiales para las palas de los motores actualmente en servicio en el extranjero son las aleaciones monocristalinas de segunda y tercera generación. Actualmente, se están desarrollando aleaciones monocristalinas de tercera generación de bajo costo (menos Re) y se están desarrollando palas divergentes monocristalinas porosas. Se desarrolló el monocristal de cuarta generación.

La primera generación de aleaciones en polvo utilizadas para discos de turbina de motor con alta relación empuje-peso incluye aleaciones In100, Rene95, APK-1, ЗП74НП, etc. GE utiliza HIP, forjado en caliente HIP, HIP HIF (forjado isotérmico) y EX (extrusión), discos de polvo Rene95 de HIF, ejes y otros componentes de alta temperatura.

La aleación ЭП741HП desarrollada en Rusia tiene la dosis más alta, por encima de 1550 MPa, 750 ℃, y la tensión duradera durante 100 h alcanza los 750 MPa. La aleación de alta resistencia ЭП962П con una temperatura de 700 ℃ es similar a Rene95 y domina el proceso de fabricación. Utilice fundición de aleaciones maestras y procesamiento de fundición de varillas de electrodos → fabricación de polvo de electrodo giratorio de plasma → procesamiento de polvo → envasado y sellado de polvo y soldadura → prensado isostático en caliente → tratamiento térmico → mecanizado → inspección → producto terminado.

Las aleaciones en polvo de segunda generación utilizadas en los discos de turbinas con una relación empuje-peso de 10 incluyen las aleaciones Rene88DT, N18, MERL-76 y ЗП975. La aleación del disco ha logrado la transformación de un tipo de alta resistencia a un tipo resistente a daños. La resistencia se reduce ligeramente, pero la tasa de crecimiento de grietas por fatiga se reduce considerablemente, el rendimiento del proceso mejora y la temperatura de uso diseñada alcanza los 750°. C o superior. Para fabricar directamente canales de refrigeración divergentes se utilizan procesos de fundición y perforación por láser.

El disco de polvo de tercera generación desarrolla un disco combinado de dos componentes (AF115 MER-76) y doble tratamiento térmico. Aleación de aleación mecánica, el uso de aleación de níquel reforzada con partículas Y2O3 (lt; 2) puede hacer que su rendimiento sea mejor que el PWA1480 a 850 ~ 1200 ℃ y 1000 h. Se utiliza en las palas del motor F100. La vida útil aumenta 2 veces. y la relación empuje-peso aumenta en 30~50. Turbina La temperatura frontal se puede aumentar a 1540~1650℃. Se han desarrollado MA754, MA956 y MA6000E, y se están desarrollando MA760, que reemplazará a MA6000E, y MA957, que reemplazará a MA956. El primero tiene un excelente rendimiento a temperatura media (760 °C) y el segundo mejora la resistencia mientras se mantiene. antioxidación. El F119-PW-100, que tiene una relación empuje-peso de 10, tiene una temperatura frontal de turbina de 1.580°C y una vida útil de 4.000 ciclos utilizando álabes de turbina de aleación monocristalina de tercera generación que controlan el efecto de enfriamiento y Proporcionar protección de revestimiento de aislamiento térmico. Las carcasas del compresor, la turbina y el sistema de empuje del F119 utilizan In783 desarrollado por In909.

La tecnología tiene una importancia extremadamente importante para el desarrollo de aleaciones monocristalinas, y los ocho inmortales han mostrado sus poderes mágicos a través del mar. Los métodos de fusión actuales y futuros de aleaciones de alta temperatura son:

Fusión simple: AAM (fusión en horno de arco eléctrico), AIM (fusión en horno de inducción), VIM (fusión en horno de inducción al vacío), fusión por arco al vacío ( VAR), fusión por electroescoria (ESR), fusión por haz de electrones (EBM), fusión por haz de electrones en cámara fría (EBCHR), fusión en horno de arco de plasma (PAF), fusión en horno de inducción de plasma (PIF).

Doble refundición: VAR (refusión por arco al vacío), VADER (refusión por arco al vacío de doble electrodo), VIR (fusión por doble vacío), EVR (refusión por inducción de escoria al vacío), NER (no consumible), PAR (refusión de plasma), EBM (refusión por haz de electrones), VEB o VIM EBCFM (inducción al vacío más haz de electrones), NEB (electrodo no consumible más haz de electrones).

Tres fusiones: VIM VAR ESR, VIM ESR VAR, NAV EBM VAR.

La atomización con argón es muy utilizada en Europa y Estados Unidos. La velocidad de enfriamiento del polvo es alta y los granos son muy finos (-3 μm), pero la pureza del polvo es ligeramente pobre. Por lo tanto, el moldeo directo mediante prensado isostático en caliente es el método principal y el desarrollo actual va en esa dirección. sin polvo fino cerámico. La atomización con electrodo giratorio de plasma se utiliza ampliamente en Rusia. El prensado isostático en caliente y la extrusión en caliente son tecnologías clave para el moldeo de polvo. Los discos se pueden formar directamente o se pueden fabricar preformas y luego forjarlas isotérmicamente en discos. El coste del prensado isostático directo en caliente de discos es mucho menor, pero requiere una buena calidad del polvo. Actualmente, sólo se utiliza más en Rusia. Se utilizan tecnología compuesta de prensado isostático en caliente, tratamiento termomecánico, tratamiento térmico, etc. para desarrollar discos de doble rendimiento con alta resistencia, propiedades de fatiga de ciclo alto y bajo en el núcleo del disco y un buen rendimiento de fluencia duradero del borde del disco. lo que puede ampliar el rango de temperatura de uso del disco. Se han aplicado discos de doble rendimiento en F119 y otros motores. También se ha puesto en uso la parte integral del compuesto de prensado isostático en caliente de cuchilla y disco de polvo, lo que aumenta considerablemente la velocidad de la turbina.

Hay "cinco más y cinco menos" en la industria de materiales de aviación de China: hay muchas imitaciones pero poca innovación, hay muchos productos de baja tecnología y pocos productos de alta tecnología, hay muchos proyectos e investigaciones proyectos pero pocas mejoras y modificaciones, y hay muchos premios pero pocos realmente se usan, más se usan para un solo propósito y menos se usan para múltiples propósitos.

Las aleaciones de alta temperatura también se denominan aleaciones termorresistentes, aleaciones resistentes al calor o superaleaciones. Nombres en clave nacionales: el prefijo GH se refiere a aleaciones deformadas de alta temperatura (FGH se refiere a fundición de polvo), aleaciones fundidas de alta temperatura K, aleaciones de solidificación direccional. DZ, aleaciones monocristalinas DD, aleaciones compuestas intermetálicas IC. Además, entre las aleaciones de titanio, TA representa una aleación de titanio de tipo α, la serie TB representa una aleación de titanio de tipo α y la serie TC representa una aleación de titanio de tipo α.

La primera generación china de fundición de polvo de aleación de alta temperatura FGH95 a 650 °C se desarrolló en 1977. La empresa alemana Heraeus introdujo algunos equipos de investigación para imitar la aleación Rene95. A finales de 1984, se forjó en troquel un disco de turbina de tamaño completo de Φ420 mm, que básicamente alcanzó el rendimiento Rene95. Realizó investigaciones sobre fundición de aleaciones maestras, pulverización de atomización de argón, procesamiento de polvos, prensado isostático en caliente, forjado isotérmico, tratamiento térmico, inspección ultrasónica y fortalecimiento de superficies, y encontró serios problemas de proceso en la producción industrial. La producción industrializada de equipos pulverizadores de electrodos giratorios de plasma y líneas de producción de placas se introdujo desde Rusia y se pusieron en producción a finales de 1995, resolviendo fundamentalmente el problema de la calidad del polvo en la fundición de aleaciones de alta temperatura. En 1995, Southwest Aluminium Processing Plant forjó con éxito un disco de turbina de aleación FGH95 metalizado en polvo de φ630 mm para discos 10A utilizando el proceso de forjado de revestimiento. Después de una minuciosa investigación, pasó la etapa de enfriamiento y obtuvo un disco de turbina que se enfrió rápidamente sin agrietarse. Sin embargo, si se descubren problemas, en el futuro se adoptará la ruta del proceso de forjado isotérmico HIP (o forjado en caliente). La temperatura de servicio de la aleación FGH95 es de 650 ℃ y la resistencia a la tracción puede alcanzar 1500 Mpa. Bajo condiciones de estrés de 650 ℃ y 1035 MPa, la vida útil es superior a 50 horas.

En la actualidad, las aleaciones de alta temperatura en polvo Inconel 718 y Hastoloyx representan el 60% de las aleaciones de alta temperatura utilizadas en motores avanzados en el extranjero, la planta de acero Fushun, la planta Shanghai Steel No. 5 y la planta Great Wall Steel. producir GH4169 (imitación IN718). Además, China se está centrando actualmente en establecer la tecnología de producción y la serie de productos GH4169. GH4169 es una aleación de disco de alta temperatura de alto rendimiento y difícil de deformar con una temperatura de funcionamiento inferior a 760 °C. Métodos de fundición de aleaciones a alta temperatura y niveles de fundición en el proceso de aleación IN718 en el país y en el extranjero:

VIR extranjera, empresa CM estadounidense O, N, S = 1 ppm

VIM (crisol de CaO ) O, Slt; 10 ppm N=10 ppm

EBCHR O, S=4～5ppm N=20～40ppm

Los datos de EBR son desconocidos

VIM ESR VAR los datos son desconocidos

VIM EBR O=7ppm N=60ppm

Agitación electromagnética VIM doméstica Slt 10ppm O=1ppm N=4ppm

VIM VAR o VIM ESR; se desconocen los datos

Se desconocen los datos de fundición del crisol de pared fría

VIM (crisol de CaO) O, N=20ppm S=5ppm

Zhong Zengyong de Iron and El Instituto de Investigación del Acero determinó IN718 y Waspaloy respectivamente alrededor del año 2000. Modelos de control de forja para dos aleaciones para controlar el proceso de forja. Guizhou Anda Aviation Forging Co., Ltd. desarrolló el primer eje de turbina de baja presión nacional GH4169 en 2000 utilizando un proceso de forjado integral. Según el sitio web de Xinyi Machinery Factory, las palas del compresor de alta presión de la máquina central Zhongtui están hechas de material de aleación GH4169 y las palas tienen estructuras de dientes de varilla en forma de arco en la dirección circunferencial. De acuerdo con la información de transferencia de tecnología de forjado nacional, el material GH4169 y el proceso de producción de discos de turbina se han utilizado para la producción de prueba industrial de piezas clave del modelo de motor, se han instalado, probado y han entrado en investigación de aplicaciones. Al mismo tiempo, se desarrollaron con éxito 28 tipos de piezas forjadas de aleación de alta temperatura utilizando la tecnología de "forja de matriz compuesta", que se utilizan para discos de turbina de aleación de alta temperatura que se necesitan con urgencia, como GH698, GH169 y GH132 (Nota: GH4169 pertenece a la serie de aleaciones GH169). GH4169 ha realizado una investigación de antecedentes sobre discos de turbinas de motores de aviones de alto rendimiento y discos de compresores.

Los discos de pólvora DD3 y FGH95 del Aviation Materials Institute proporcionan materiales clave para motores turboeje avanzados (ambos se utilizan por primera vez en China).

El polvo de aleación de seis elementos NiCoCrAlTaY del Instituto de Investigación de Metales No Ferrosos de Guangzhou se utiliza en el recubrimiento contra la corrosión en caliente y las altas temperaturas DD3, lo que resuelve una necesidad urgente. La primera generación de aleación monocristalina DD3 de baja densidad y bajo coste puede alcanzar altas temperaturas de 1020°C. Se ha promocionado a múltiples modelos de aviones y se ha convertido en la primera generación de aleación monocristalina verdaderamente utilizada en la aviación en mi país.

En la actualidad, en China se están llevando a cabo piezas forjadas, discos y anillos de aleaciones de alta temperatura, y se están investigando sobre superaleaciones en polvo avanzadas para superaleaciones en polvo de discos de turbinas de segunda y tercera generación y polvo compuesto de doble rendimiento. se están realizando los discos. Investigación sobre procesos como GH586 y GH742W para reducir el costo de los discos de alto rendimiento y ampliar las aplicaciones. Desarrollar una nueva generación de superaleaciones monocristalinas de álabes de turbina de bajo coste. Se ha determinado que IN909 e IN783 se utilizan en las carcasas de los motores de alta relación empuje-peso, las aleaciones reforzadas con dispersión de óxido se utilizan en las cámaras de combustión para resistir la ablación a alta temperatura y los compuestos intermetálicos a base de Ni3Al se utilizan en la ablación. -piezas resistentes. El Instituto de Investigación del Hierro y el Acero desarrolló FGH96 y FGH97, que pueden utilizarse a 750°C. El Instituto de Investigación de Materiales Aeronáuticos de Beijing llevó a cabo una investigación sobre la aplicación de materiales de disco de turbina de polvo FGH96 de segunda generación, utilizando el método de electrodo giratorio de plasma para preparar polvo prealeado.

Las palas y los discos del rotor de primera y segunda etapa, el eje del compresor y las palas del estator de la octava etapa del compresor WP13AII son forjados de acero inoxidable 1Cr11NiW2Mo, y el resto de las palas del rotor, los discos y las palas del estator son todos TC11. . El material del tubo de llama es GH3044, recubierto con cerámica de alta temperatura W-2. Instale el lado GH1015. El material del estabilizador y del protector térmico es GH3128 y el cilindro es GH99. El material de las palas guía de la turbina de alta y baja presión es K403. Material de las palas del rotor de la etapa 1 K417. El material de las palas del rotor de segundo nivel es GH4049 y WP13FI es una aleación resistente al calor de cristalización direccional DZ4.

Guizhou Xinyi Machinery Factory cooperó con el Instituto de Investigación de Materiales Aeroespaciales de Beijing en la tecnología del proceso de solidificación direccional de aleación DZ4, completó la modificación técnica del horno de cristalización direccional estadounidense 5241 y estableció la línea de producción de solidificación direccional más grande de China. Después del uso de WP13FI, se llevó a cabo una investigación sobre la aplicación de ingeniería de la nueva hoja guía secundaria de solidificación direccional de aleación IC6 del proyecto "863", que fue aprobada a finales de 1996. IC6 reemplaza la importación y en realidad se usa con el WP13B de J8IIM. La temperatura de fusión inicial de las palas IC6 es de 1310-1320 ℃, la temperatura de servicio supera los 1100 ℃ durante 100 horas y el nivel de rendimiento duradero alcanza el nivel internacional más alto. Producción de prueba de palas guía secundarias para motores IC6 e IC6A (más Y) WP-13F (500 horas de extensión de vida útil) y realización de pruebas. IC6 se utiliza para realizar pruebas de producción de las palas guía de la primera etapa del motor 10A y realizar pruebas en tierra para reemplazar las aleaciones a base de cobalto. Las propiedades y los procesos de la aleación se mejoran aún más para cumplir mejor con los requisitos de las aplicaciones de ingeniería. El proyecto de desarrollo de aplicaciones de compuestos intermetálicos de Ni-Al ha aumentado la tasa de calificación de piezas en bruto de fundición de las hojas guía secundarias WP-13B al 50-60%, alcanzando el nivel de producción en masa de piezas. "Desarrollo de álabes de turbina de baja presión de primera y segunda etapa para solidificación direccional y fundición de precisión sin margen del motor FWS10" ganó el tercer premio del Premio al Progreso Científico y Tecnológico de 1999 de AVIC (sitio web del Instituto de la Industria de Aviación de Nanchang).

Los cuatro tipos de hojas WP13B se han producido en masa:

1. Hoja de turbina fundida de precisión de solidificación direccional de corona dentada con tres grandes orificios de enfriamiento de aleación DZ4 de primer grado.

2. Palas de turbina fundidas de precisión de solidificación direccional de corona dentada de aleación secundaria DZ4.

3． Hoja guía de solidificación direccional integral hueca de aleación DZ4 de primer grado.

4． Hoja guía de solidificación direccional general de aleación de alta temperatura a base de Ni3Al con compuesto intermetálico IC6 de segundo nivel.

Cabe señalar que no ha habido informes exitosos sobre el uso de discos de pólvora DD3 y FGH95 en motores 10A. Las palas del rotor de segunda etapa de la turbina WP13F1 primero usan DZ4 y luego se extienden a WP13B. WP13B fue el primero en utilizar IC6 como pala de rotor de segunda etapa y fue el primero en utilizar GH4169 en el motor central de empuje medio. DD3 es una aleación monocristalina, FGH95 es una aleación deformada de alta temperatura metalizada en polvo, DZ4 es una aleación solidificada direccionalmente y GH4169 es una aleación de alta temperatura a base de níquel. Aunque ambos pertenecen a aleaciones de alta temperatura, el desarrollo del material del disco de polvo y de la cuchilla es inconsistente.

FGH95 es el material de disco de polvo de primera generación de China, DD3 es la aleación de cristal único de primera generación; el material de disco de polvo de segunda generación es GH4169 y la aleación de cristal único de segunda generación es DD6. El material de la hoja es DZ4 cristalizado direccional y el producto mejorado es DZ6 basado en Ni3Al. Luego se probó GH4169 y se descubrió que era inestable y luego se desarrolló a IC6. Sólo entonces hizo su debut la aleación monocristalina de China en las hojas. Los requisitos para los materiales de las hojas son más altos que los de los discos de pólvora, o los materiales más avanzados se utilizan primero para los materiales de las hojas. Del desarrollo de las palas del WP13 se puede ver que los materiales de las palas de las turbinas de alta y baja presión son inconsistentes, y los materiales más avanzados se utilizan por primera vez en las palas de las turbinas de alta presión. En términos de características técnicas, los requisitos de las cuchillas también son algo diferentes a los de los discos de polvo. Además, los productos de laboratorio también son diferentes de los materiales industriales que requieren la garantía de tecnología avanzada antes de poder salir del laboratorio. Por ejemplo, el GH4169 se industrializó en el año 2000, pero ya estaba en uso antes de 1994.

El motor Kunlun es el primer motor militar y de aviación de China que implementa estándares militares, se desarrolla de acuerdo con las especificaciones del modelo y tiene derechos de propiedad intelectual completamente independientes. También es el primer modelo que pasa por todo el proceso de creación propia. -desarrollo. Adopta una cámara de combustión anular con una boquilla de atomización neumática, álabes de turbina de fundición de precisión de solidificación direccional compuesta enfriada por aire sin margen, sistema de control digital antisobretensiones, tecnología de ganancia de estabilidad y alta expansión del compresor, carcasa de transmisión de accesorios de alta potencia, etc. Es más avanzado que el J-79 y se puede mejorar para convertirlo en un motor turbofan con relación de derivación pequeña. Fue diseñado por el Instituto de Diseño de Motores de Shenyang y desarrollado conjuntamente por Liming Aero Engine Company, Xi'an Aero Engine Company y Honglin Machinery Co., Ltd. Fue diseñado a principios de 1983, probado en diciembre de 1985 y alcanzó las especificaciones de diseño de la máquina de verificación en septiembre de 1986. El diseño estará oficialmente finalizado el 9 de julio de 2002. En 2000, ganó el primer premio del Premio al Progreso Científico y Tecnológico de la Academia de Ciencias de China por el proyecto "Aleación GH761 para motor Kunlun y su aplicación". La superaleación deformada a base de hierro y níquel de alta resistencia GH761 tiene un alto límite elástico, resistencia duradera, resistencia a la fatiga térmica y por frío y a la fatiga de bajo ciclo desde temperatura ambiente hasta 700 °C, excelente rendimiento en muescas y estructura a largo plazo y estabilidad de rendimiento. . Resuelve una serie de problemas de procesos como la segregación, la detección de fallas por ultrasonidos, la fundición de aleaciones, el procesamiento térmico, la forja y la laminación de anillos. Se puede utilizar para discos de turbina y otras piezas que soportan cargas a altas temperaturas y que funcionan por debajo de 750 °C.

Xinyi Machinery Factory DZ4, DZ17G, IC-6, etc. fabrican rotores de turbinas y palas guía. Se utiliza un núcleo cerámico especial para fabricar la cavidad, y los procesos de fabricación incluyen tratamiento térmico de enfriamiento con aire al vacío, potente mecanizado de precisión de rectificado, granallado con espiga, revestimiento resistente a la corrosión a alta temperatura en el cuerpo de la hoja, pruebas no destructivas, decoración con luz de vibración y otros. procesos de fabricación. TC4, TC11, GH4169, ICr11Ni2W2MoV, etc. se utilizan para producir compresores de alto rendimiento, aspas de compresores y aspas de ventiladores, forjado de precisión, tratamiento térmico al vacío, mecanizado de precisión de espigas y perfiles, granallado superficial de espigas y perfiles, no destructivo. pruebas, revestimiento de espigas, etc. Artesanía.

China está desarrollando la aleación de fundición DZ17G K4169 y aleaciones monocristalinas de alta temperatura, así como compuestos intermetálicos ordenados de largo alcance NiAlNi3al, FeAl, FeAl y TiAl. La aleación DZ125 solidificada direccionalmente a alta temperatura se puede utilizar como palas direccionales huecas de paredes delgadas para motores aeronáuticos avanzados. En 2000, el "Journal of Aeronautical Materials" informó que las palas direccionales de paredes delgadas con cavidades internas complejas fundidas para un motor aeroespacial han pasado las pruebas de banco. Y se ha puesto en producción en pequeños lotes. Esta aleación tiene un buen rendimiento en el proceso de fundición direccional y altas propiedades mecánicas de pared delgada.

El recubrimiento MCrAIY que contiene Y2O3 es un recubrimiento de tercera generación con ingredientes designables para componentes del extremo caliente del motor, como álabes de turbina y paletas guía. Se ha aplicado en motores de alto rendimiento y larga duración en el extranjero. El Instituto de Materiales de Aviación ha desarrollado con éxito esta serie de recubrimientos utilizando tecnología de deposición por pulverización catódica por magnetrón y tecnología de revestimiento de iones de arco múltiple. Su resistencia a la corrosión en caliente y su rendimiento integral han alcanzado el nivel avanzado de recubrimientos similares en el extranjero. Esta serie de recubrimientos ha sido seleccionada para aleaciones de alta temperatura, aleaciones solidificadas direccionalmente, aleaciones monocristalinas y álabes de turbina y paletas guía de aleación a base de Ni-A1. Se ha utilizado como recubrimiento antioxidante de alta temperatura en motores avanzados y suelos. turbinas de gas. El recubrimiento nanocristalino NiCrAlY se prepara en la superficie de las palas guía mediante tecnología de recubrimiento iónico por pulverización catódica, que puede usarse como material para las palas guía de la turbina a 1150 °C y las palas de trabajo de la turbina a 1050 °C. Entró en producción en masa en el año 2000.

El Instituto de Materiales de Alta Temperatura ha llevado a cabo investigaciones relacionadas con el proyecto "863" y ha logrado avances significativos en la investigación de aleaciones compuestas intermetálicas como Ti3Al, TiAl, Ti2AlNb y Ni3Al. Ha desarrollado con éxito muchos componentes importantes para la industria aeroespacial de mi país. , departamentos de aviación y armas, y algunos probados con éxito.

El Instituto de Investigación de Materiales Aeronáuticos de Beijing ha desarrollado la aleación IC10 de alta temperatura basada en Ni3Al solidificada direccionalmente y planea usarla para soldar un cierto tipo de palas guía de motor avanzadas con una aleación diferente de alta temperatura GH3039. Después de la búsqueda, el GH3039 generalmente se usa como difusor de postcombustión en un postquemador, mediante soldadura por haz de electrones o soldadura fuerte al vacío. Los motores avanzados de China definitivamente no utilizarán aleaciones a base de níquel reforzadas con solución sólida como componentes de la cámara de combustión, por lo que se considera que el modelo IC10 es utilizado por otros motores.

El Centro Ti-Al del Instituto de Investigación del Hierro y el Acero de Beijing desarrolló con éxito TAC-1 (TiAl24Nb14V3Mo0.5) y TAC-1B. Las propiedades mecánicas y de proceso de estas dos aleaciones basadas en Ti3Al superan el nivel. de aleaciones similares en los Estados Unidos. TAC-1 supera las dificultades de los procesos de superplasticidad, soldadura y laminado de placas delgadas. El rango de temperatura utilizado por TAC-1B es: -100 ℃ ~ 700 ℃. Las aleaciones TAC-1 y TAC-1B tienen excelentes propiedades de trabajo en frío y en caliente y propiedades de corte mecánico. Se pueden procesar en diversos perfiles, como tortas, varillas, tubos, láminas y láminas, y tienen excelentes conformado superplástico, unión por difusión y soldadura por fusión. propiedades. . Son materiales estructurales ligeros avanzados de alta temperatura con importancia en ingeniería y tienen un gran potencial en aplicaciones en el sector aeroespacial y otros campos. Cao Chunxiao y otros del Instituto de Materiales Aeronáuticos de Beijing han optimizado dos aleaciones de Ti3Al sin vanadio, a saber, TD3 (TiAl24Nb15Mo1.5) y TD4 (TiAl24Nb13Mo1.5Si0.5). En comparación con la aleación TD2, TD3 y TD4 tienen mejores propiedades de resistencia a la oxidación. , tenacidad a la fractura, plasticidad y durabilidad a altas temperaturas. En la actualidad, el Ti3Al se ha utilizado para producir pruebas de turbulencias de quemadores de turbinas de gas, carcasas de compresores, anillos de soporte, quemadores y guías de aire de turbinas. En los últimos diez años, la investigación del país sobre 863 materiales compuestos intermetálicos de alta temperatura ha logrado avances significativos para resolver la fragilidad del Ti3Al y TiAl y hacerlo práctico en ingeniería. La fundición de componentes de TiAl para vórtices de motores de aviones se ha desarrollado con éxito y está en proceso. siendo evaluado para su uso. Aleaciones de la serie MX246 basadas en Ni3Al con derechos de propiedad intelectual independientes desarrolladas por el Centro Ti-Al del Instituto General de Investigación del Hierro y el Acero. Gravedad específica 7,9 g/cm3, excelente resistencia a temperaturas medias y altas, buena plasticidad a temperatura ambiente, excelentes propiedades anticavitación y ablación y excelentes propiedades antioxidantes a altas temperaturas. Los indicadores se muestran en la Tabla 1-2. Las propiedades son mejores que las aleaciones tradicionales de alta temperatura. Tiene buena estabilidad estructural a altas temperaturas y excelente rendimiento del proceso de fundición, es adecuado para la fabricación de piezas fundidas de gran tamaño y tiene un mayor rendimiento de costos. Las aleaciones de la serie MX246 pueden funcionar de manera estable durante mucho tiempo a 1000 ~ 1200 ℃. Actualmente, se utilizan en piezas que soportan cargas de alta temperatura de motores de aviones, que son piezas fundidas grandes y complejas de paredes delgadas con un espesor de pared de 1 ~ 1,2. mm y un área de perfil de 500×100mm. Está expuesto directamente a la erosión por gas a alta temperatura de 1800 K, resiste el estrés vectorial de las llamas de alta temperatura y funciona durante mucho tiempo a una temperatura de 1200 °C.

El académico Fu Hengzhi propuso la primera tecnología de solidificación direccional ultrafina y de gradiente ultraalto electromagnético líquido sin molde del mundo para aleaciones especiales y sus compuestos intermetálicos en palas de motores aeroespaciales. En 1994, dirigió el programa "Ultra-high". El proyecto de autorestricción electromagnética de gradiente "Tecnología orientada e investigación de palas de turbina orientadas y de cristal único ultrafino" inicialmente logró la fusión de aleaciones y la formación de solidificación direccional sin crisol ni molde. Utilizando la tecnología de solidificación direccional ZMLMC de gradiente ultra alto e introduciendo la tecnología de formación de autorestricción electromagnética, es completamente posible obtener piezas fundidas de cristal en columnas (álabes) ultrafinas con una forma establecida, logrando así estructuras de solidificación direccional ultrafinas de álabes de turbina con Cambio de formas tridimensionales específicas. De esta manera, la tecnología de solidificación direccional de formación autorestringida electromagnética de gradiente ultra alto puede convertirse en una nueva generación de tecnología de preparación de álabes de turbina. Basándonos en los antecedentes de investigación de motores de alto empuje y temperaturas ultraaltas, desarrollamos de forma independiente la tecnología de preparación de palas de motor a base de titanio y aluminio con temperaturas resistentes al calor superiores a 1000°C.

La nueva tecnología de orientación y cristal único con capacidad de enfriamiento ultra alta puede producir aleaciones de alta temperatura o materiales compuestos basados ​​en compuestos intermetálicos sin (menos) segregación, estructura ultrafina y orientación de alta precisión para cumplir con la nueva generación de alta Relación empuje-peso. Los requisitos para álabes de turbina y álabes guía de motores aeronáuticos con una larga vida útil y una temperatura de funcionamiento superior a 1200 °C. Los resultados de la investigación se pueden diseñar rápidamente y utilizar directamente en el desarrollo y producción de álabes guía y de turbinas de motores aeronáuticos de alto rendimiento.

El disco de pólvora resistente a daños a 750 ℃ ​​es el material clave para el disco de turbina necesario para el motor con relación de empuje 10 de mi país. Está en marcha el desarrollo de aleaciones monocristalinas de segunda y tercera generación. La aleación monocristalina de alta temperatura de segunda generación DD6 desarrollada por el Instituto de Materiales Aeronáuticos de Beijing se utiliza en palas de motores de turbinas avanzadas. Es la aleación monocristalina con el mejor rendimiento integral en China. Es adecuado para la fabricación de álabes de turbinas de gas con cavidades internas complejas y piezas de alta temperatura que funcionan en condiciones de alta temperatura, alto estrés, oxidación y corrosión. Completamente resistente a la oxidación a 1050-400 ℃, tasa de corrosión ≤0,18/m2 a 850-1000 ℃/100 h. Las propiedades de tracción, durabilidad, resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión en caliente del DD6 alcanzan o superan parcialmente las de las aleaciones monocristalinas extranjeras de segunda generación y tienen ventajas de bajo costo. El Laboratorio de Investigación de Aplicaciones y Materiales de Alta Temperatura de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing está llenando el vacío en materiales avanzados para discos de turbinas nacionales de acuerdo con el plan de investigación de alta relación empuje-peso y los requisitos del departamento de diseño, reservando tecnologías clave para materiales para motores de aviación con una alta relación empuje-peso, y la realización del proyecto de investigación del "Décimo Plan Quinquenal" sobre una alta relación empuje-peso. Investigación sobre discos de turbina de aleación en polvo de doble rendimiento y alta temperatura para motores, y desarrollo de discos de aleación de alto rendimiento que son difíciles de deformar a 750-850 °C. El subtema de 863 "Tecnología de preparación de formación de inyección de solidificación rápida de materiales estructurales de alto punto de fusión" estudia la microestructura especial de los materiales estructurales de alta temperatura formados por inyección y su relación con las propiedades de fatiga y fluencia a alta temperatura para establecer una base para solicitud.

China ha podido producir piezas forjadas de precisión de hojas de aleación de titanio de tamaño pequeño y mediano y piezas fundidas de precisión de hojas huecas direccionales en lotes pequeños, y ha desarrollado con éxito piezas fundidas de precisión de hojas de aleación de cristal único y piezas fundidas de carcasa de aleación de titanio con un Diámetro de 570 mm y un área proyectada inferior a 1 m2. Troqueles forjados. Existe una gran brecha con el nivel avanzado internacional, y también existe una gran brecha con la demanda de China de tecnología de procesamiento térmico en el desarrollo y producción de aviones de combate avanzados, aviones civiles avanzados y sus motores de alto índice de empuje y equipos aerotransportados. Es necesario estudiar la tecnología de formación de compuestos de prensado isostático en caliente de estructura blisk integral de doble aleación (hojas de cristal único y discos de polvo), la tecnología de formación de inyección de discos de turbina de aleación ultrapura de alta temperatura y tecnologías relacionadas, y el componente compuesto a base de aluminio. Tecnología de conformado por inyección para máquinas nuevas Desarrollar y preparar reservas técnicas. En vista de las necesidades de producción industrial de piezas típicas de aviones y motores en desarrollo y producción, se estudia el proceso de producción por lotes de prensado isostático en caliente directo y la confiabilidad de los discos de turbina de aleación en polvo de un determinado motor, y la aplicación de ingeniería de la tecnología de moldeo por inyección. en los discos de turbina de un determinado motor. Concentrar esfuerzos en superar las tecnologías clave de procesamiento térmico que se necesitan con urgencia para los aviones de combate avanzados y las aeronaves civiles avanzadas y sus motores de apoyo, como la tecnología de fundición de precisión de palas monocristalinas de refrigeración de alta eficiencia y la tecnología de forjado superplástico de discos de turbina de aleación de alta temperatura en polvo, para garantizar la buen progreso del desarrollo de nuevos aviones.

El Programa Integrado de Motores de Gas de Turbina de Alta Temperatura (IHPTET) de EE. UU. y el Programa de Materiales Avanzados para Motores Térmicos (HITEP) proponen que los materiales compuestos de matriz cerámica estén destinados a su uso en motores militares y civiles por encima de 1650°C. La tendencia actual de desarrollo de la tecnología avanzada de preparación de cerámica y la investigación básica se puede atribuir aproximadamente a la cristalización única y la transformación multifase de la cerámica, y a la estratificación de películas, láminas y múltiples capas de materiales a granel. Generalmente se cree que los materiales compuestos C/C son el material preferido para las piezas del extremo caliente de motores con una relación empuje-peso de 20 a 30 y un rango de temperatura de 1930 a 2227 °C. El peso es 1/4 de. aleaciones de alta temperatura y la resistencia específica es 5 veces mayor. La dirección del desarrollo es romper con los materiales de recubrimiento antioxidantes y la tecnología de proceso, el proceso de preparación de alta eficiencia y bajo costo, y la aplicación es cuestión de tiempo.

China ha desarrollado materiales compuestos de matriz cerámica que pueden funcionar a unos 1.300 grados centígrados y sus principales propiedades mecánicas han alcanzado el nivel avanzado internacional. Se lograron avances en tecnologías clave, como la fabricación de piezas estructurales de paredes delgadas con formas especiales y de tamaño casi neto, fabricadas con materiales compuestos de matriz cerámica, y piezas de prueba típicas a escala real, como las paredes flotantes de las cámaras de combustión de motores de aviones y el regulador de boquilla vectorial. Se prepararon escudos térmicos de láminas y algunas de las piezas se probaron en una prueba de evaluación de simulación ambiental.

En la actualidad, la tecnología de fabricación por cocción de piezas cerámicas grandes y piezas de formas complejas utilizadas a altas temperaturas, la tecnología de moldeo y procesamiento de piezas cerámicas de precisión fina y la tecnología de prueba no destructiva de defectos internos de piezas cerámicas se llevan a cabo en un De manera específica, lo que ha mejorado enormemente el nivel técnico de los productos cerámicos estructurales de mi país. La resistencia a la flexión de 30 Cf/Si3N4 alcanza los 454 MPa, la KIC alcanza los 15,6 MPa·m1/2 y el trabajo de fractura alcanza los 4770 J/m2, lo que es significativamente mejor que el de las cerámicas extranjeras de Si3N4. El compuesto intermetálico de alto punto de fusión SiCw(20)/MoSi2 desarrollado en China tiene una resistencia a la flexión y un KIC de 346 MPa y 4,01 MPa·m1/2 respectivamente. Mo5Si3 se considera un material candidato que puede usarse a altas temperaturas, con propiedades de fluencia superiores a 1300°C. China ha desarrollado con éxito cinco aleaciones de titanio de alta temperatura, incluidas Ti-55, Ti-633G, Ti-53311S, 7715C y HT-5-Y. Se desarrollaron varillas y placas de Ti3Al y anillos forjados de φ656 mm × 506 mm × 80 mm. La nueva aleación Ti-451 de alta tenacidad, que tiene una tenacidad a la fractura un 31% mayor que la Ti6Al4V, se ha utilizado en carcasas de registradores de accidentes de aviones, armaduras antibalas, cañones de lanzallamas, etc. China ha introducido una línea de producción de fundición y fundición de aleaciones Al-Li de nivel 6t y ha llevado a cabo investigaciones sobre la serie AlFeVSi de solidificación rápida, aleaciones de aluminio supercristalinas resistentes al calor de la serie Al-Si y compuestos de matriz de aluminio reforzados con fibras y partículas en el plan 863. . Además, la investigación y el desarrollo de aleaciones avanzadas de magnesio se han desarrollado rápidamente desde la década de 1990. La resina de poliimida termoestable KH-304 desarrollada y producida por el Instituto de Química de la Academia de Ciencias y el material compuesto KH-304/HT3 desarrollado y producido por el Instituto de Tecnología de Materiales de Beijing pueden soportar los conductos exteriores de los motores a reacción a 317°C. China todavía tiene lagunas importantes en la modificación de materiales poliméricos, el desarrollo de nuevos materiales especiales, tecnología y equipos de procesamiento de moldeo, diseño y desarrollo de productos