Der Flugmotor ist das „Herz“ des Flugzeugs. Bei den Triebwerken ziviler Passagierflugzeuge stehen Sicherheit und Zuverlässigkeit im Vordergrund, während bei Militärtriebwerken auf dieser Grundlage auch ein größerer Schub sowie der maximale Schub bei eingeschaltetem Nachbrenner angestrebt werden. Es ist ersichtlich, dass der stärkste Akteur auf dem Gebiet der Luftfahrtmotoren militärische Luftfahrtmotoren sein müssen und militärische Motoren als Höhepunkt der menschlichen Technologie gelten. Länder, die in der Lage sind, Luft- und Raumfahrttriebwerke zu erforschen und zu entwickeln, herzustellen und zu produzieren, exportieren ihre eigene Technologie im Allgemeinen nicht ohne weiteres. Sie exportieren nur fertige Motoren, einige müssen sogar zur Wartung in das Herkunftsland zurückgeschickt werden. Wie schwierig ist es, einen Flugzeugmotor zu bauen? Die Schwierigkeit bei der Herstellung liegt in der komplexen Struktur und den hohen Präzisionsanforderungen, die viele Aspekte wie Materialauswahl, Design, Herstellung, Steuerungssystem und strenge Tests umfassen. Schauen wir es uns gemeinsam an.
Schwierig zu kopieren und zu zerlegen
Die Schwierigkeit der Herstellung von Flugtriebwerken spiegelt sich zunächst in der Schwierigkeit des Kopierens und Zerlegens wider. Das Erscheinungsbild eines Autos oder Flugzeugs kann durch Reverse Mapping kopiert werden. Natürlich sind Autos auch leicht zu kopieren. Es gibt auch Kopien des Aussehens von Flugzeugen, etwa der Tu-160- und B-1B-Bomber, aber das Kopieren von Triebwerken ist ohne den Einsatz von Zeichnungen einfach unmöglich. Beispielsweise hat das Triebwerk der CFM-56-Serie, das derzeit am häufigsten im Passagierflugzeug Boeing 737 eingesetzt wird, seit seinem ersten Betrieb im Jahr 1974 bis heute mehr als 20.{5}} Einheiten produziert. Es wird in fast allen Single-Aisle-Passagierflugzeugen eingesetzt, hauptsächlich von Boeing und Airbus.
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Bei der Demontage von CFM-56 werden Sie feststellen, dass die Triebwerksschaufeln mit vielen kleinen Luftlöchern von der Größe eines Fingernagels übersät sind. Ohne die Positionierung von Zeichnungen ist es unmöglich, sie zu kopieren. Sobald die Luftlöcher an der falschen Position gestanzt werden, wirkt sich dies direkt auf die Wärmeableitung der Rotorblätter aus und die Gesamtleistung der Nachbildung wird verringert. Aufbauend auf der technischen Grundlage des CFM-56 hat GE Triebwerke entwickelt, die in verschiedenen Flugzeugmodellen eingesetzt werden können und in direkter Konkurrenz zu Pratt & Whitney stehen.
Materialien sind schwierig herzustellen
Der Flugmotor ist eigentlich sehr einfach. Nehmen Sie als Beispiel den klassischen CFM-56-Motor, der einen Niederdruckkompressor, einen neunstufigen Hochdruckkompressor, eine Hochdruckturbine der ersten Stufe, eine vierstufige Niederdruckturbine und eine enthält Ringbrennkammer in der Mitte. Diese Strukturen weisen jedoch unterschiedliche Arbeitstemperatur- und Druckumgebungen auf, was bedeutet, dass die verwendeten Materialien unterschiedlich sind. Nehmen wir als Beispiel Turbinenschaufeln. Die Arbeitsumgebung hat Tausende Grad Celsius, Zehntausende Umdrehungen pro Minute und sie bestehen aus einer Mischung mehrerer Metalle mit unterschiedlichen Anteilen.
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Da die Schaufeln in der Nähe der Brennkammer höheren Temperaturen ausgesetzt sind und die Materialien darauf ausgelegt sind, hohen Temperaturen standzuhalten, sind die Anteile seltener Metallelemente unterschiedlich. Wenn alle gleichen hochtemperaturbeständigen Materialien verwendet werden, wird der Stückpreis hoch und die Wirtschaft schlecht sein. Für kommerziell betriebene Triebwerke für zivile Passagierflugzeuge ist es am besten, kostengünstig und einfach zu bedienen zu sein.
Ebenso unterscheiden sich neben den Turbinenschaufeln auch die in den einzelnen Triebwerkskomponenten verwendeten Materialien. Die von der Boeing 737 verwendete CFM-56-Triebwerksturbine besteht aus einer Hochtemperaturlegierung, und einige andere Teile bestehen aus Verbundwerkstoffen. Derzeit beliebter sind Verbundwerkstoffe auf Harzbasis. Der externe Kanalempfänger F-119 von Pratt & Whitney verwendet dieses Material, das Temperaturen von 400 Grad Celsius standhält, und die Kosten können ebenfalls kontrolliert werden.
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Hohe Bearbeitungspräzision
Wenn Sie über fortschrittliche Materialien und Zeichnungen verfügen, heißt das nicht, dass Sie ein hervorragendes Flugtriebwerk bauen können, denn die Verarbeitungstechnologie ist das letzte Hindernis. Der Fan eines CFM-56-Triebwerks hat nur einen Durchmesser von 1,55 Metern und eine Länge von 2,5 Metern. Es muss auf so kleinem Raum 86 kN Schubkraft erzeugen. Sie können sich vorstellen, wie kompliziert die Verarbeitungstechnologie ist.
Aus einer kleinen Perspektive, am Beispiel der aktuellen Mainstream-Einkristall-Turbinenschaufeln, erfordert der Präzisionsgussprozess einen Fehler von 0,1 mm, um sicherzustellen, dass jede Schaufel normal funktionieren kann. Um verschiedene Legierungsmaterialien gemeinsam zu verarbeiten, müssen Sie die Verarbeitungsfähigkeiten und Schweißtechniken von Hochtemperaturlegierungen beherrschen. Gleichzeitig laufen der Motorrotor und die Rotorblätter im Betrieb mit hoher Geschwindigkeit. Mangelnde Handwerkskunst führt dazu, dass der Motor schnell verschleißt und eine kurze Lebensdauer hat, was sich direkt auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt.
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Die hohen Anforderungen an die Technik begünstigen auch die Effizienz des Flugtriebwerksbetriebs. Am Beispiel von Klingen hat GE eine nahtlose, stumpf verbundene Klinge entwickelt. Am äußeren Ende des Motorblatts befindet sich eine Software aus Spezialmaterial, die bei laufendem Blatt verwendet werden kann. Lässt sich nahtlos mit der Außenringstruktur verbinden, um die Motoreffizienz zu verbessern. Solche weichen Materialien stellen sehr hohe Anforderungen an die Verarbeitungstechnologie. Sie müssen nicht nur stabil sein, sondern auch wirtschaftlich und wartungsarm sein. Andernfalls wird zwar die Effizienz des Triebwerks verbessert, aber auch das Bodenpersonal stärker belastet und die wirtschaftliche Leistung wird nicht deutlich genug sichtbar sein.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Flugtriebwerke aus Sicht der Rückvermessung, Werkstoff- und Verarbeitungstechnologie die Krone des Industrieingenieurwesens und ein Symbol der wissenschaftlichen und technologischen Stärke eines Landes darstellen.
Basierend auf dem WS-10-Triebwerk „Taihang“ hat mein Land unabhängig das WS-20-Turbofan-Triebwerk mit hohem Nebenstromverhältnis und hohem Schub für militärische und zivile Zwecke entwickelt, das mit dem Y ausgestattet ist -20 strategische Transportflugzeuge. Unser Land entwickelt außerdem das Yangtze-1000Turbofan-Triebwerk mit hohem Nebenstromverhältnis für den Einbau in zivile C-919-Flugzeuge und plant die Montage und Produktion des erstklassigen LEAP-X-Triebwerks „Safran“ im Inland . Gleichzeitig wird auch die nächste Generation fortschrittlicher Triebwerke mit großem Nebenstromverhältnis und einem Schub von 200 bis 400 kN entwickelt. Diese Projekte deuten alle darauf hin, dass die „Blowout“-Ära der chinesischen Motoren mit großem Nebenstromverhältnis bevorsteht.
