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超精密激光加工技术在航空工业领域的应用
超精密激光加工技术在航空工业领域的应用
时间:2023-04-18 14:37   作者:楚天澳门新莆京4117   来源:楚天澳门新莆京4117   点击:


激光加工技术广泛应用于新能源电池及汽车、半导体、光通讯、军工科研、医疗、电子电器等多个行业,本文主要介绍超精密激光加工技术在飞机发动机上的相关应用,和楚天澳门新莆京4117一起来看下。

2023年2月,C919国产大飞机圆满完成100小时验证飞行。自2006年国务院成立大型飞机重大专项领导小组以来,国产大飞机历经17年的设计研发,终于飞上了蓝天。

在现代航空飞行中,发动机被称为飞机的“心脏”,扮演着至关重要的角色。作为一种高度复杂和精密的热力机械,具有研发难度高且容错率低的特征,其核心技术长期受到国外技术封锁,研发难度可想而知。

因此,飞机发动机的自主研发有利于降低对进口发动机的依赖,增强我国的自主创新能力,提高我国的航空工业水平,对促进我国航空工业的发展具有重要意义。

1、燃烧室是飞机发动机的关键之一

火焰筒是航空发动机燃烧室的主要组成部件,也是发动机最重要的受热部件之一,燃油和压缩空气在火焰筒内混合燃烧,将燃油的化学能转化为热能。

随着航空发动机性能不断提升,航空发动机燃烧室进口温度也随之不断提高,为保障火焰筒在极端高温环境下长时间稳定持续工作,在改进火焰筒材质来增加整体耐高温能力的同时,必须考虑对其进行冷却降温,通过在火焰筒合金材料上涂覆陶瓷涂层并结合气膜冷却的方式是目前采用的主要手段之一。

发动机火焰筒

火焰筒气膜孔的空间分布复杂、需求位移行程广、角度分布大,对加工质量和加工精度要求都极高。而表面涂敷有热障涂层的高温合金因其不导电性,常规的电火花/电液束方式已无法加工,且不良的加工方法容易造成表面涂层损伤,继而影响发动机整体使用寿命。

而超精密激光加工技术,可以解决以上痛点,实现带热障涂层火焰筒异形气膜孔高品质(涂层无掉块、无开裂、表面无飞溅及烧蚀等缺陷、气膜孔几何尺寸和位置度符合设计要求)制孔。

2、超精密激光加工助力突破“卡脖子”困境

火焰筒气膜孔加工是航空发动机制造的核心技术之一,加工质量的优劣直接影响发动机性能、寿命与成本。面对国际上的技术垄断,中国必须走出一条自主研发制造之路,才能真正做到“科技强国”。

航空发动机被称为工业皇冠上的明珠,是飞机飞行的动力,也是促进航空事业发展的动力。它具有“四高”的特点,即“高温、高转速、高负荷、高推比”。此外,民用航空发动机还要求低噪音、低排放、长寿命。这对我们的超精密激光加工项目的推进提出了高要求。

本项目利用国产连续激光器/纳秒光纤激光器,设计研制五轴运动控制系统,采用冲去打孔的模式,实现火焰筒气膜孔激光加工设备的国产化。

声光微纳研究所设计研制的设备利用高功率脉冲激光结合自主开发的高速旋切技术,可实现气膜孔的高质量加工。这种方法具有加工精度高,热影响区小,锥度与孔型可控,加工效率高,热障涂层剥离量小等优势,并能适配不同类型异形气膜孔的加工。可适用于含有或者不含有热障涂层的工件,包括不锈钢,高温合金,钛合金,CMC、CFRP复合材料的气膜孔加工。

3、激光应用多领域迅速渗透

超精密激光加工技术主要用于陶瓷、金属、玻璃、有机材料等各类材料的精细微加工,加工方式包括激光打孔、激光切切削、激光刻蚀、激光刻槽以及各种异型的微细加工。小到手机等消费电子产品的屏幕切割、logo打标,大到航空发动机的火焰筒、新能源汽车等,激光精密加工渗透至各个领域。

目前,国内激光技术已日趋成熟,能解决许多常规方法难以达到的高、精、尖、硬、难等加工问题。且激光精密加工装备将朝着自动化、数字化、智能化的方向高速发展,可产生显著的经济和社会效益。
 

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