01
Įvadas į šį straipsnį
Itin greita lazerio technologija yra pažangi technologija, kuri per itin trumpą laiką sukuria didelio{0}}intensyvumo šviesos impulsus, o jos taikymas aviacijos ir kosmoso srityje sulaukia vis daugiau dėmesio. Ši technologija garsėja išskirtiniais matavimo, gamybos ir ryšių našumu, o plačiai taikomas kosmoso inžinerijoje suteikia naujų galimybių pagerinti orlaivių veikimą ir saugą.
Itin greiti lazeriai paprastai reiškia lazerius, kurių impulsų plotis mažesnis nei 10^-12 sekundžių, daugiausia įskaitant femtosekundinius lazerius (1 fs=10^-15 s) ir pikosekundinius lazerius (1 ps=10^-12 s). Kadangi itin greiti lazerio impulsai veikia itin trumpai, jie gali akimirksniu sukurti labai didelę didžiausią galią. Todėl, skirtingai nuo įprastų lazerinio apdorojimo metodų, kurie medžiagas veikia per fototerminius efektus, itin greitų lazerių apdorojimo mechanizmas yra tiesioginis elektroninis būsenos sugėrimas, kuris perduoda energiją medžiagos grotelėms, nutraukia jos ryšius ir galiausiai išstumia kaip plazmą. Be to, skirtingai nuo įprastų nuolatinių lazerių terminio apdorojimo, itin greitas lazerinis apdorojimas labiau suderinamas su „šaltojo apdorojimo“ metodu. Atsižvelgiant į lazerio ir medžiagos sąveikos mechanizmą, femtosekundinis lazerinis apdorojimas gali pasiekti aukštą tikslumą, minimalias termiškai paveiktas zonas, be terminio lydymosi, iš naujo sluoksnio ir mikroįtrūkimų. Tai vienas geriausių būdų pagerinti aviacijos variklių turbinos mentės plėvelės aušinimo angų paviršiaus vientisumą.
02 Specifiniai pritaikymai (1) Aviacinių variklių turbinų menčių apdirbimas dujų plėvele
Turbinos menčių, kaip pagrindinės aviacinio variklio sudedamosios dalies, konstrukcija, gamybos kokybė ir eksploatacinės savybės turi įtakos variklio tarnavimo laikui. Paprastai šiluminės izoliacijos dangos dedamos ant aukštos temperatūros lydinių paviršiaus, kad peiliai būtų tvirti, plastiški, atsparūs korozijai ir aukštai{2}} temperatūrai. Be to, paviršiuje suprojektuotos dujinės plėvelės skylių konstrukcijos. Išleidžiant šaltą orą iš komponento vidaus ir sukuriant oro srautą per mažas skylutes, ant paviršiaus susidaro apsauginė šalto oro plėvelė, izoliuojanti karštas dujas ir apsauganti komponentą. Tačiau dabartiniai apdorojimo metodai, pvz., elektros išlydžio apdirbimas ir ilgas-impulsinis apdirbimas lazeriu, turi trūkumų, įskaitant ne-laidius šilumos barjero sluoksnius, dangos atsisluoksniavimą, įtrūkimus ir dangos atskilimą, todėl sunku padaryti gerai-suformuotas mažas skylutes.
Tobulėjant itin greito lazerinio apdorojimo technologijai, femtosekundiniai lazeriai dabar naudojami dujų skylėms ant turbinų menčių sukurti be dangos išsisluoksniavimo ar įtrūkimų, o matmenys atitinka techninius reikalavimus. Tai suteikia naują technologiją dujų plėvelės skylėms aerovariklio komponentuose gaminti.
Daugelio dujų plėvelės aušinimo angų apdirbimas ant šiluminiu barjeru{0}}dengtų turbinų menčių yra labai svarbus norint pritaikyti didelį traukos-svorio santykį ir didelio našumo Femtosekundinė lazerinė mikro{5}}skylių apdorojimo technologija, kurios pranašumai – didelis tikslumas, aukšta kokybė ir šaltas apdorojimas, įgalina aukštos-kokybės mikro{7}}angas apdirbti varikliams. Nuolat tobulinant femtosekundžių lazerinio gręžimo technologiją, dabar galima pasiekti aukštą-tikslumą apdirbti dujų plėvelės skylutes ant šiluminiu barjeru{10}}dengtų ašmenų be išlydytų sluoksnių, mikro{12}}įtrūkimų ar karščio{13}}užtikrinant, kad po terminio apdorojimo paveiktų zonų nebūtų išjungta juoda danga. Todėl femtosekundinė lazerinė mikro{15}}skylių apdorojimo technologija yra pasirengusi tapti svarbiu metodu gaminant dujų plėvelės skyles ant šiluminiu barjeru{16}}dengtų turbinų menčių.
(2) Plėvelės aušinimo angų apdirbimas aviacinių variklių degimo kameroje
Liepsnos vamzdis yra pagrindinė aviacinio variklio degimo kameros dalis ir viena iš svarbiausių karščiui{0}}atsparių dalių. Kad liepsnos vamzdis veiktų stabiliai ir nenutrūkstamai esant itin aukštai{2}}temperatūrai, jis turi būti atvėsintas. Šiuo metu įprastas metodas apima dangų ir perforacijų derinį. Naudojant ilgą-impulsinį apdirbimą lazeriu, gali atsirasti defektų, pvz., dangos abliacijos, purslų ir briaunų atskilimo, o tai labai paveikia liepsnos vamzdžio tarnavimo laiką. Šiuo metu naudojant pikosekundinį lazerinį apdirbimą galima sukurti plėvelės aušinimo angas, kurių paviršius nesisluoksniuoja ar nesisluoksniuoja, o matmenys atitinka techninius reikalavimus, kaip parodyta 2 ir 3 paveiksluose.
(3) Specialių formų griovelių apdirbimas aerodinaminiuose varikliuose
Sandarinimo savybės turi didelę įtaką aviacinių variklių veikimui. Pastaraisiais metais, tobulėjant aviacijos pramonei, variklių našumas nuolat gerėjo, o eksploatavimo sąlygos tapo vis sudėtingesnės. Gedimų, atsiradusių dėl variklio sandariklio veikimo sutrikimų, daugėja, todėl šias problemas reikia skubiai spręsti. Todėl variklių sandarinimo technologijai pasiūlyti nauji reikalavimai. Pirštų galiukų sandarikliai – tai naujo tipo įtaisas, kuriuo galima sandarinti pagrindinę aviacinių variklių guolių kamerą ir oro srauto kelius. Pirštų galiukų sandarinimo komponentų apdirbimas reikalauja didelio tikslumo. Dabartinis mechaninis apdirbimas, elektros išlydžio apdirbimas ir ilgas{6}}impulsinis apdirbimas lazeriu negali išspręsti tokių problemų kaip deformacijos ir deformacijos, atsirandančios apdorojimo metu. Tačiau femtosekundiniai lazeriai dėl itin didelio energijos tankio ir labai trumpo apdorojimo laiko užtikrina aukštą efektyvumą ir tikslumą apdirbimo procese. Ant pirštų galiukų sandariklio komponentų neatsiranda jokių defektų, pvz., perlietų sluoksnių, įtrūkimų ar įtrūkimų, todėl tai yra naujas metodas, skirtas apdirbti specialios formos{10} formos griovelius didelio tikslumo{10}}aviacinių variklių dalyse.
03
Išvados ir perspektyva
Kaip pažangi medžiagų apdorojimo ir gamybos technologija, itin greitas lazerinis apdorojimas turi plačias taikymo perspektyvas aviacijos ir erdvėlaivių variklių gamybos srityje. Taikant itin greitą lazerinį apdorojimą, skirtingi lazerinio proceso parametrai turėtų būti parenkami pagal medžiagos charakteristikas, siekiant sumažinti proceso etapus, pagerinti apdorojimo efektyvumą ir užtikrinti medžiagos formavimo kokybės ir matmenų tikslumą. Plėtojant itin greitą lazerinę technologiją ir tobulinant proceso optimizavimą, bus veiksmingai išspręstos tokios problemos kaip mažas apdorojimo efektyvumas ir ribotas apdirbamas storis. Be to, dvigubo-impulsinio lazerio apdorojimo technologija, apjungianti itin greitą apdorojimą lazeriu su ilgu-impulsiniu lazeriu, bus ateities kryptis gerinant kokybę ir efektyvumą.
