विमान के इंजनों में टाइटेनियम मिश्र धातु के अनुप्रयोग के बारे में बात करें

विमान के इंजनों में टाइटेनियम मिश्र धातु के अनुप्रयोग के बारे में बात करें

1960 के दशक में, जब यूनाइटेड किंगडम विश्व प्रसिद्ध, सिंगल-शॉट, वर्टिकल टेक-ऑफ और लैंडिंग "हैरियर" फाइटर P1127 विकसित कर रहा था, तो इसका एक प्रोटोटाइप, XP972, 30 अक्टूबर, 1962 को एक परीक्षण उड़ान पर था। परीक्षण उड़ान में, इस्तेमाल किए गए पेगासस इंजन में टाइटेनियम मिश्र धातु कंप्रेसर ब्लेड टाइटेनियम मिश्र धातु आवरण से टकरा गया, जिससे कंप्रेसर में आग लग गई। (आग की इस घटना को "टाइटेनियम फायर" कहा जाता है), जिससे इंजन मिसफायर हो गया और रुक गया, विमान दुर्घटनाग्रस्त हो गया, और पायलट को सफलतापूर्वक पैराशूट से बचाया गया और बचाया गया।

कुछ वर्षों बाद, 1960 के अंत में, जब संयुक्त राज्य अमेरिका के प्रैट एंड व्हिटनी ने तीसरी पीढ़ी के लड़ाकू F-15 के लिए 8.0 के थ्रस्ट-टू-वेट अनुपात के साथ एक F100 इंजन विकसित किया , कमीशनिंग प्रक्रिया के दौरान, एक इंजन एक उच्च दबाव कंप्रेसर के टाइटेनियम मिश्र धातु ब्लेड और जमीन पर एक परीक्षण चलाने के दौरान टाइटेनियम मिश्र धातु आवरण से टकरा गया, जिससे कंप्रेसर में आग लग गई ("टाइटेनियम आग"), आग की लपटें हर जगह फैल गईं , और अंततः पूरा इंजन आग में नष्ट हो गया (चित्र 2)।

चित्र 1. परीक्षण उड़ान के दौरान इंजन में "टाइटेनियम आग" के कारण "हैरियर" विमान का प्रोटोटाइप दुर्घटनाग्रस्त हो गया।

ये दो बड़ी विफलताएं दुनिया की सबसे शुरुआती विफलताएं थीं, जिसके कारण दो टाइटेनियम मिश्र धातु भागों के टकराने के कारण टाइटेनियम में आग लग गई, लेकिन उन्हें उस समय गंभीरता से नहीं लिया गया, जिससे वे बाद में कई इंजनों में कई बार दिखाई दिए। 1979 में आंकड़ों के अनुसार, 1962 से 1979 तक के 17 वर्षों में, पश्चिमी देशों में विमानन इंजनों में कुल 144 टाइटेनियम आग की घटनाएं हुईं, जिनमें से 59 कंप्रेसर आवरण के माध्यम से जल गईं।

1950 के दशक के अंत में, विमानन इंजनों में इस्तेमाल किए जा सकने वाले टाइटेनियम मिश्र धातु दिखाई दिए। इस मिश्र धातु के हल्केपन के कारण, इसका विशिष्ट गुरुत्व मिश्र धातु इस्पात की तुलना में 40 प्रतिशत कम है (दोनों का विशिष्ट गुरुत्व क्रमशः 4.5g/cm3 और 7.8g/cm3 है), और निकल (विशिष्ट गुरुत्व) की तुलना में 50 प्रतिशत कम है। निकल का गुरुत्वाकर्षण 8g/cm3 है), और इसमें संक्षारण प्रतिरोध अच्छा है। चूंकि एयरो इंजनों में एक बहुत ही महत्वपूर्ण सूचक-हल्कापन होता है, इसलिए एयरो इंजनों में टाइटेनियम मिश्र धातुओं को जल्दी से व्यापक रूप से अपनाया गया है।

उस समय, टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग इंजन के डिजाइन में तब तक किया जाता था जब तक तापमान की स्थिति की अनुमति होती है, जिसमें पंखे और कंप्रेशर्स, रूलेट व्हील्स, स्टैटिक ब्लेड्स, चेसिस और सीलिंग डिवाइसेस के काम करने वाले ब्लेड शामिल हैं।

हालांकि, उपयोग में, यह पाया गया कि इंजन के संचालन के दौरान आकस्मिक असामान्य स्थितियों के कारण, दो टाइटेनियम भागों (जैसे काम करने वाले ब्लेड और स्थिर ब्लेड, काम करने वाले ब्लेड और चेसिस) टकरा गए और जमीन गिर गई। उपयुक्त पर्यावरणीय दबाव और तापमान की शर्तों के तहत, चिंगारी उत्पन्न होगी और पुर्जे जलेंगे। इस घटना को "टाइटेनियम आग" कहा जाता है। एक बार जब टाइटेनियम के पुर्जे आग पकड़ लेते हैं, तो दहन प्रक्रिया बहुत तेजी से विकसित होती है। ब्लेड और केसिंग को जलाने में केवल कुछ सेकंड लगते हैं, और नुकसान की मात्रा बहुत गंभीर होती है। चित्रा 3 टाइटेनियम आग से जले हुए काम करने वाले ब्लेड के मलबे को दिखाता है।

चित्रा 3. टाइटेनियम आग से जले हुए कंप्रेसर का काम करने वाला ब्लेड

टाइटेनियम की आग न केवल टाइटेनियम और टाइटेनियम भागों के बीच हुई, बल्कि टाइटेनियम ब्लेड और स्टील के आवरण को गंभीर रूप से रगड़ने के बाद भी, टाइटेनियम ब्लेड जल ​​गया, और लौ ने कुंडलाकार खांचे से आवरण को भी जला दिया, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है 4. इंजन में, पंखे के घटकों में वायु प्रवाह का दबाव और तापमान कम होता है, जिससे टाइटेनियम की आग पैदा करना आसान नहीं होता है। इसलिए, टाइटेनियम आग की वजह से पंखे में विफलता शायद ही कभी होती है।

चित्र 4. इस्पात आवरण टाइटेनियम की आग से जल गया था, और एक चाप गायब था।

1970 और 1980 के दशक में, कुछ प्रसिद्ध इंजन, SUCH AS Pratt & Whitney's PW4000, GE's CF6 and F404, British Rolls-Royce's RB211, और पूर्व सोवियत संघ के HK-8, HK-86, Д{{8} } और АИ-25 सभी HAD टाइटेनियम फायर फेलियर थे।

सोवियत आँकड़ों के अनुसार, केवल 1977 और 1988 के बीच, HK–8, HK－86, Д–30 और АИ-25 जैसे सोवियत इंजनों में 30 से अधिक टाइटेनियम आग लगने की घटनाएं हुईं। एक अन्य उदाहरण F404 इंजन है जिसका उपयोग संयुक्त राज्य अमेरिका द्वारा F/A-18 वाहक-आधारित लड़ाकू GE के लिए किया जाता है। टाइटेनियम मिश्र धातु के उच्च दबाव वाले कंप्रेसर के काम करने वाले ब्लेड के कारण, यह टाइटेनियम मिश्र धातु आवरण से टकरा गया, जिससे टाइटेनियम में आग लग गई। लौ न केवल उच्च दबाव वाले कंप्रेसर आवरण के माध्यम से जल गई, बल्कि बाहरी आवरण आवरण के माध्यम से भी जल गई, जिससे इंजन में आग लग गई और विमान जल गया, जिससे अमेरिकी नौसेना को 4 F/A-18 विमान खोना पड़ा 1987 में एक वर्ष में। यह GE का CF-6 इंजन भी है। 1976 से, टाइटेनियम आग की घटनाएं लगातार घटित हुई हैं, और मध्य -1979 में चरम पर पहुंच गईं। गंभीर परिणामों के साथ एक वर्ष में 14 टाइटेनियम आग की घटनाएं हुईं।

इसके बाद, नए विकसित इंजनों में टाइटेनियम की आग को रोकने के उपाय करने के अलावा, कई वर्षों से उपयोग में आने वाले कुछ इंजनों के डिज़ाइन को भी संशोधित किया गया है। उदाहरण के लिए, F4 0 4 इंजन ने टाइटेनियम मिश्र धातु के उच्च दबाव वाले बहु-कंप्रेसर आवरण को मिश्र धातु इस्पात आवरण में बदल दिया, और उसी समय, टाइटेनियम मिश्र धातु के बाहरी आवरण को हल्के वजन वाले PMR15 समग्र में बदल दिया गया। सामग्री। सुधार के बाद इंजन का वजन 0.5 किलो बढ़ गया।

CFM56, जो कि F404 का सहयोगी मॉडल है (दोनों इंजनों की मुख्य मशीनें GE की F101 की मुख्य मशीनों से विकसित की गई हैं), को भी तदनुसार सुधारा गया है। CFM56 उच्च दबाव कंप्रेसर का चेसिस मूल रूप से टाइटेनियम मिश्र धातु से बना था। टाइटेनियम मिश्र धातु के काम करने वाले ब्लेड को चेसिस से टकराने और टाइटेनियम की आग लगने से बचाने के लिए, बहुत ही जटिल पहनने के लिए प्रतिरोधी और टाइटेनियम-आग प्रतिरोधी बहु-परत डिब्बों का एक सेट संबंधित काम करने वाले ब्लेड के रिंग बेल्ट में जोड़ा गया है। हवाई जहाज़ के पहिये।

F404 ने टाइटेनियम आवरण को मिश्र धातु इस्पात में बदलने के बाद, 1978 में, CFM56 ने टाइटेनियम मिश्र धातु से मिश्र धातु इस्पात के उच्च दबाव कंप्रेसर के आवरण को भी बदल दिया। इसी समय, टाइटेनियम मिश्र धातु के बाहरी आवरण को भी PMR15 मिश्रित सामग्री में बदल दिया गया। इस सुधार से इंजन के पुर्जों की संख्या में 140 टुकड़े कम हो गए, लेकिन वजन में 5.64 किलोग्राम की वृद्धि हुई।

GE के CF6 श्रृंखला इंजनों के प्रारंभिक चरण में, उच्च दबाव कंप्रेसर आवरण टाइटेनियम मिश्र धातु से बना था, लेकिन 1979 से इसके बजाय मिश्र धातु इस्पात का उपयोग किया जाने लगा है।

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 डिग्री), ग्रेट रिंग और सीलिंग रिंग सभी को मिश्र धातु इस्पात से बदल दिया गया है।

A4-25 इंजन के उच्च दबाव कंप्रेसर के 4-6 ग्रेड शिज़ुको ब्लेड मूल रूप से टाइटेनियम मिश्र धातु से बने थे, लेकिन 1980 के दशक के बाद, उन्हें टाइटेनियम मिश्र धातु से मिश्र धातु इस्पात में बदल दिया गया है। A30 इंजन के लिए उच्च दबाव कंप्रेसर के मूल डिजाइन में, 10 वीं चरण के स्थिर ब्लेड के लिए मिश्र धातु इस्पात को छोड़कर, सभी स्तरों पर बाकी स्थिर ब्लेड के लिए टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग किया गया था। 1980 के दशक में, स्टैटिक ब्लेड के 5वें से 9वें समूह और स्टेज 4 के बाद पहियों के बीच ड्रम रिंग को अलॉय स्टील से बदल दिया गया। इस्पात।

प्रसंस्करण और निर्माण में भी टाइटेनियम मिश्र धातु भागों की विशेष आवश्यकताएं होंगी। जब हमारे देश ने टाइटेनियम मिश्र धातु प्रशंसक ब्लेड के पहले बैच को संसाधित किया, तो उसे अभूतपूर्व प्रसंस्करण विफलताओं का सामना करना पड़ा।

फैन ब्लेड की अंतिम प्रक्रिया ब्लेड बॉडी को पॉलिश करना है। तथाकथित पॉलिशिंग तब होती है जब ब्लेड एक उच्च गति वाले घूमने वाले पॉलिशिंग व्हील पर एक दूसरे के खिलाफ रगड़ते हैं, और ब्लेड की सतह को न केवल डिज़ाइन आकार की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पॉलिश किया जाता है, बल्कि सतह को चमकदार बनाने के लिए भी पॉलिश किया जाता है। जब ब्लेड को पॉलिश किया जाता है, तो ब्लेड की सतह और ग्राइंडिंग व्हील एक दूसरे के खिलाफ रगड़ते हैं, जो बड़ी मात्रा में चमकदार मार्स का उत्पादन करेगा, जो रात के आकाश में आतिशबाजी की तरह जमीन पर छिड़का जाएगा। जब स्टील के ब्लेड को पॉलिश किया जाता है, तो इन मार्स को नीचे की ओर स्प्रे किया जाता है, हवा से ठंडा किया जाता है, धीरे-धीरे लाल से ग्रे में बदल जाता है, और अंत में कम तापमान वाले काले चिप्स में बदल जाता है, जिससे संसाधित भागों पर कोई बुरा प्रभाव नहीं पड़ेगा। इसलिए, ब्लेड पॉलिशिंग वर्कशॉप में, ब्लेड वाले मल्टी-कम्पार्टमेंट पार्ट्स बॉक्स को आमतौर पर पॉलिशिंग व्हील के नीचे रखा जाता है। जिन ब्लेडों को पॉलिश किया जाना है और जिन ब्लेडों को पॉलिश किया गया है, उन्हें उस जगह में डाला जाता है जहां ब्लेड लगाए जाते हैं, और ब्लेड के शीर्ष को ढक्कन से ढका नहीं जाता है।

जब हमने टाइटेनियम मिश्र धातु प्रशंसक ब्लेड के पहले बैच को संसाधित किया, तो हमने पुराने अभ्यास का पालन किया। नतीजतन, जब पंखे के ब्लेड को घटक असेंबली सेक्शन में भेजा गया, तो हमने पाया कि कई ब्लेड की सतह पर कई एब्लेशन पॉइंट थे, जो हैरान करने वाला था। सावधानीपूर्वक विश्लेषण और निरीक्षण के बाद, रहस्य का पता चला।

यह पता चला है कि जब टाइटेनियम मिश्र धातु के ब्लेड को पॉलिश किया जाता है, तो छीलन द्वारा निर्मित मार्स, गिरने की प्रक्रिया के दौरान, लगातार हवा से ऑक्सीजन को अवशोषित करता है, जिससे मंगल बड़ा और बड़ा होता है, और तापमान अधिक होता है। जब ये उच्च तापमान वाले मार्स पुर्जों के डिब्बे में डाले गए ब्लेड की सतह पर फूटते हैं, तो कुछ अपस्फीति बिंदु उत्पन्न होते हैं। कारण पता चलने के बाद, पुर्जों के डिब्बे पर एक ढक्कन लगाया गया जहाँ ब्लेड लगाए गए थे, जिससे इस बड़ी समस्या का समाधान हो गया।