4.压缩机叶片是用铸件铸造而成的。在这个过程中,用来制造叶片的合金被倒入陶瓷模具中,在熔炉中加热,然后冷却。接着打破模具,取出叶片进行机加工——切割或成型,变成最终的叶片(见图4)。
图4 压气机叶片和燃烧室均为铸造而成。
燃烧室
5.燃烧室必须在小空间内混合空气和燃料,并在极端高温下长时间工作。为此,燃烧室由钛合金制成。该合金首先加热,然后倒入几个复杂的分段模具。这些部件从模具中取出,冷却后焊接在一起,然后安装到发动机上。
涡轮圆盘和叶片
6.涡轮圆盘是由制造压缩机圆盘所用的粉末冶金工艺形成的。(见图5)
7.涡轮叶片紧贴在燃烧室的后方并在其产生的高温环境下工作,因此涡轮叶片采用的生产方法与最终的结构与压缩机叶片有所不同:耐高温陶瓷外壳内铸有高温镍铝合金。叶片的结构中还包含复杂的冷却管道;否则,高温依然可能将它们熔化。
8.首先,将蜡倒入金属模具中形成叶片的复刻品(见图5)。一旦蜡的形状定型,就从模具中取出并覆盖陶瓷涂层。然后加热每一簇叶片,使陶瓷变硬并熔化蜡。
图5 涡轮圆盘是用粉末冶金工艺制造的。涡轮叶片是用蜡制作叶片的复制品,并在其表面涂上陶瓷,加热每一个叶片使陶瓷变硬并熔化蜡。然后,将熔化的金属倒入熔化的蜡留下的空心区域,并以单晶结构生长。
9.熔化的金属被倒进熔化的蜡留下的空心区域。每个叶片内部的风冷管道也是在这个生产阶段形成的。在模具的底部,螺旋结构连接到一个水冷的盘子上。填充的模具慢慢地从熔炉中抽出,进入冷却室。金属开始在较冷的盘子上凝固,晶体开始沿直线长成螺旋结构,此时模具正在取出。晶体的螺旋结构只允许增长最快的晶体在模具的主要部分生长。随着模具被慢慢地抽出,晶体继续生长到空间的其余部分。这种单晶工艺确保了金属结构中没有晶界,而晶界是潜在的机械损伤区域。
10.制造涡轮叶片的下一个和最后一个阶段是机器整形和激光钻孔或火花刻蚀。首先,通过锉削将叶片加工成所需的最终形状;其次,为了满足内部冷却通道的需要,在每个叶片上打上平行的小孔,这些孔要么是由一束小激光束刻蚀形成的,要么是小心控制火花在叶片上烧出洞来,也就是所谓的火花刻蚀。
排气系统
11.内部管道和加力燃烧器(附在发动机上的排气管上)由钛铸成,外部管道和发动机舱(发动机外壳)由凯夫拉纤维制成。这三个部件焊接成一个子部件后,整个发动机就可以组装起来了。
总装
12.发动机基本是由人工安装各种组件和配件的。组装首先是用螺栓将高压涡轮固定在低压涡轮上。接下来,将燃烧室固定在涡轮机上。制造平衡涡轮总成的工艺是利用CNC(计算机数控)工业机器人来完成的,该机器人能够选择、分析涡轮叶片并将其连接到轮毂上。
13.将涡轮机和燃烧室组装好,高压和低压压缩机也连接起来。风扇和由最前端的组件组成的机架再连接起来。主传动轴连接低压涡轮与低压压缩机,然后安装风扇,至此完成发动机核心组装。
14.在连接排气系统(最后的组件)后,发动机被运送到飞机制造厂。在那里,管道、电线、配件和飞机的气动外壳将被组装在一起。
当新设计的发动机开始生产后,第一台被制造的新型号被指定作为质量检测对象(性能测试机)。在此过程中,工作人员对发动机进行各项测试以模拟其在各种环境下的工作状态,以及对不利因素的反应。这些影响包括极端天气、空中的异物(如鸟类)或碎片的撞击、长时间飞行和反复启动。
作为新设计制造的第一个引擎,一直是用于质量测试,永远不会投入商业使用。