01
Uvod u ovaj član
Ultrabrza laserska tehnologija je napredna tehnologija koja generiše svetlosne impulse visokog{0}}intenziteta u izuzetno kratkom vremenu, a njene primene u vazduhoplovstvu sve više privlače pažnju. Ova tehnologija je poznata po svojim izvanrednim performansama u merenju, proizvodnji i komunikaciji, a njena široka primena u vazduhoplovnom inženjerstvu pruža nove mogućnosti za poboljšanje performansi i bezbednosti aviona.
Ultrabrzi laseri se općenito odnose na lasere sa širinom impulsa manjim od 10^-12 sekundi, uglavnom uključujući femtosekundne lasere (1 fs=10^-15 s) i pikosekundne lasere (1 ps=10^-12 s). Budući da ultrabrzi laserski impulsi djeluju izuzetno kratko, mogu trenutno proizvesti vrlo veliku vršnu snagu. Stoga, za razliku od uobičajenih metoda laserske obrade koje djeluju na materijale putem fototermalnih efekata, mehanizam obrade ultrabrzih lasera je direktna apsorpcija elektronskog stanja, koja prenosi energiju na rešetku materijala, razbija njegove veze i konačno je izbacuje u obliku plazme. Štaviše, za razliku od termičke obrade običnih kontinuiranih lasera, ultrabrza laserska obrada je više usklađena s metodom "hladne obrade". Iz perspektive mehanizma interakcije između lasera i materijala, femtosekundna laserska obrada može postići visoku preciznost, minimalne zone pod utjecajem topline, bez termičkog topljenja, bez ponovnog sloja i bez mikropukotina. To je jedna od najboljih metoda za poboljšanje površinskog integriteta formiranja otvora za hlađenje lopatice turbine u avionskim motorima.
02 Specifične primjene (1) Obrada rupa lopatica aeromotornih turbina u plinskom filmu
Kao osnovna komponenta aeromotora, dizajn, kvalitet proizvodnje i operativne performanse lopatica turbine utječu na vijek trajanja motora. Općenito, premazi termalne barijere nanose se na površinu visoko-legura za visoke temperature kako bi se oštricama dala visoka žilavost, visoka plastičnost, otpornost na koroziju i visoka -otpornost na temperaturu. Osim toga, na površini su dizajnirane strukture rupa od plinskog filma. Otpuštanjem hladnog zraka iz unutrašnjosti komponente i stvaranjem protoka zraka kroz sitne rupice, na površini se stvara zaštitni film hladnog zraka koji izolira vrući plin i štiti komponentu. Međutim, trenutne metode obrade, kao što su obrada električnim pražnjenjem i dugo{6}}pulsna laserska obrada, imaju nedostatke, uključujući nevodljive slojeve termalne barijere, raslojavanje premaza, pukotine i lomljenje premaza, što otežava proizvodnju dobro-formiranih malih rupa.
Sa razvojem ultrabrze tehnologije laserske obrade, femtosekundni laseri su sada korišćeni za stvaranje rupa za gas na lopaticama turbine bez raslojavanja premaza ili pukotina, i sa dimenzijama koje zadovoljavaju tehničke zahteve. Ovo pruža novu tehnologiju za proizvodnju rupa od plinskog filma u komponentama aeromotora.
Obrada brojnih otvora za hlađenje plinskog filma na lopaticama turbine obložene termičkom barijerom- ključna je za primjenu motora visokog potiska-prema-omjeru težine, visokih-performansi, čime se postavljaju viši zahtjevi za obradu ovih obloženih lopatica. Femtosekundna laserska mikro-tehnologija obrade rupa, sa svojim prednostima visoke preciznosti, visokog kvaliteta i hladne obrade, omogućava visoko{6}}kvalitetne mikro-mašinske obrade za motore. Uz kontinuirana poboljšanja tehnologije femtosekundnog laserskog bušenja, sada je moguće postići visoku{9}}preciznu obradu rupa od plinskog filma na lopaticama obloženim termičkom barijerom-bez ponovno-otopljenih slojeva, mikro-pukotina ili toplina{13}}zahvaćenih zona koje zahvaćaju zone koje su zahvaćene toplinom, a nakon termičke obrade traka ne isključuje crni sloj. Stoga je femtosekundna laserska mikro-tehnologija obrade rupa spremna da postane važna metoda za proizvodnju rupa za plinski film na lopaticama turbine obložene termalnom barijerom{16}}.
(2) Obrada otvora za hlađenje filma u komori za sagorijevanje avio motora
Plamena cijev je glavna komponenta komore za sagorijevanje avio motora i jedan od najvažnijih dijelova otpornih na toplinu{0}}. Kako bi se osiguralo da plamena cijev radi stabilno i kontinuirano u uslovima ekstremno visokih{2}}temperatura, mora se ohladiti. Trenutno uobičajena metoda uključuje kombinaciju premaza i perforacija. Korištenje dugo-impulsne laserske obrade može uzrokovati defekte kao što su ablacija premaza, prskanje i lomljenje rubova, što značajno utiče na vijek trajanja plamene cijevi. Trenutno, korištenjem pikosekundne laserske obrade mogu se proizvesti rupe za hlađenje filma bez velike površine-odslojavanja ili ljuštenja na površini i dimenzija koje zadovoljavaju tehničke zahtjeve, kao što je prikazano na slikama 2 i 3.
(3) Obrada žljebova specijalnog-oblikovanog oblika u aeromotorima
Performanse zaptivanja imaju važan uticaj na performanse avio motora. Posljednjih godina, s razvojem zrakoplovne industrije, performanse motora se stalno poboljšavaju, a uvjeti rada postaju sve složeniji. Kvarovi uzrokovani kvarovima zaptivki motora su u porastu i ovi problemi se hitno moraju rješavati. Stoga su predloženi novi zahtjevi za tehnologiju brtvljenja motora. Zaptivke za vrhove prstiju su novi tip uređaja koji se može koristiti za zaptivanje glavne komore ležaja i puteva protoka zraka avio motora. Mašinska obrada komponenti zaptivke na vrhu prsta zahtijeva visoku preciznost. Trenutna mehanička obrada, obrada s električnim pražnjenjem i dugo{6}}pulsna laserska obrada ne mogu riješiti probleme kao što su krivljenje i deformacije nastale tokom obrade. Međutim, femtosekundni laseri, zbog svoje izuzetno velike gustine energije i vrlo kratkog vremena obrade, osiguravaju visoku efikasnost i preciznost u procesu obrade. Ne pojavljuju se defekti kao što su prerađeni slojevi, pukotine ili neravnine na komponentama brtve vrhova prstiju, što pruža novu metodu za obradu žljebova specijalnog-oblika u visoko{10}}preciznim dijelovima aeromotora.
03
Zaključci i Outlook
Kao napredna tehnologija obrade materijala i proizvodnje, ultrabrza laserska obrada ima široke izglede za primjenu u području proizvodnje zrakoplovnih motora. U inženjerskoj primjeni ultrabrze laserske obrade, različite parametre laserskog procesa treba odabrati prema karakteristikama materijala kako bi se smanjili koraci procesa, poboljšala efikasnost obrade i osigurala tačnost kvaliteta i dimenzija oblikovanja materijala. Sa razvojem ultrabrze laserske tehnologije i poboljšanjem optimizacije procesa, problemi kao što su niska efikasnost obrade i ograničena obradiva debljina će biti efikasno rešena. Štaviše, dual-tehnologija pulsne laserske obrade, koja kombinuje ultrabrzu lasersku obradu sa dugo-pulsnom laserskom obradom, biće budući pravac za poboljšanje kvaliteta i efikasnosti.
