01
Selle artikli sissejuhatus
Ülikiire lasertehnoloogia on täiustatud tehnoloogia, mis genereerib suure{0}}intensiivsusega valgusimpulsse ülilühikese ajaga, ning selle rakendused lennunduses äratavad üha enam tähelepanu. See tehnoloogia on tuntud oma silmapaistva jõudluse poolest mõõtmisel, tootmisel ja kommunikatsioonis ning selle laialdane rakendamine kosmosetehnikas pakub uusi võimalusi õhusõidukite jõudluse ja ohutuse parandamiseks.
Ülikiired laserid viitavad üldiselt laseritele, mille impulsi laius on alla 10^-12 sekundi, sealhulgas peamiselt femtosekundilised laserid (1 fs=10^-15 s) ja pikosekundilised laserid (1 ps=10^-12 s). Kuna ülikiired laserimpulssid toimivad väga lühikest aega, võivad nad anda hetkega väga suure tippvõimsuse. Seetõttu on ülikiirete laserite töötlemismehhanismiks erinevalt levinud lasertöötlusmeetoditest, mis mõjutavad materjale läbi fototermilise efekti, otsene elektrooniline oleku neeldumine, mis kannab energiat materjali võrele, lõhub selle sidemeid ja lõpuks väljutab selle plasmana. Veelgi enam, erinevalt tavaliste pidevate laserite termilisest töötlemisest on ülikiire lasertöötlus rohkem kooskõlas "külmtöötluse" meetodiga. Laseri ja materjali vahelise interaktsioonimehhanismi vaatenurgast võib femtosekundiline lasertöötlus saavutada suure täpsusega, minimaalselt termiliselt mõjutatud tsoone, termilist sulamist, uuesti valatud kihti ega mikropragusid. See on üks parimaid meetodeid turbiini labade kile jahutusavade moodustumise pinna terviklikkuse parandamiseks lennukimootorites.
02 Spetsiifilised rakendused (1) Lennukimootorite turbiinilabade gaasikile aukude töötlemine
Lennumootori põhikomponendina mõjutavad turbiinilabade konstruktsioon, tootmiskvaliteet ja töövõime mootori kasutusiga. Üldjuhul kantakse kõrge temperatuuriga sulamite pinnale termobarjäärkatted, et anda teradele kõrge vastupidavus, kõrge plastilisus, korrosioonikindlus ja kõrge temperatuurikindlus. Lisaks on pinnale projekteeritud gaasikile augukonstruktsioonid. Vabastades komponendi seest külma õhu ja luues õhuvoolu läbi pisikeste aukude, moodustub pinnale kaitsev külma õhu kile, mis isoleerib kuuma gaasi ja kaitseb komponenti. Praegustel töötlemismeetoditel, nagu elektrilahendusega töötlemine ja pika-impulsslaseriga töötlemine, on aga puudusi, sealhulgas mittejuhtivad soojustõkkekihid, kattekihi kihistumine, praod ja kattekihi lõhenemine, mis raskendab hästi-vormitud väikeste aukude teket.
Ülikiire lasertöötlustehnoloogia arenedes on nüüdseks hakatud femtosekundlasereid kasutama turbiini labadele gaasiaukude tekitamiseks ilma kattekihistumise ja pragudeta ning tehnilistele nõuetele vastavate mõõtmetega. See pakub uut tehnoloogiat gaasikile aukude valmistamiseks aeromootori komponentides.
Arvukate gaasikilega jahutusavade töötlemine termilise barjääriga{0}}kaetud turbiinilabadel on ülioluline suure tõukejõu-ja-kaalusuhte ja suure jõudlusega Femtosekundiline lasermikro{5}}aukude töötlemise tehnoloogia, mille eelised on kõrge täpsus, kõrge kvaliteet ja külmtöötlus, võimaldab mootorite jaoks kvaliteetset-mikro-aukude töötlemist. Tänu femtosekundilise laserpuurimise tehnoloogia pidevale täiustamisele on nüüd võimalik saavutada gaasikile aukude ülitäpne töötlemine termotõkkega kaetud teradel ilma uuesti-sulanud kihtide, mikro{12}}pragude või kuumuseta, tagades samal ajal, et mustad tõkked või koorumine ei lülitaks pärast termilist töötlemist välja. Seetõttu on femtosekundilise lasermikro{15}}avade töötlemise tehnoloogia valmis saama oluliseks meetodiks gaasikile aukude valmistamisel termilise barjääriga{16}}kaetud turbiinilabadele.
(2) Lennukimootorite põlemiskambri kile jahutusavade töötlemine
Leegitoru on lennukimootori põlemiskambri põhikomponent ja üks olulisemaid kuumuskindlaid osi. Tagamaks, et leegitoru töötab stabiilselt ja pidevalt äärmuslikult kõrgel-temperatuuril, tuleb seda jahutada. Praegu hõlmab levinud meetod katete ja perforatsioonide kombinatsiooni. Pika-impulsslaseriga töötlemine võib põhjustada selliseid defekte nagu katte ablatsioon, pritsmed ja servade lõhenemine, mis mõjutavad oluliselt leegitoru kasutusiga. Praegu saab pikosekundilise lasertöötluse abil tekitada kile jahutusavasid, mille pindala ei kihistu ega kihistu ning mille mõõtmed vastavad tehnilistele nõuetele, nagu on näidatud joonistel 2 ja 3.
(3) Erikujuliste-soonte töötlemine lennukimootorites
Tihendusomadused mõjutavad oluliselt lennukimootorite jõudlust. Viimastel aastatel on lennundustööstuse arenguga mootori jõudlus pidevalt paranenud ja töötingimused on muutunud järjest keerulisemaks. Mootori tihendi riketest põhjustatud tõrked sagenevad ja need probleemid tuleb kiiresti lahendada. Seetõttu on mootori tihendustehnoloogiale välja pakutud uued nõuded. Sõrmeotsa tihendid on uut tüüpi seade, mida saab kasutada lennukimootorite peamise laagrikambri ja õhuvooluteede tihendamiseks. Sõrmeotsaga tihendi komponentide töötlemine nõuab suurt täpsust. Praegune mehaaniline mehaaniline töötlemine, elektrilahendusega töötlemine ja pika-impulsslaseriga töötlemine ei suuda lahendada selliseid probleeme nagu töötlemisel tekkiv kõverus ja deformatsioon. Femtosekundilised laserid tagavad aga tänu oma ülikõrgele energiatihedusele ja väga lühikesele töötlemisajale töötlusprotsessis kõrge efektiivsuse ja täpsuse. Sõrmeotsaga tihendite komponentidel ei esine defekte, nagu uuesti valatud kihid, praod või rästud, pakkudes uut meetodit erikujuliste -soonte töötlemiseks ülitäpsetes{10}}lennukite mootori osades.
03
Järeldused ja väljavaade
Täiustatud materjalitöötlus- ja tootmistehnoloogiana on ülikiirel lasertöötlusel laialdased kasutusvõimalused kosmosemootorite tootmise valdkonnas. Ultrakiire lasertöötluse insenerirakenduses tuleks vastavalt materjali omadustele valida erinevad laserprotsessi parameetrid, et vähendada protsessi etappe, parandada töötlemise tõhusust ning tagada materjali moodustamise kvaliteedi ja mõõtmete täpsus. Ülikiire lasertehnoloogia arendamise ja protsesside optimeerimise täiustamisega lahendatakse tõhusalt sellised probleemid nagu madal töötlemise efektiivsus ja piiratud töödeldav paksus. Veelgi enam, topelt-impulsslasertöötlustehnoloogia, mis ühendab ülikiire lasertöötluse pika-impulsslaseriga töötlemisega, on kvaliteedi ja tõhususe parandamise tulevikusuund.
