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터빈 엔진의 "심장"이라고 불리는 연소실은 대량의 연료를 태워서 열을 발생시키고 터빈이 공칭 작동에 필요로 하는 균일한 가스 흐름의 부드러운 흐름을 생성하는 중요한 작업을 담당합니다.

화염 튜브는 터빈 엔진의 중심축을 따라 연소실 하우징으로부터 떨어져 있습니다.여러 개의 흡기 구멍으로 설계된 화염 튜브는 과열된 가스를 생성하여 분사된 연료를 점화 온도로 빠르게 이동시킵니다.

연소실의 핵심 구성 요소인 화염 튜브는 필요한 신뢰성과 효율성을 달성하는 동시에 극도의 열과 압력을 견뎌야 합니다.Chengli Aviation은 중국 항공 우주 및 해운 산업을 위한 엔진 연소실 및 연료 분사 시스템의 설계 및 제조 분야의 선도적인 전문가로서 Farsoon 금속 첨가제 기술을 사용하여 내구성 및 중량 최적화가 향상된 화염 튜브를 개발하고 있습니다

(그림 1) 연소실 내 첨가제 제조 화염관Chengli Aviation의 디자인, Farsoon FS271M에서 생산.이미지 제공:파순 테크놀로지스

신뢰성은 화염관 설계에서 중요한 고려 사항입니다.고온, 부식성 열 방출 가스 및 난류 맥동 기류를 포함한 극단적인 작동 조건에서 화염 튜브는 종종 균열, 절제, 박리, 변형 등의 고장을 발생시키는 열 스트레스를 받습니다.이러한 극한의 작업 조건에서 화염 튜브는 필요한 강도와 기능성을 달성하기 위해 복잡한 구조로 설계됩니다.이러한 구조물은 일반적인 방법으로 제조하기가 매우 어렵습니다.또한, 화염관 벽은 1차 공기 구멍, 2차 공기 구멍 및 희석 공기 구멍을 포함한 수백 가지의 다양한 크기의 특징으로 지정되어 있습니다.이러한 복잡한 구조와 특징으로 인해 부품 설계는 전통적인 기술을 사용하여 제조하기가 어렵습니다.화염 튜브는 별도의 부품으로 제조된 후 여러 절단, 벤딩 및 용접 프로세스를 통해 접합되어야 합니다.

조립된 부품이 작업 중 손상될 가능성을 증가시켜 거부율이 높아지기 때문에 제조의 복잡성은 매우 어렵고 완성된 부품의 신뢰성에 큰 영향을 미칩니다.또한, 상기 조립품은 제품의 정밀한 크기 제어가 어려워 연소 효율 및 통기 패턴 안정성을 확보하는 데 핵심적인 역할을 합니다.또한 다중 가공 및 조립 공정으로 인해 개발 중 설계 반복이 느리고 제조 주기가 길어집니다.

애플리케이션에 가장 적합한 솔루션:

2017년 초, Chengli Aviation은 항공 우주 엔진 부품의 설계 및 제조 프로세스의 과제를 해결하기 위해 Farsoon Metal Additive Manufacturing을 채택했습니다.Farsoon의 개방형 금속 첨가제 시스템은 불꽃 튜브의 적용에 가장 적합한 설계 기하학적 구조와 처리 매개변수의 조정을 위한 전례 없는 자유를 제공합니다(그림 1).

본 출원에는 항공우주 터빈 연소실 부품에 널리 사용되는 니켈계 고온 합금인 GH3536(UNS 번호 N06002)이 사용되고 있습니다.Farsoon 금속 시스템에 인쇄된 GH3536은 우수한 내산화성과 부식성, 우수한 공정성 및 용접 성능을 특징으로 하여 다양한 열처리 공정을 통해 다양한 성능 특성을 달성할 수 있습니다.Chengli Aviation은 Farsoon FS271M을 사용하여 GH3536의 처리 매개 변수를 개발함으로써 특정 응용 분야에 필요한 성능, 열 처리 및 표면 품질을 달성하고 있습니다.Farsoon의 개방형 재료 및 매개 변수 전략 덕분에 Chengli Aviation은 응용 범위가 확장됨에 따라 전문 재료 및 처리 매개 변수에 대한 시스템을 더욱 조정할 수 있습니다.

결과:

화염 튜브의 추가적으로 최적화된 설계는 이전에 9개의 개별 부품을 1개의 부품에만 결합할 수 있으며 Farsoon FS271M에서 단일 부품으로 생산합니다.기존 제조 및 조립 공정의 복잡성을 단순화하고 생산 주기를 50% 단축하는 동시에 구조적 무결성, 크기 정밀도 및 생산 성공률을 향상시켰습니다.후처리된 화염 튜브는 높은 온도 신뢰성으로 작동 조건에서 기능 테스트를 통과했습니다.

또한, 첨가제로 제조된 화염관은 동일한 지정 강도 요구 조건으로 원래 공정 대비 20%의 무게 감소를 달성했습니다.주요 연소 구성 요소의 경량화는 효율성과 비행 거리 및 항공기 탑재 중량의 증가를 의미합니다.또한, 경량 설계는 연소 연료 효율을 향상시켜 대기 오염에 도움을 줍니다.

Farsoon의 고급 스캔 전략 덕분에, 애즈-빌트(As-Built) 화염관은 6 μm의 인쇄 표면 품질로 최적화될 수 있어 후 처리에 대한 요구사항이 줄어듭니다.직경 0.5mm의 1차 공기 구멍과 같은 기능을 구현할 수 있습니다.또한 부품은 표면 품질 개선에 도움이 되는 최소한의 지지 구조로 추가적으로 설계되었습니다.

Chengli Aviation은 "우리는 Farsoon의 추가 기술과 서비스를 사용하는 것에 대해 전적으로 자신감을 가지고 있습니다."라고 말합니다. "우리는 엔지니어들이 다양한 애플리케이션 구성을 완벽하게 탐색할 수 있는 Farsoon의 개방형 플랫폼 머신을 사용하여 계속해서 큰 혜택을 받고 있습니다.우리 팀은 이제 여러 Farsoon 시스템을 적극적으로 사용하여 설계 프로토타이핑, 소규모 일괄 생산에서 인증에 이르기까지 다양한 프로젝트와 구성요소를 수행하고 있습니다. 여기에는 연료 노즐, 분사 연료 링, 주 연료, 연소실 구성요소, 터빈 블레이드, 엔진 임펠러, 스월러 등이 포함됩니다."

Author: Chenlu Fang, Global Marketing Manager, Farsoon Technologies

Contact: globalinfo@farsoon.com

Website: www.farsoon.com