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이 기사 소개
초고속 레이저 기술은 매우 짧은 시간에 고강도 광 펄스를 생성하는 첨단 기술로,{0}}항공우주 분야에서의 응용이 점점 주목을 받고 있습니다. 이 기술은 측정, 제조, 통신 분야에서 뛰어난 성능으로 유명하며 항공우주 공학에 널리 적용되어 항공기 성능과 안전을 향상시킬 수 있는 새로운 가능성을 제공합니다.
초고속 레이저는 일반적으로 펄스 폭이 10^-12초 미만인 레이저를 말하며, 주로 펨토초 레이저(1 fs=10^-15 s) 및 피코초 레이저(1 ps=10^-12 s)를 포함합니다. 초고속 레이저 펄스는 매우 짧은 시간 동안 작동하기 때문에 순간적으로 매우 높은 피크 전력을 생성할 수 있습니다. 따라서 광열 효과를 통해 재료에 작용하는 일반적인 레이저 가공 방법과 달리 초고속 레이저의 가공 메커니즘은 직접적인 전자 상태 흡수로, 재료의 격자에 에너지를 전달하고 결합을 깨뜨려 최종적으로 플라즈마로 방출합니다. 또한 일반 연속 레이저의 열 처리와 달리 초고속 레이저 처리는 "냉간 처리" 방법에 더 가깝습니다. 레이저와 재료 사이의 상호 작용 메커니즘의 관점에서 볼 때 펨토초 레이저 가공은 고정밀, 열 영향 영역 최소화, 열 용융 없음, 재주조 층 없음 및 미세 균열 없음을 달성할 수 있습니다. 이는 항공 엔진의 터빈 블레이드 필름 냉각 구멍 형성의 표면 무결성을 향상시키는 가장 좋은 방법 중 하나입니다.
02 특정 용도 (1) 항공기 터빈 블레이드의 가스막 홀 가공
항공기 엔진의 핵심 구성 요소인 터빈 블레이드의 설계, 제조 품질 및 작동 성능은 엔진의 수명에 영향을 미칩니다. 일반적으로 단열 코팅은 고온 합금 표면에 적용되어 블레이드에 높은 인성, 높은 가소성, 내식성 및 고온 저항성을 부여합니다.- 또한 표면에는 가스막 구멍 구조가 설계되어 있습니다. 부품 내부에서 차가운 공기를 방출하고 작은 구멍을 통해 공기 흐름을 생성함으로써 표면에 보호용 냉기 필름이 형성되어 뜨거운 가스를 격리하고 부품을 보호합니다. 그러나 방전 가공 및 장-펄스 레이저 가공과 같은 현재의 가공 방법은 비전도성 열 차단층, 코팅 박리, 균열, 코팅 치핑 등의 단점이 있어 잘 형성된 작은 구멍을 생성하기 어렵습니다.-
초고속 레이저 가공 기술의 개발로 이제 펨토초 레이저는 코팅 박리나 균열 없이 기술 요구 사항을 충족하는 치수로 터빈 블레이드에 가스 구멍을 만드는 데 사용되었습니다. 이는 항공기 엔진 부품에 가스 필름 구멍을 제조하기 위한 새로운 기술을 제공합니다.
열 장벽으로 코팅된-터빈 블레이드에 수많은 가스막 냉각 구멍을 가공하는 것은 높은 추력-대-비, 고성능{3}}엔진을 적용하는 데 매우 중요하므로 이러한 코팅 블레이드 가공에 대한 요구 사항이 더 높아집니다. 펨토초 레이저 마이크로{5}}홀 가공 기술은 고정밀, 고품질, 냉간 가공이라는 장점을 바탕으로 엔진용 고품질-마이크로{7}}홀 가공을 가능하게 합니다. 펨토초 레이저 드릴링 기술의 지속적인 개선으로 이제 재용융층, 미세-균열 또는 열 영향 영역 없이 열 차단 코팅-열 차단 코팅 블레이드에 가스막 구멍을 고정밀 가공하는 것이 가능해졌으며, 처리 후 열 차단 코팅이 검게 변하거나 벗겨지지 않도록 보장할 수 있습니다. 따라서 펨토초 레이저 마이크로{15}}홀 가공 기술은 열 차단-코팅된 터빈 블레이드에 가스 필름 홀을 제조하는 중요한 방법이 될 준비가 되어 있습니다.
(2) 항공엔진 연소실 필름 냉각홀 가공
화염관은 항공기 엔진 연소실의 주요 구성요소이자 가장 중요한 내열 부품 중 하나입니다.{0}} 극도로 높은{2}}온도 조건에서 화염 튜브가 안정적이고 지속적으로 작동하도록 하려면 냉각해야 합니다. 현재 일반적인 방법은 코팅과 천공을 조합하는 것입니다. 장-펄스 레이저 가공을 사용하면 코팅 제거, 스플래싱, 가장자리 치핑 등의 결함이 발생할 수 있으며 이는 화염 튜브의 수명에 큰 영향을 미칩니다. 현재 피코초 레이저 가공을 사용하면 그림 2와 3에 표시된 것처럼 표면에 큰-박리 또는 박리 현상이 없고 기술적 요구 사항을 충족하는 치수가 없는 필름 냉각 구멍을 생성할 수 있습니다.
(3) 항공기 엔진의 특수-형 홈 가공
씰링 성능은 항공기 엔진의 성능에 중요한 영향을 미칩니다. 최근에는 항공 산업의 발전과 함께 엔진 성능이 꾸준히 향상되고 있으며, 작동 조건도 점점 더 복잡해지고 있습니다. 엔진 씰의 오작동으로 인한 고장이 증가하고 있으며 이러한 문제의 해결이 시급합니다. 따라서 엔진 씰링 기술에 대한 새로운 요구 사항이 제안되었습니다. 핑거팁 씰은 항공기 엔진의 메인 베어링 챔버와 공기 흐름 경로를 씰링하는 데 사용할 수 있는 새로운 유형의 장치입니다. 핑거팁 씰 부품을 가공하려면 높은 정밀도가 필요합니다. 현재의 기계가공, 방전가공, 장-펄스 레이저가공으로는 가공 시 발생하는 뒤틀림, 변형 등의 문제를 해결할 수 없습니다. 그러나 펨토초 레이저는 매우 높은 에너지 밀도와 매우 짧은 처리 시간으로 인해 가공 공정에서 높은 효율성과 정밀도를 보장합니다. 재주조 층, 균열 또는 버와 같은 결함이 핑거팁 씰 부품에 나타나지 않아 고정밀 항공 엔진 부품에 특수-모양의 홈을 가공하는 새로운 방법을 제공합니다.-
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결론 및 전망
고급 재료 가공 및 제조 기술인 초고속 레이저 가공은 항공우주 엔진 제조 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다. 초고속 레이저 가공의 엔지니어링 적용에서는 재료 특성에 따라 다양한 레이저 공정 매개변수를 선택하여 공정 단계를 줄이고, 가공 효율성을 향상시키며, 재료 형성 품질과 치수의 정확성을 보장해야 합니다. 초고속 레이저 기술의 발전과 공정 최적화의 개선으로 낮은 가공 효율성, 제한된 가공 두께 등의 문제가 효과적으로 해결될 것입니다. 또한 초고속 레이저 가공과 장-펄스 레이저 가공을 결합한 듀얼-펄스 레이저 가공 기술은 품질과 효율성 향상을 위한 미래 방향이 될 것입니다.
