Japon havacılık motoru endüstrisi dünyaya mı gidiyor? !
IHI, bu yıl 29 Haziran'da XF9-1 avcı motorunu Savunma Ekipmanları Ajansına teslim etti.
IHI Mizuho Fabrikasından teslim edilen XF9-1 motoru
XF9-1 prototip bir motor olsa bile, itme gücü 15 tonu aşıyor ve bu, Amerikan F-15 ve Rus Su-35 gibi dünyadaki diğer aktif savaş uçaklarının motor itme kuvvetine eşit veya daha fazla. Geçmişte Japonya, dünya çapında bir savaş motorunu tek başına geliştiremezdi. Japonya'nın FS-X projesine (F-2 savaş uçağını doğurdu) hakim olamamasının nedenlerinden biri, kendi motorlarını geliştirememesi ve ABD'ye güvenmek zorunda kalmasıydı.
Mitsubishi FS-X'in ölü doğumdaki erken tasarımı, güç olarak ikiz motor F404'ü kullanmayı planladı
Şimdi Japonya, savaştan 70 yıl sonra yapamadığını başarmayı başarıyor ve Japonya'nın havacılık endüstrisi tarihinde çığır açan bir olay olacak. XF9-1'in performansına baktığımızda, birçok havacılık uygulayıcısının derin duygulara daldığını düşünüyorum. Japon jet motorları artık olağanüstü performansa sahip olabilir :
XF9-1 ve diğer büyük ülkelerin savaş motoru performans karşılaştırması
Aslında, Japonya, havacılık jet motoru endüstrisinde Japonya'daki birçok benzersiz teknoloji de dahil olmak üzere birçok mükemmel teknolojiye sahiptir ve dünyanın havacılık jet motoru performansının iyileştirilmesine katkıda bulunmuştur. . Askeri motorlar gibi birkaç istisna dışında, Japon teknolojisi ile donatılmış jet motorları olmayan havayolları havada uçamaz.
Mevcut duruma dönüp bakıldığında, XF9-1'in önemi daha iyi yansıtılabilir.
Japonya dünyanın jet motorlarını ele geçiriyor
Havacılık jet motorları dünyasında, Birleşik Krallık'tan General Electric (GE), Pratt Whitney (PW) ve Rolls-Royce (RR) olmak üzere üç şirket hakimdir. Ne yazık ki, ana akım sivil havacılık motoru alanında, hiçbir Japon şirketi kendi marka jet motoru üretmemiştir.
Bununla birlikte, ana akım sivil havacılık motorları Japon parçalarından ve Japon teknolojisinden yapılmıştır. Liste devam ediyor. Görünüşe göre Japonya tüm dünyada motorları ele geçiriyor.
Japan Heavy Industries Corporation, General Electric (GE), Pratt Whitney (PW) ve Rolls-Royce (RR) için motor geliştirme ve üretimine katılıyor. Narita Havaalanı veya Haneda Havaalanı gibi büyük sivil uçak motorlarının parçalarının% 10 ila% 20'si Japonya'da üretilmektedir.
IHI Mizuho Fabrikası, yüksek baypas oranlı bir inşaat motorunun alçak basınç türbin bölümünü monte ediyor
Örneğin Japan Airlines tarafından kullanılan Boeing 787'nin GEnx motorunda Japon üreticiler bu tür Yüksek basınçlı kompresör ve düşük basınçlı girdap Tekerlekler ve diğer parçalar, Katılım payı% 15'i aştı .
Kawasaki Heavy Industries tarafından üretilen A350 için Trent-XWB motor orta basınçlı kompresör
Ayrıca Japonya, Airbus A320 ve Boeing 737'nin yeni modellerinde kurulu PW1100G motorlarındaki düşük basınçlı kompresörlerin, yanma odalarının, fan muhafazalarının ve diğer bileşenlerin üretiminden sorumludur. Katılım payı% 23'e ulaştı .
Japonya, geliştirme maliyetleri ve bu bileşenlerin çoğu için üretim kapasitesinin çeşitlendirilmesi açısından çok güçlü, sadece vazgeçilebilir bir rol değil. Örneğin, IHI Japonya Jet motorları gibi üretimde Düşük basınçlı türbin, kompresör ve fana bağlı ana mil Bu yönlerden avantajları vardır. Özellikle dünyada IHI'nin 3 metreden uzun zorlu aero motor iğlerinin üretimindeki payı% 70'e ulaştı.
Japonya'da, iş millerini destekleyen rulmanların payı da artıyor. Son yıllarda NTN, PW1100G ve Trent-XWB motor yatakları için sipariş aldı. PW1100G, Pratt Whitney (PW) tarafından üretilen en büyük motordur ve Trent XWB aynı zamanda Rolls-Royce (RR) tarafından üretilen ana büyük motordur.
Japonya'da ayrıca Mil malzemesi üretim yeteneği. Datong Special Steel, motorun ana şaft malzemesini üretirken, 787 uçağının GE ve RR motorlarında da kullanılmaktadır. Rakipler arasında aynı zamanda iş yapmanın önemi çok dikkat çekicidir.
Boeing 787'nin geliştirilmesinden bu yana hepimizin bildiği gibi malzemelerden bahsetmişken, Japon karbon elyafı sivil havacılıkta çok aktif. Uçaklarda kullanılan karbon fiber için, üç Japon şirketi (Toray, Toho ve Mitsubishi Rayon) dünyada toplam% 70 paya sahip. Karbon fiber ayrıca jet motorlarının performansını artırmaya yardımcı olur.
Mitsubishi Heavy Industries tarafından üretilen Boeing 787 entegre karbon fiber kompozit kanat
Yolcu uçaklarında kullanılan jet motoru fanı titanyumdan yapılmıştır. Titanyum, alüminyum alaşımından daha yüksek mukavemete sahiptir, bu nedenle özellikle mukavemet gerektiren parçalar için uygundur. Titanyum, çeliğin 7,8'inden daha hafif, ancak alüminyum alaşımının 2,7'sinden daha yüksek olan 4,5'luk özgül ağırlığa sahipken, karbon fiber kompozitlerin özgül ağırlığı 2'den azdır. Titanyum yerine karbon fiber kompozitlerin kullanılması, ağırlıkta önemli ölçüde azalma sağlayabilir.
Uçuş sırasında titanyum fan düşerse, dağınık fanların yolcu kabinine girmemesi için sağlam bir kabukla (fan muhafazası gibi) çevrelenmelidir. Fan titanyum alaşımından yapıldığında, fan muhafazası da genellikle titanyum alaşımından yapılır. Büyük motorlar için çap 3 metreyi geçebilir ve fanlı kasa fanın kendisinden daha ağırdır. Fan ve fan kasasını karbon fiber kompozit malzemelerle değiştirmek, ağırlığı yüzlerce kilogram azaltabilir.
PW1100G karbon fiber kompozit malzeme fan muhafazası, IHI tarafından geliştirilmiş, tasarlanmış ve üretilmiştir
Fanı imal etmek için karbon fiber kompozit malzemelerin kullanılması sadece ağırlığı azaltmakla kalmaz, aynı zamanda şekil özgürlüğünü de arttırır, böylece fanın verimliliğini artırır. Jet motoru fanına önden baktığımda metal fanlar görüyordum. Son yıllarda karbon fiber kullanan siyah fanlar artıyor. Bu, Japonya'nın jet motoru performansını iyileştirmesinin önemli bir parçasıdır.
GE9X, kompozit fan ve CMC gibi gelişmiş teknolojileri kullanan dünyanın en büyük çaplı motorudur. IHI, hissenin% 10,5'ini oluşturdu
Mori Seiki, Yamazaki Mazak, Okuma, Makino gibi takım tezgahları ve diğer freze makineleri, jet motoru parçalarının üretimi için vazgeçilmez makinelerdir. Japon jet motoru parça üreticileri sadece Japon takım tezgahlarını kullanmakla kalmıyor, GE, PW ve RR ayrıca Japonya'da üretilen takım tezgahlarını kullanır. Bu fabrikaların fotoğraflarına bakıldığında, bunlar Japon takım tezgahlarının gücünü yansıtabilir.
Fanuc'un "Gizli No. 10" belgeselinde kullandığı beş eksenli CNC sistemi
Jet motorlarının özüne girin
Japon ekibi, çeşitli vesilelerle dünyadaki jet motoru üretimine katılıyor, ancak jet motorunun çekirdeği olan yüksek basınç türbini ile başa çıkmak çok zor. Japonya'nın daha önce bir parça tedariği olmasına rağmen, ana akım jet motorlarının temel parçalarını üretme örneği yoktu.
Motorun temel parçası, havacılık motoru devinin öncü teknolojik gelişiminin odak noktasıdır. Teorik olarak, yanma odasından türbine giren yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı gazın sıcaklığı ne kadar yüksekse, jet motorunun performansı o kadar yüksek olur. İnşaat motorları alanında bile, türbin giriş sıcaklığını artırmak yakıt ekonomisini de iyileştirebilir, bu nedenle jet motorları ve gaz türbinlerinin geliştirilmesindeki temel konulardan biridir.
Türbinin kendisinin ısıya dayanıklı sıcaklığını artırmak yeterli değildir, ısıya dayanıklı kaplama ve soğutma gibi teknolojilerin bir arada kullanılmasıyla türbinin ısıya dayanıklı sıcaklığının arttırılması gerekmektedir. Japonya'nın yüksek sıcaklıklı malzeme teknolojisi, türbinlerin giriş sıcaklığını artırmak için dünyanın en iyi teknolojilerinden biridir.
Japonya'da geliştirilen beşinci nesil ısıya dayanıklı tek kristal malzemenin performansı, XF9-1 beşinci nesli kullanır ve en son nesil altıncı nesil TMS-238'dir.
Şu anda türbin kanadının kendisi süperalaşım (tek kristal) adı verilen bir metalden yapılmıştır ve ana bileşen nikele çeşitli nadir metaller eklemektir. Bu alaşım teknolojisi Japonya çok iyidir. En zorlu çalışma ortamına maruz kalan Boeing 787'de kullanılan Trent-1000 motorunun türbin kanatları, Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü (NIMS) tarafından geliştirilen süper alaşımlardan yapılmıştır.
Başka bir Japon ısıya dayanıklı malzeme silikon karbür elyaftır. Bunların arasında, jet motoru bileşenleri için silikon karbür elyaflar için silikon karbür matris ile sertleştirilmiş elyaf takviyeli seramikler (SiC / SiC kompozit malzemeler) kullanılır.
Japonya'da geliştirilen CMC düşük basınçlı türbin stator kılavuz kanatları ve rotor kanatları
Nikel bazlı süper alaşımlardaki nikel ve nadir metaller çok ağırdır, bu nedenle özgül ağırlık 8-9'a ulaşır. Isıya dayanıklı sıcaklık yalnızca 1150 santigrat dereceye veya daha altına ulaşabilir. Aksine, SiC / SiC kompozit malzeme yaklaşık 3'lük düşük bir özgül ağırlığa sahiptir ve malzemenin kendisinin ısı direnci sıcaklığı 1300 derece kadar yüksektir. Bu nedenle, yüksek sıcaklık alaşımlarını SiC / SiC kompozitlerle değiştirmek, yakıt tüketimini ve ağırlığı azaltma etkisine sahiptir. Süper alaşım ve SiC / SiC kompozit malzemeden yapılan parçaların kullanım ortamı ise 1600 dereceyi aşıyor. Nikel bazlı süperalaşım parçalar 1150 derecenin altına soğutulmalıdır. Öte yandan SiC / SiC kompozitlerinde sadece yaklaşık 1300 dereceye kadar soğutulabilir. Motorun bu soğutma için basınçlı hava vermesi gerektiğinden, yakıt ek hava sıkıştırmasıyla tüketilir. Soğutmanın bu kısmı ihmal edilebilirse, yakıt tüketimi buna göre iyileştirilecektir. Motorun yüksek sıcaklık kısmının malzemesi SiC / SiC olarak değiştirilirse, yakıt ekonomisi birkaç yüzde puanı azaltılabilir.
Bu nedenle, silisyum karbür elyafın yeni nesil yüksek sıcaklık jet motorları için bir malzeme olması büyük önem taşımaktadır. Şu anda, silisyum karbür elyaflar yalnızca Japonya'da ticari olarak üretilmektedir. Japan Carbon ve Ube Industries onlara Nicaron ve Tyranno elyafları diyor ve Özel arz pazarı .
SiC fiber de çok önemli bir görünmez materyaldir Hem F35 hem de F22, yalnızca Japonya'da ticari olarak üretilen çok sayıda SiC fiberi kullanır.
SiC / SiC kompozitlerinin maliyeti yüksektir. Fiyatın aynı ağırlıktaki altınla hemen hemen aynı olduğu söyleniyor. Bununla birlikte, birçok sınırlamaya rağmen, motorun yüksek sıcaklık bölümünde kullanmanın avantajlarından vazgeçmek hala zordur.CFM International, Airbus A320 için yeni nesil Boeing 737 ve LEAP motorları geliştirmek için bazı SiC / SiC kompozit malzemeleri benimsemiştir.
LEAP motorunda kullanılan SiC / SiC kompozit türbin muhafaza halkası
Sınırlamalarına rağmen, silisyum karbür elyafın yeni nesil motorların performans iyileştirmesi için önemli bir malzeme olması bekleniyor. GE ve Saffron'un Japan Carbon Corporation ile bir ortak girişim NGS Advanced Fibre kurması ve bu işi tekeline alması bu beklentidir.
XF9-1, Japon jet motoru teknolojisinin geliştirme yönüdür
Japon endüstriyel teknolojisi, dünyadaki jet motorlarının gelişimini destekledi ve doğal olarak XF9-1 de bu Japon teknolojilerini kullanacak. XF9-1'de jet motoru performansının bir göstergesi olan türbinin giriş sıcaklığı 1800 santigrat dereceye ulaşıyor. Bu, dünyanın en üst seviyesidir.
IHI'nin motoru teslim ettiği basın bültenini gördüğümde, bunun başlıca nedeni, türbin giriş sıcaklığının artırılmasından ve "Japon bağımsız metal malzeme araştırma ve geliştirme" ve "Seramik Matris Kompozit (CMC)" kullanımından bahsetmesiydi. "Japonya'dan bağımsız olarak geliştirilen metal malzemeler", Boeing 787'nin yakıt ekonomisi performansını desteklemek için ısıya dayanıklı bir süper alaşımdır. "Seramik bazlı kompozit malzemeler", şu anda yalnızca ticari olarak Japonya'da üretilen SiC / SiC kompozit malzemeleri ifade eder.
XF9-1, Japonya'nın dünyaya getirdiği çeşitli gelişmiş motor teknolojilerinin ustasıdır ancak XF9-1'in önemi bununla sınırlı değildir. Japonya mükemmel bileşen teknolojisine sahiptir, ancak gelişmiş motorları tam olarak geliştirme deneyiminden yoksundur. Bundan önce, Japonya tarafından bağımsız olarak geliştirilen tek savaş motoru 5 ton itiş gücüne sahip "XF5-1" idi. Bu motor bir savaş uçağı motoru gibi görünse de, birinci sınıf bir savaş uçağını 5 ton itiş gücüyle itmek yeterli değildir.
XF 9-1 projesi, birinci sınıf bir savaş uçağının uçuşunu desteklemek için 15 tondan fazla itme gücü üretebilen eksiksiz bir motor geliştirdi. Mükemmel bileşen teknolojisine sahip olmanın yanı sıra Japonya, dünya standartlarında motorlar için eksiksiz bir araştırma ve geliştirme kaydı oluşturdu.Bu çok umut verici bir olay değil mi?
Aynı zamanda XF9-1, Japonya tarafından geliştirilen birinci dünya standartlarında savaş motoru olmasına rağmen, pratik bir motor olmaktan çok prototip bir motordur. XF9-1, aslında 30 yıl önce geliştirilen bir motor olan F-22'de kullanılan F119 motorunu yakalıyor.
XF9-1'in gelecekteki gelişimi, Ar-Ge yatırımına ve Japonya'nın yeni nesil avcı uçağının yöntemine bağlıdır
XF9-1'in gerçek uçuş için uçağa binmesi için hala uzun bir yol var ve geliştirmeye devam etme şansı olup olmadığı belirsiz. Ek olarak, XF9-1'in temel parçasını yolcu uçağı motorları üretmek için kullanmak, XF 9-1 savaş motorları üretmekten daha zordur. Yeni fanlar ve düşük basınçlı türbinler geliştirmeye ek olarak, sivil havacılık motoru sertifikası almak Mitsubishi Aircraft'ın MRJ'si ile aynı zorluklarla karşılaşacaktır. Buna ek olarak, rekabetçi bir fiyattan satılıp satılamayacağı da satış performansı olmayan Japon motorları için zorluklardan biridir. XF9-1'i geliştirdikten sonra Japonya'nın dünyaya jet motorları satabileceği söyleniyorsa, bu kesinlikle doğru değil. Japonya'nın dünyanın önde gelen jet motoru ülkesi haline geldiğini söylemek çok fazla.
ancak, Japonya'daki jet motoru endüstrisi becerilerini sürekli olarak geliştiriyor. XF9-1, Japon jet motoru teknolojisinin geliştirilmesinde önemli bir kilometre taşı olacak. Gelecekteki gelişmeleri dört gözle bekliyorum.
