01
Giới thiệu bài viết này
Công nghệ laser cực nhanh là công nghệ tiên tiến tạo ra các xung ánh sáng cường độ- cao trong thời gian cực ngắn và các ứng dụng của nó trong lĩnh vực hàng không vũ trụ đang ngày càng thu hút sự chú ý. Công nghệ này nổi tiếng với hiệu suất vượt trội trong đo lường, sản xuất và truyền thông, đồng thời ứng dụng rộng rãi của nó trong kỹ thuật hàng không vũ trụ mang đến những khả năng mới để cải thiện hiệu suất và độ an toàn của máy bay.
Laser cực nhanh thường đề cập đến các laser có độ rộng xung dưới 10^-12 giây, chủ yếu bao gồm laser femto giây (1 fs=10^-15 giây) và laser pico giây (1 ps=10^-12 giây). Bởi vì các xung laser cực nhanh hoạt động trong thời gian cực ngắn nên chúng có thể ngay lập tức tạo ra công suất cực đại rất cao. Do đó, không giống như các phương pháp xử lý laser thông thường tác động lên vật liệu thông qua hiệu ứng quang nhiệt, cơ chế xử lý của laser cực nhanh là hấp thụ trạng thái điện tử trực tiếp, truyền năng lượng vào mạng tinh thể của vật liệu, phá vỡ liên kết của nó và cuối cùng giải phóng nó dưới dạng plasma. Hơn nữa, không giống như quá trình xử lý nhiệt của các tia laser liên tục thông thường, quá trình xử lý laser cực nhanh phù hợp hơn với phương pháp "xử lý lạnh". Từ góc độ cơ chế tương tác giữa tia laser và vật liệu, quá trình xử lý bằng laser femto giây có thể đạt được độ chính xác cao, vùng ảnh hưởng nhiệt ở mức tối thiểu, không bị nóng chảy do nhiệt, không có lớp đúc lại và không có vết nứt vi mô. Đây là một trong những phương pháp tốt nhất để cải thiện tính toàn vẹn bề mặt của việc hình thành lỗ làm mát màng cánh tuabin trong động cơ hàng không.
02 Ứng dụng cụ thể (1) Gia công lỗ màng khí của cánh tuabin Aeroengine
Là thành phần cốt lõi của động cơ máy bay, thiết kế, chất lượng chế tạo và hiệu suất vận hành của các cánh tuabin ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng của động cơ. Nói chung, lớp phủ cách nhiệt được áp dụng trên bề mặt hợp kim có nhiệt độ-cao để mang lại cho các cánh có độ bền cao, độ dẻo cao, khả năng chống ăn mòn và-khả năng chịu nhiệt độ cao. Ngoài ra, cấu trúc lỗ màng khí được thiết kế trên bề mặt. Bằng cách giải phóng không khí lạnh từ bên trong bộ phận và tạo luồng không khí qua các lỗ nhỏ, một màng không khí lạnh bảo vệ sẽ hình thành trên bề mặt, cách ly khí nóng và bảo vệ bộ phận. Tuy nhiên, các phương pháp xử lý hiện tại, chẳng hạn như gia công phóng điện và gia công laser xung dài-, đều có những nhược điểm, bao gồm-các lớp rào cản nhiệt không dẫn điện, tách lớp phủ, vết nứt và sứt mẻ lớp phủ, khiến khó tạo ra các lỗ nhỏ-có hình dạng tốt.
Với sự phát triển của công nghệ xử lý laser cực nhanh, laser femto giây hiện nay đã được sử dụng để tạo ra các lỗ khí trên các cánh tuabin mà không có lớp phủ hoặc vết nứt, đồng thời có kích thước đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. Điều này cung cấp một công nghệ mới để sản xuất các lỗ màng khí trong các bộ phận của động cơ máy bay.
Việc gia công nhiều lỗ làm mát màng khí trên các cánh tuabin được phủ-rào cản nhiệt là rất quan trọng để ứng dụng tỷ lệ lực đẩy-trên{2}}trọng lượng cao, động cơ hiệu suất-cao, do đó đặt ra các yêu cầu cao hơn cho việc gia công các cánh được phủ này. Công nghệ xử lý lỗ vi mô-bằng laser Femto giây, với ưu điểm là độ chính xác cao, chất lượng cao và xử lý nguội, cho phép gia công lỗ-vi mô chất lượng cao cho động cơ. Với những cải tiến liên tục trong công nghệ khoan laser femto giây, giờ đây có thể đạt được-gia công có độ chính xác cao đối với các lỗ màng khí trên lưỡi dao được phủ-rào cản nhiệt mà không có-các lớp nóng chảy lại, vết nứt-vi mô hoặc vùng bị ảnh hưởng nhiệt-, đồng thời đảm bảo rằng lớp phủ chắn nhiệt không chuyển sang màu đen hoặc bong ra sau khi xử lý. Do đó, công nghệ xử lý lỗ vi mô{15}}bằng laser femto giây sẵn sàng trở thành một phương pháp quan trọng để sản xuất các lỗ màng khí trên các cánh tuabin{16}}được phủ lớp chắn nhiệt.
(2) Gia công các lỗ làm mát màng trong buồng đốt của động cơ máy bay
Ống lửa là thành phần chính của buồng đốt động cơ máy bay và là một trong những bộ phận chịu nhiệt-quan trọng nhất. Để đảm bảo ống lửa hoạt động ổn định và liên tục trong điều kiện nhiệt độ-cực cao, ống lửa phải được làm mát. Hiện nay, một phương pháp phổ biến bao gồm sự kết hợp giữa lớp phủ và đục lỗ. Việc sử dụng-gia công bằng laser xung dài có thể gây ra các khuyết tật như bào mòn lớp phủ, bắn tung tóe và sứt mẻ cạnh, những điều này ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ của ống lửa. Hiện tại, việc sử dụng gia công bằng laser pico giây có thể tạo ra các lỗ làm mát màng không có sự phân tách hoặc bong tróc diện tích lớn-trên bề mặt và kích thước đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, như minh họa trong Hình 2 và 3.
(3) Gia công các rãnh có hình dạng-đặc biệt trong động cơ máy bay
Hiệu suất bịt kín có tác động quan trọng đến hiệu suất của động cơ máy bay. Trong những năm gần đây, với sự phát triển của ngành hàng không, hiệu suất của động cơ ngày càng được cải thiện và điều kiện vận hành ngày càng trở nên phức tạp. Các hư hỏng do trục trặc của phốt động cơ đang ngày càng gia tăng và những vấn đề này cần được giải quyết khẩn cấp. Vì vậy, những yêu cầu mới đã được đề xuất cho công nghệ làm kín động cơ. Phớt đầu ngón tay là một loại thiết bị mới có thể được sử dụng để bịt kín buồng ổ trục chính và đường dẫn khí của động cơ máy bay. Việc gia công các bộ phận bịt đầu ngón tay đòi hỏi độ chính xác cao. Gia công cơ học, gia công phóng điện và gia công laser xung dài-hiện tại không thể giải quyết các vấn đề như cong vênh và biến dạng được tạo ra trong quá trình xử lý. Tuy nhiên, laser femto giây do mật độ năng lượng cực cao và thời gian xử lý rất ngắn nên đảm bảo hiệu quả và độ chính xác cao trong quá trình gia công. Không có khiếm khuyết nào như lớp đúc lại, vết nứt hoặc gờ xuất hiện trên các bộ phận bịt đầu ngón tay, cung cấp một phương pháp mới để gia công các rãnh có hình dạng-đặc biệt trong các bộ phận động cơ máy bay có độ chính xác cao{10}}.
03
Kết luận và triển vọng
Là một công nghệ chế tạo và xử lý vật liệu tiên tiến, xử lý laser cực nhanh có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực sản xuất động cơ hàng không vũ trụ. Trong ứng dụng kỹ thuật xử lý laser cực nhanh, nên chọn các thông số quy trình laser khác nhau theo đặc tính vật liệu để giảm các bước quy trình, nâng cao hiệu quả xử lý và đảm bảo tính chính xác của chất lượng và kích thước hình thành vật liệu. Với sự phát triển của công nghệ laser cực nhanh và cải thiện tối ưu hóa quy trình, các vấn đề như hiệu suất xử lý thấp và độ dày gia công hạn chế sẽ được giải quyết một cách hiệu quả. Hơn nữa, công nghệ xử lý laser xung-kép, kết hợp xử lý laser cực nhanh với xử lý laser xung-dài, sẽ là hướng đi trong tương lai để cải thiện chất lượng và hiệu quả.
