01
مقدمه ای بر این مقاله
فناوری لیزر فوق سریع یک فناوری پیشرفته است که پالسهای نوری با شدت{0} بالا را در مدت زمان بسیار کوتاهی تولید میکند و کاربردهای آن در زمینه هوافضا به طور فزایندهای توجه را به خود جلب میکند. این فناوری به دلیل عملکرد فوق العاده خود در اندازه گیری، ساخت و ارتباطات مشهور است و کاربرد گسترده آن در مهندسی هوافضا امکانات جدیدی را برای بهبود عملکرد و ایمنی هواپیما فراهم می کند.
لیزرهای فوق سریع عموماً به لیزرهایی با عرض پالس کمتر از 10^- 12 ثانیه، عمدتاً شامل لیزرهای فمتوثانیه (1 fs=10^{14}}15 ثانیه) و لیزرهای پیکوثانیه (1 ps=10^-12 ثانیه) اشاره دارد. از آنجایی که پالس های لیزری فوق سریع برای مدت زمان بسیار کوتاهی عمل می کنند، می توانند فوراً اوج قدرت بسیار بالایی تولید کنند. بنابراین، برخلاف روشهای رایج پردازش لیزری که از طریق اثرات فتوترمال بر روی مواد اثر میگذارند، مکانیسم پردازش لیزرهای فوق سریع، جذب حالت الکترونیکی مستقیم است که انرژی را به شبکه ماده منتقل میکند، پیوندهای آن را میشکند و در نهایت آن را به صورت پلاسما خارج میکند. علاوه بر این، بر خلاف پردازش حرارتی لیزرهای مداوم معمولی، پردازش لیزر فوق سریع بیشتر با روش "پردازش سرد" هماهنگ است. از منظر مکانیسم تعامل بین لیزر و ماده، پردازش لیزر فمتوثانیه میتواند به دقت بالا، حداقل مناطق تحت تأثیر حرارت، بدون ذوب حرارتی، بدون لایهای مجدد و بدون ریزترک دست یابد. این یکی از بهترین روش ها برای بهبود یکپارچگی سطح تشکیل حفره خنک کننده فیلم پره توربین در موتورهای هوانوردی است.
02 کاربردهای خاص (1) ماشینکاری سوراخ فیلم گاز پره های توربین موتور هوایی
طراحی، کیفیت ساخت و عملکرد عملیاتی پره های توربین به عنوان یک جزء اصلی یک موتور هوایی، عمر مفید موتور را تحت تاثیر قرار می دهد. به طور کلی، پوششهای مانع حرارتی بر روی سطح آلیاژهای با دمای بالا اعمال میشوند تا به تیغهها چقرمگی بالا، پلاستیسیته بالا، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر حرارت بالا بدهند. علاوه بر این، ساختارهای سوراخ فیلم گاز بر روی سطح طراحی شده است. با آزاد کردن هوای سرد از داخل قطعه و ایجاد جریان هوا از طریق سوراخهای کوچک، یک لایه محافظ هوای سرد روی سطح تشکیل میشود که گاز داغ را جدا کرده و از قطعه محافظت میکند. با این حال، روشهای پردازش فعلی، مانند ماشینکاری تخلیه الکتریکی و ماشینکاری لیزر پالس طولانی، دارای معایبی هستند، از جمله-لایههای سد حرارتی غیر رسانا، لایهبرداری پوشش، ترکها و برادهشدن پوشش، که تولید سوراخهای کوچک را دشوار میکند.
با توسعه فناوری پردازش لیزر فوق سریع، لیزرهای فمتوثانیه اکنون برای ایجاد حفره های گاز بر روی پره های توربین بدون لایه لایه شدن پوشش یا ترک و با ابعادی مطابق با الزامات فنی استفاده شده است. این یک فناوری جدید برای ساخت حفره های فیلم گاز در اجزای موتور هواپیما ارائه می دهد.
ماشینکاری سوراخهای خنککننده فیلم گازی متعدد بر روی پرههای توربین پوششدادهشده با مانع حرارتی برای استفاده از موتورهای با نسبت رانش بالا-به-وزن و عملکرد بالا، بنابراین الزامات بالاتری را برای ماشینکاری این تیغههای روکش شده تعیین میکند. فناوری پردازش میکرو{5}حفره لیزری فمتوثانیه، با مزایای آن در دقت بالا، کیفیت بالا، و پردازش سرد، ماشینکاری با کیفیت بالا را برای موتورها ممکن میسازد. با پیشرفتهای مداوم در فناوری حفاری لیزری فمتوثانیه، اکنون میتوان به-ماشینکاری با دقت بالا سوراخهای فیلم گاز بر روی سد حرارتی{10}}تیغههای پوششدادهشده بدون{11}لایههای ذوبشده، میکرو-ترکها یا ریز{12}}ترکها، یا حرارت{13} دست یافت پردازش بنابراین، فناوری پردازش حفرهای میکرو{15}}لیزر فمتوثانیه به روشی مهم برای ساخت سوراخهای فیلم گاز بر روی پرههای توربین پوششدادهشده{16} با مانع حرارتی تبدیل میشود.
(2) ماشینکاری سوراخ های خنک کننده فیلم در محفظه احتراق موتورهای هوا
لوله شعله یکی از اجزای اصلی محفظه احتراق موتور هوا و یکی از مهمترین قطعات مقاوم در برابر حرارت است. برای اطمینان از عملکرد پایدار و پیوسته لوله شعله تحت شرایط دمای بسیار بالا، باید خنک شود. در حال حاضر، یک روش رایج شامل ترکیبی از پوشش ها و سوراخ ها است. استفاده از ماشینکاری لیزر پالس طولانی{5} میتواند باعث نقصهایی مانند فرسایش پوشش، پاشش و بریدگی لبه شود که بهطور قابلتوجهی بر عمر مفید لوله شعله تأثیر میگذارد. در حال حاضر، با استفاده از ماشینکاری لیزر پیکوثانیه میتوان حفرههای خنککننده فیلم را بدون لایه-سطح بزرگ یا پوسته پوسته شدن روی سطح و ابعادی که الزامات فنی را برآورده میکند، همانطور که در شکلهای 2 و 3 نشان داده شده است، ایجاد کرد.
(3) ماشینکاری شیارهای خاص-شکل در موتورهای هوا
عملکرد آب بندی تاثیر مهمی بر عملکرد موتورهای هوا دارد. در سال های اخیر، با توسعه صنعت هوانوردی، عملکرد موتور به طور پیوسته بهبود یافته است و شرایط عملیاتی به طور فزاینده ای پیچیده شده است. خرابی های ناشی از خرابی مهر و موم موتور در حال افزایش است و این مشکلات باید فوراً برطرف شوند. بنابراین، الزامات جدیدی برای فناوری آب بندی موتور پیشنهاد شده است. مهر و موم نوک انگشتی نوع جدیدی از دستگاه است که می تواند برای آب بندی محفظه اصلی یاتاقان و مسیرهای جریان هوا موتورهای هوا استفاده شود. ماشینکاری اجزای مهر و موم نوک انگشت نیاز به دقت بالایی دارد. ماشینکاری مکانیکی فعلی، ماشینکاری تخلیه الکتریکی، و ماشینکاری لیزر پالس بلند{6} نمیتوانند مسائلی مانند پیچ و تاب و تغییر شکل ایجاد شده در طول پردازش را حل کنند. اما لیزرهای فمتوثانیه به دلیل چگالی انرژی بسیار بالا و زمان پردازش بسیار کوتاه، کارایی و دقت بالایی را در فرآیند ماشینکاری تضمین می کنند. هیچ نقصی مانند لایههای دوباره ریختهشده، ترک یا سوراخها روی اجزای مهر و موم نوک انگشت ظاهر نمیشود، که روش جدیدی را برای ماشینکاری شیارهای{9}}شکل خاص در قطعات{10}موتور هوا با دقت بالا ارائه میکند.
03
نتیجه گیری و چشم انداز
به عنوان یک فناوری پیشرفته پردازش و ساخت مواد، پردازش لیزر فوق سریع دارای چشم انداز کاربردی گسترده ای در زمینه ساخت موتورهای هوافضا است. در کاربرد مهندسی پردازش لیزر فوق سریع، پارامترهای مختلف فرآیند لیزر باید با توجه به ویژگیهای مواد انتخاب شوند تا مراحل فرآیند کاهش یابد، کارایی پردازش بهبود یابد و از دقت کیفیت و ابعاد تشکیل مواد اطمینان حاصل شود. با توسعه فناوری لیزر فوق سریع و بهبود بهینه سازی فرآیند، مسائلی مانند راندمان پردازش پایین و ضخامت قابل ماشینکاری محدود به طور موثر حل خواهد شد. علاوه بر این، فناوری پردازش لیزر دوگانه{3}}، که پردازش لیزر فوق سریع را با پردازش لیزر پالس طولانی- ترکیب میکند، مسیر آینده برای بهبود کیفیت و کارایی خواهد بود.
