01
مقدمة لهذه المادة
تقنية الليزر فائقة السرعة هي تقنية متقدمة تولد-نبضات ضوئية عالية الكثافة في وقت قصير للغاية، وتجذب تطبيقاتها في مجال الطيران الانتباه بشكل متزايد. وتشتهر هذه التكنولوجيا بأدائها المتميز في القياس والتصنيع والاتصالات، كما أن تطبيقها على نطاق واسع في هندسة الطيران يوفر إمكانيات جديدة لتحسين أداء الطائرات وسلامتها.
تشير أجهزة الليزر فائقة السرعة عمومًا إلى أجهزة الليزر ذات عرض نبضي أقل من 10^-12 ثانية، بما في ذلك بشكل أساسي ليزر الفيمتو ثانية (1 fs=10^-15 ثانية) وأشعة الليزر بيكو ثانية (1 ps=10^-12 ثانية). ونظرًا لأن نبضات الليزر فائقة السرعة تعمل لمدة قصيرة للغاية، فيمكنها إنتاج طاقة ذروة عالية جدًا على الفور. لذلك، على عكس طرق المعالجة بالليزر الشائعة التي تعمل على المواد من خلال التأثيرات الحرارية الضوئية، فإن آلية المعالجة بالليزر فائق السرعة هي الامتصاص المباشر للحالة الإلكترونية، والذي ينقل الطاقة إلى شبكة المادة، ويكسر روابطها، ويخرجها أخيرًا على شكل بلازما. علاوة على ذلك، على عكس المعالجة الحرارية لأشعة الليزر المستمرة العادية، فإن المعالجة بالليزر فائق السرعة تتوافق بشكل أكبر مع طريقة "المعالجة الباردة". من منظور آلية التفاعل بين الليزر والمادة، يمكن للمعالجة بليزر الفيمتو ثانية تحقيق دقة عالية، والحد الأدنى من المناطق المتأثرة بالحرارة، وعدم الانصهار الحراري، وعدم وجود طبقة إعادة صب، وعدم وجود شقوق دقيقة. إنها واحدة من أفضل الطرق لتحسين سلامة سطح تكوين ثقب تبريد غشاء التوربين في محركات الطيران.
02 تطبيقات محددة (1) تصنيع فتحات فيلم الغاز لشفرات توربينات المحركات الهوائية
باعتبارها مكونًا أساسيًا في محرك الطائرة، فإن التصميم وجودة التصنيع والأداء التشغيلي لشفرات التوربينات تؤثر على عمر خدمة المحرك. بشكل عام، يتم تطبيق طبقات العزل الحراري على سطح السبائك ذات درجات الحرارة المرتفعة-لمنح الشفرات صلابة عالية، ومرونة عالية، ومقاومة للتآكل، ومقاومة درجات الحرارة العالية-. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم هياكل ثقب فيلم الغاز على السطح. من خلال إطلاق الهواء البارد من داخل المكون، وإنشاء تدفق هواء عبر فتحات صغيرة، يتشكل فيلم واقي للهواء البارد على السطح، مما يعزل الغاز الساخن ويحمي المكون. ومع ذلك، فإن طرق المعالجة الحالية، مثل معالجة التفريغ الكهربائي والمعالجة بالليزر ذات النبض الطويل-، لها عيوب، بما في ذلك-طبقات الحاجز الحراري غير الموصلة، وتصفيح الطلاء، والشقوق، وتقطيع الطلاء، مما يجعل من الصعب إنتاج ثقوب صغيرة جيدة التكوين-.
مع تطور تكنولوجيا المعالجة بالليزر فائق السرعة، تم الآن استخدام ليزر الفيمتو ثانية لإنشاء ثقوب غاز على ريش التوربينات دون تشققات أو تشققات في الطلاء، وبأبعاد تلبي المتطلبات الفنية. وهذا يوفر تقنية جديدة لتصنيع ثقوب أفلام الغاز في مكونات محركات الطائرات.
يعد تصنيع العديد من فتحات تبريد غشاء الغاز على شفرات التوربينات المطلية بالحاجز الحراري- أمرًا بالغ الأهمية لتطبيق نسبة الدفع العالية-إلى-الوزن، والمحركات عالية الأداء-، وبالتالي وضع متطلبات أعلى لمعالجة هذه الشفرات المطلية. تتيح تقنية معالجة الثقوب الدقيقة -باستخدام ليزر الفيمتو ثانية، مع مزايا الدقة العالية والجودة العالية والمعالجة الباردة، إمكانية تصنيع الثقوب الدقيقة-ذات الجودة العالية- للمحركات. من خلال التحسينات المستمرة في تقنية الحفر بالليزر بالفيمتو ثانية، أصبح من الممكن الآن تحقيق معالجة عالية الدقة-لثقوب أفلام الغاز على الشفرات المطلية بالحاجز الحراري-بدون طبقات منصهرة-أو-صغيرة، أو مناطق متأثرة بالحرارة-، مع ضمان عدم تحول طبقة الحاجز الحراري إلى اللون الأسود أو تقشرها بعد المعالجة. ولذلك، فإن تقنية معالجة الثقوب الدقيقة بالليزر بالفيمتو ثانية-من المتوقع أن تصبح طريقة مهمة لتصنيع ثقوب أفلام الغاز على شفرات التوربينات المغطاة بالحاجز الحراري-.
(2) تصنيع فتحات تبريد الفيلم في غرفة الاحتراق للمحركات الهوائية
يعد أنبوب اللهب أحد المكونات الرئيسية لغرفة احتراق المحرك الهوائي وأحد أهم الأجزاء المقاومة للحرارة. لضمان عمل أنبوب اللهب بشكل ثابت ومستمر في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة جدًا-، يجب تبريده. حاليًا، تتضمن الطريقة الشائعة مزيجًا من الطلاءات والثقوب. قد يؤدي استخدام المعالجة بالليزر ذات النبض الطويل- إلى حدوث عيوب مثل استئصال الطلاء، والرش، وتقطيع الحواف، مما يؤثر بشكل كبير على عمر خدمة أنبوب اللهب. في الوقت الحاضر، يمكن أن يؤدي استخدام المعالجة بالليزر بيكو ثانية إلى إنتاج فتحات تبريد غشائية بدون أي انفصال أو تقشر في منطقة كبيرة على السطح، وأبعاد تلبي المتطلبات الفنية، كما هو موضح في الشكلين 2 و3.
(3) تصنيع الأخاديد ذات الأشكال الخاصة-في المحركات الهوائية
أداء الختم له تأثير مهم على أداء المحركات الهوائية. في السنوات الأخيرة، مع تطور صناعة الطيران، تحسن أداء المحرك بشكل مطرد، وأصبحت ظروف التشغيل معقدة بشكل متزايد. إن الأعطال الناجمة عن أعطال في ختم المحرك آخذة في الارتفاع، ويجب معالجة هذه المشاكل بشكل عاجل. ولذلك، تم اقتراح متطلبات جديدة لتكنولوجيا ختم المحرك. تعتبر أختام طرف الإصبع نوعًا جديدًا من الأجهزة التي يمكن استخدامها لإغلاق حجرة المحمل الرئيسية ومسارات تدفق الهواء للمحركات الهوائية. تتطلب عملية تصنيع مكونات ختم الإصبع دقة عالية. لا يمكن للآلات الميكانيكية الحالية، وآلات التفريغ الكهربائي، وآلات الليزر ذات النبض الطويل-حل مشكلات مثل الالتواء والتشوه الناتج أثناء المعالجة. ومع ذلك، فإن ليزر الفيمتو ثانية، نظرًا لكثافة الطاقة العالية للغاية ووقت المعالجة القصير جدًا، يضمن كفاءة ودقة عالية في عملية التشغيل الآلي. لا تظهر أي عيوب مثل طبقات إعادة الصياغة، أو الشقوق، أو نتوءات على مكونات مانع التسرب بأطراف الأصابع، مما يوفر طريقة جديدة لتصنيع الأخاديد ذات الأشكال الخاصة-في أجزاء المحرك الهوائي عالية الدقة-.
03
الاستنتاجات والتوقعات
باعتبارها تكنولوجيا متقدمة لمعالجة وتصنيع المواد، تتمتع المعالجة بالليزر فائق السرعة بآفاق تطبيق واسعة في مجال تصنيع محركات الطيران. في التطبيق الهندسي للمعالجة بالليزر فائق السرعة، يجب اختيار معلمات معالجة ليزر مختلفة وفقًا لخصائص المواد لتقليل خطوات العملية، وتحسين كفاءة المعالجة، وضمان دقة جودة وأبعاد تشكيل المواد. مع تطور تقنية الليزر فائق السرعة وتحسين تحسين العملية، سيتم حل مشكلات مثل انخفاض كفاءة المعالجة والسمك المحدود القابل للتشكيل بشكل فعال. علاوة على ذلك، فإن تقنية المعالجة بالليزر النبضي المزدوج-، والتي تجمع بين المعالجة بالليزر فائق السرعة ومعالجة النبض بالليزر الطويل-، ستكون الاتجاه المستقبلي لتحسين الجودة والكفاءة.
