Hay un universo escondido en cada pala de turbina

La belleza del universo reside en su misterio y profundidad. La Vía Láctea por sí sola contiene incontables galaxias, estrellas y polvo, mucho más allá del alcance de la observación humana. ¿Sabías que las palas de las turbinas de los motores de los aviones también contienen un "universo" de materiales? En este "universo", los átomos y las moléculas se combinan inteligentemente para ayudar al motor a cumplir con diversos requisitos de rendimiento.

Cuchillas de turbina

Los álabes de turbina son una de las piezas más críticas de un motor de avión. Se encuentran en la parte del motor que soporta la temperatura más alta, la tensión más compleja y el entorno más duro. Son numerosos, tienen formas complejas, exigen grandes exigencias dimensionales y son difíciles de procesar, lo que afecta directamente al rendimiento del motor de avión.

Los motores de aviación avanzados pueden funcionar a temperaturas superiores a 1700°C

Después de la presurización, la presión puede alcanzar más de 50 atmósferas.

Para cumplir con los requisitos de rendimiento, confiabilidad y vida útil del motor, los materiales de las palas de turbina deben tener una excelente resistencia a altas temperaturas, buena resistencia a la oxidación, resistencia a la corrosión térmica, así como buena tenacidad a la fatiga y a la fractura y otras propiedades integrales.

Investigación y desarrollo de materiales

Proceso de desarrollo del material de la hoja

En la década de 1930, los investigadores desarrollaron aleaciones de alta temperatura con un excelente rendimiento a alta temperatura para reemplazar el acero inoxidable, lo que permitió que la hoja se usara a temperaturas de hasta 800°C. Poco después, la aparición de la tecnología de fundición al vacío promovió el desarrollo de aleaciones fundidas de alta temperatura, y las aleaciones policristalinas gradualmente comenzaron a convertirse en el material principal para las palas de turbinas.

En la década de 1980, los investigadores descubrieron la tecnología de solidificación direccional, que puede mejorar la resistencia y la plasticidad de las aleaciones y mejorar el rendimiento de fatiga térmica de las aleaciones al controlar la tasa de crecimiento de los cristales y hacer que los granos crezcan preferentemente. Sobre esta base, las aleaciones monocristalinas de alta temperatura comenzaron a desarrollarse y se convirtieron en el material dominante para las palas de turbinas de motores de aeronaves de alto rendimiento.

Proceso de manufactura

No basta con tener materiales con un rendimiento excelente. Los álabes de turbinas de motores de aeronaves también requieren una tecnología de fabricación precisa: el proceso de fundición a la cera perdida.

Preparación de núcleos, ceras y conchas

En la fundición de inversión de palas huecas, a menudo se utilizan núcleos de cerámica para hacer conductos de aire: el núcleo de cerámica se coloca en una pala de cera de abejas, se envuelve con arcilla de porcelana y se calienta, y la cera del interior se descarga después de la cocción para formar una cavidad de fundición; el molde de cera se recubre con un revestimiento refractario y se sinteriza a alta temperatura, y se forma una carcasa de molde duro después de que el molde de cera se funde. El metal fundido se vierte en la cavidad interior de la carcasa del molde para obtener una fundición.

solidificación direccional

Bajo un estricto control de temperatura, múltiples granos compiten por crecer, permitiendo que el grano dominante ingrese a la cavidad. A medida que avanza la interfaz sólido-líquido, el grano continúa creciendo, obteniendo así una lámina monocristalina.

Tes

Una vez fabricadas las palas de la turbina, se utiliza un proceso químico especial para disolver el núcleo cerámico y, a continuación, se perforan orificios de refrigeración y se aplica un revestimiento de barrera térmica para proporcionar aislamiento y refrigeración. Tras la inspección por rayos X, las palas están terminadas.

Estructura de enfriamiento

En el caso de los motores, el aumento de la temperatura del gas en la entrada de la turbina puede aumentar el empuje, mejorando así la eficiencia del motor y la relación empuje-peso. En los motores de aviación actuales, la temperatura del gas en la entrada de la turbina supera la temperatura límite que puede soportar el material resistente a altas temperaturas de los álabes, por lo que se debe utilizar un método de enfriamiento eficaz para reducir la temperatura de la pared de los álabes de la turbina.

Las tecnologías de enfriamiento utilizadas en los álabes de turbinas incluyen principalmente enfriamiento por convección, enfriamiento por impacto, enfriamiento por película y enfriamiento laminado.

Ffuturo

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la tecnología de fabricación aditiva, el conformado por láser y otras tecnologías se utilizarán en la fabricación de álabes de turbinas. Los álabes de turbinas del futuro tendrán un mejor rendimiento y proporcionarán más potencia para que los aviones se eleven por el cielo.

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