¿Por qué los motores de avión utilizan palas integradas?

01 Ventajas de la hoja integral

Antes de la aparición del disco de hojas integrado, las palas del rotor del motor necesitaban conectarse al disco mediante encajes, ranuras y dispositivos de bloqueo, pero esta estructura gradualmente dejó de satisfacer las necesidades de los motores aeroespaciales de alto rendimiento. Se diseñó el disco de hojas integrado, que combina las palas del rotor del motor con el disco, y ahora se ha convertido en una estructura indispensable para motores con alta relación empuje-peso. Ha sido ampliamente utilizado en motores de aeronaves militares y civiles y tiene las siguientes ventajas.

1. pérdida de peso

Dado que no es necesario mecanizar el acoplamiento para instalar las palas en el borde de la rueda, la dimensión radial del borde puede reducirse considerablemente, lo que reduce significativamente la masa del rotor.

2. Reduce el número de piezas

Además del hecho de que el disco de la rueda y las palas están integrados, la reducción de los dispositivos de bloqueo es también una razón importante. Los motores de avión tienen requisitos extremadamente estrictos en cuanto a fiabilidad, y la estructura simplificada del rotor juega un papel importante en la mejora de la fiabilidad.

3. Reducción de la pérdida de flujo de aire

Se elimina la pérdida de escape causada por el hueco en el método de conexión tradicional, mejorando la eficiencia del trabajo del motor y aumentando la empuje.

El disco de hojas integrado, que no solo reduce el peso sino que también aumenta la empuje, es además favorable para mejorar la relación empuje-peso. Naturalmente, no es una "perla" fácil de elegir. Por un lado, el disco de hojas integrado utiliza en su mayoría materiales difíciles de procesar como aleaciones de titanio y aleaciones de alta temperatura; por otro lado, sus hojas son delgadas y la forma de las hojas es compleja, lo que plantea requisitos extremadamente altos para la tecnología de fabricación. Además, cuando las palas del rotor están dañadas, no se pueden reemplazar individualmente, lo que puede causar que se deseche el disco de hojas integrado, y la tecnología de reparación es otro problema.

02 Fabricación del disco de hojas integrado

Actualmente, existen tres tecnologías principales para la fabricación de aspas integrales.

1. Fresado CNC de cinco ejes

El fresado CNC de cinco ejes se utiliza ampliamente en la fabricación de rotores con aspas debido a sus ventajas de respuesta rápida, alta fiabilidad, buena flexibilidad de procesamiento y ciclo de preparación de producción corto. Los principales métodos de fresado incluyen fresado lateral, fresado de inmersión y fresado cicloidal. Los factores clave para garantizar el éxito de los rotores con aspas incluyen:

1) Máquinas herramienta de cinco ejes con buenas características dinámicas

2) Software CAM profesional optimizado

3) Herramientas y conocimientos aplicados dedicados al procesamiento de aleaciones de titanio/aleaciones de alta temperatura

2. Mecanizado electroquímico

El mecanizado electroquímico es un excelente método para mecanizar los canales de los discos de aspas integrales de motores de avión. Existen varias tecnologías de mecanizado en el mecanizado electroquímico, incluyendo mecanizado electroquímico de manga, mecanizado electroquímico de contorno y mecanizado electroquímico CNC.

Dado que el mecanizado electroquímico utiliza principalmente la propiedad de disolución del metal en el ánodo en el electrolito, la parte del cátodo no se dañará al aplicar la tecnología de mecanizado electroquímico, y la pieza durante el mecanizado no se verá afectada por la fuerza de corte, el calor del mecanizado, etc., lo que reduce el estrés residual del canal de hojas integral del motor aeronáutico después del mecanizado.

Además, en comparación con el fresado de cinco ejes, las horas de trabajo del mecanizado electroquímico se reducen considerablemente, y puede utilizarse en las etapas de mecanizado grueso, semi-acabado y acabado. No es necesario pulir manualmente después del mecanizado. Por lo tanto, es una de las direcciones de desarrollo importantes para el mecanizado del canal de hojas integrado del motor aeronáutico.

3. la soldadura

Las hojas se procesan por separado y luego se soldan al disco de hojas mediante soldadura por haz de electrones, soldadura por fricción lineal o unión por difusión en estado sólido en vacío. Su ventaja es que puede utilizarse para la fabricación de discos de hojas integrales con materiales de hojas y discos inconsistentes.

El proceso de soldadura tiene requisitos estrictos sobre la calidad de la soldadura de las hojas, lo cual afecta directamente el rendimiento y la fiabilidad del disco de hojas del motor de avión. Además, dado que las formas reales de las hojas utilizadas en el disco de hojas soldado no son consistentes, las posiciones de las hojas después de la soldadura no son uniformes debido a las limitaciones de precisión de la soldadura, y se requiere tecnología de procesamiento adaptativo para realizar fresado CNC de precisión personalizado para cada hoja.

Además, la soldadura es una tecnología muy importante en la reparación de aspas integrales. Entre ellas, la soldadura por fricción lineal, como una tecnología de soldadura en fase sólida, tiene una alta calidad en las juntas de soldadura y buena reproducibilidad. Es una de las tecnologías de soldadura más confiables y de confianza para unir componentes de rotores de motores aeronáuticos con alta relación empuje-peso.