Perché i motori aerei utilizzano pale integrali?

01 Vantaggi della lama integrale

Prima dell'emergere del disco a lamiera integrale, le pale rotanti del motore dovevano essere collegate al disco ruotante attraverso tacche, incastri e dispositivi di blocco, ma questa struttura ha gradualmente smesso di soddisfare i requisiti dei motori aeronautici ad alta prestazione. È stato progettato il disco a lamiera integrale che unifica le pale rotanti del motore e il disco ruotante, diventando ora una struttura indispensabile per i motori con alto rapporto spinta-peso. Viene ormai utilizzato ampiamente nei motori degli aerei militari e civili e offre i seguenti vantaggi.

1. Perdita di peso

Poiché non è necessario realizzare la linguetta e la scanalatura per installare le lame sul bordo del disco ruota, la dimensione radiale del bordo può essere ridotta notevolmente, riducendo così in modo significativo la massa del rotore.

2. Ridurre il numero di componenti

In aggiunta al fatto che il disco ruota e le lame sono integrati, la riduzione dei dispositivi di blocco è anch'essa una ragione importante. I motori aerei hanno requisiti estremamente rigorosi in termini di affidabilità, e la semplificazione della struttura del rotore gioca un ruolo fondamentale nel migliorare l'affidabilità.

3. Ridurre le perdite di flusso d'aria

Viene eliminata la perdita di fuga causata dallo spazio vuoto nel metodo di connessione tradizionale, migliorando l'efficienza del funzionamento del motore e aumentando la spinta.

Il disco integrato con pale, che non solo riduce il peso ma aumenta anche la spinta, contribuisce inoltre a migliorare il rapporto spinta-peso. Naturalmente, non è una facile "perla" da scegliere. Da un lato, il disco integrato con pale utilizza prevalentemente materiali difficili da lavorare, come leghe di titanio e leghe ad alta temperatura; dall'altro, le sue pale sono sottili e la forma delle pale è complessa, il che pone richieste estremamente alte alla tecnologia di produzione. Inoltre, quando le pale del rotore sono danneggiate, non possono essere sostituite singolarmente, il che può causare lo scarto del disco integrato con pale, e la tecnologia di riparazione è un altro problema.

02 Produzione del disco integrato con pale

Attualmente, esistono tre principali tecnologie per la produzione di pale integrali.

1. Fresatura CNC a cinque assi

La fresatura CNC a cinque assi è ampiamente utilizzata nella produzione di blisk grazie ai suoi vantaggi di rapida risposta, alta affidabilità, buona flessibilità di lavorazione e breve ciclo di preparazione della produzione. I principali metodi di fresatura includono fresatura laterale, fresatura a immersione e fresatura cicloideale. I fattori chiave per garantire il successo dei blisk includono:

1) Macchine a cinque assi con buone caratteristiche dinamiche

2) Software CAM professionale ottimizzato

3) Strumenti e conoscenze applicative dedicate al trattamento di leghe di titanio/high-temperature alloy

2. Lavorazione elettrochimica

La lavorazione elettrochimica è un eccellente metodo per lavorare i canali dei dischi di pale integrali degli motori aeronautici. Esistono diverse tecnologie di lavorazione nell'elettrochimica, tra cui lavorazione elettrolitica a maniche, lavorazione elettrolitica a contorno e lavorazione elettrolitica CNC.

Poiché la lavorazione elettrochimica utilizza principalmente la proprietà di dissoluzione del metallo all'anodo nell'elettrolita, la parte catodica non subirà danni quando viene applicata la tecnologia di lavorazione elettrochimica, e durante la lavorazione il pezzo non sarà influenzato dalla forza di taglio o dal calore di lavorazione, riducendo così lo stress residuo del canale a pale dell'elica del motore aeronautico dopo la lavorazione.

Inoltre, rispetto alla fresatura a cinque assi, le ore-lavoro della lavorazione elettrochimica sono drasticamente ridotte e può essere utilizzata nei livelli di lavorazione grezza, semilavorazione e finitura. Non è necessario lucidare manualmente dopo la lavorazione. Pertanto, rappresenta una delle importanti direzioni di sviluppo per la lavorazione del canale delle pale integrali dei motori aeronautici.

3. saldatura

Le pale vengono lavorate separatamente e poi saldate al disco delle pale tramite saldatura a fascio elettronico, saldatura per frizione lineare o legatura a diffusione nello stato solido sotto vuoto. Il suo vantaggio è che può essere utilizzato per la produzione di dischi a pale integrali con materiali diversi per le pale e il disco.

Il processo di saldatura richiede standard elevati sulla qualità della saldatura delle pale, il che influisce direttamente sulle prestazioni e la affidabilità del disco complessivo del motore aeronautico. Inoltre, poiché le forme reali delle pale utilizzate nel disco saldato non sono uniformi, le posizioni delle pale dopo la saldatura non sono coerenti a causa delle limitazioni della precisione della saldatura, e viene richiesta una tecnologia di elaborazione adattiva per eseguire un'operazione di fresatura CNC personalizzata e precisa per ogni singola pala.

Inoltre, la saldatura è una tecnologia molto importante nella riparazione di pale integrali. Tra queste, la saldatura per attrito lineare, come tecnologia di saldatura a fase solida, offre un'elevata qualità delle giunzioni saldate e una buona ripetibilità. È una delle tecnologie di saldatura più affidabili e degne di fiducia per la saldatura dei componenti del rotore dei motori aeronautici con alto rapporto spinta-peso.