Perché i motori degli aerei utilizzano pale integrali? Sono la chiave per volare! Italia

Il motore aeronautico è il "cuore" dell'aereo ed è anche noto come il "gioiello della corona dell'industria". La sua produzione integra molte tecnologie all'avanguardia nell'industria moderna, che coinvolgono materiali, lavorazioni meccaniche, termodinamica e altri campi. Poiché i paesi hanno requisiti sempre più elevati per le prestazioni del motore, nuove strutture, nuove tecnologie e nuovi processi nella ricerca e sviluppo e nell'applicazione stanno ancora sfidando costantemente il picco dell'industria moderna. Uno dei fattori importanti nel miglioramento del rapporto spinta-peso dei motori aeronautici è il disco pala integrale.

Vantaggi dei blisk

Prima dell'avvento del disco a pale integrali, le pale del rotore del motore dovevano essere collegate al disco ruota tramite tenoni, scanalature a mortasa e tenone e dispositivi di bloccaggio, ma questa struttura gradualmente non è riuscita a soddisfare le esigenze dei motori aeronautici ad alte prestazioni. Il disco a pale integrali che integra le pale del rotore del motore e il disco ruota è stato progettato ed è ora diventato una struttura indispensabile per motori con elevato rapporto spinta-peso. È stato ampiamente utilizzato nei motori aeronautici militari e civili e presenta i seguenti vantaggi.

1.Perdita di peso:Poiché il cerchio del disco della ruota non deve essere lavorato per installare la linguetta e la scanalatura per l'installazione delle lame, la dimensione radiale del cerchio può essere notevolmente ridotta, riducendo così significativamente la massa del rotore.

2.Ridurre il numero di parti:Oltre al fatto che il disco della ruota e le pale sono integrati, anche la riduzione dei dispositivi di bloccaggio è un motivo importante. I motori degli aerei hanno requisiti estremamente severi in termini di affidabilità e una struttura del rotore semplificata gioca un ruolo importante nel migliorare l'affidabilità.

3. Ridurre la perdita di flusso d'aria:La perdita di fuga causata dallo spazio nel metodo di collegamento tradizionale viene eliminata, l'efficienza del motore viene migliorata e la spinta aumenta.

Il blisk, che riduce il peso e aumenta la spinta, non è una "perla" facile da ottenere. Da un lato, il blisk è per lo più fatto di materiali difficili da lavorare come la lega di titanio e la lega ad alta temperatura; dall'altro, le sue pale sono sottili e la forma delle pale è complessa, il che pone requisiti estremamente elevati alla tecnologia di produzione. Inoltre, quando le pale del rotore sono danneggiate, non possono essere sostituite singolarmente, il che può causare la rottamazione del blisk, e la tecnologia di riparazione è un altro problema.

Produzione di blisk

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

• Fresatura CNC a cinque assi

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

Macchine utensili a cinque assi con buone caratteristiche dinamiche

Software CAM professionale ottimizzato

Strumenti e conoscenze applicative dedicate alla lavorazione di leghe di titanio/leghe ad alta temperatura

• Lavorazioni elettrochimiche

La lavorazione elettrochimica è un metodo eccellente per la lavorazione dei canali dei dischi integrali delle pale dei motori aeronautici. Esistono diverse tecnologie di lavorazione nella lavorazione elettrochimica, tra cui la lavorazione elettrolitica a manicotto, la lavorazione elettrolitica di contorno e la lavorazione elettrolitica CNC.

Poiché la lavorazione elettrochimica sfrutta principalmente la proprietà di dissoluzione del metallo all'anodo nell'elettrolita, la parte del catodo non verrà danneggiata quando viene applicata la tecnologia di lavorazione elettrochimica e il pezzo non verrà influenzato dalla forza di taglio, dal calore di lavorazione, ecc. durante la lavorazione, riducendo così lo stress residuo del canale della pala integrale del motore dell'aeromobile dopo la lavorazione.

Inoltre, rispetto alla fresatura a cinque assi, le ore di lavoro della lavorazione elettrochimica sono notevolmente ridotte e può essere utilizzata nelle fasi di sgrossatura, semifinitura e finitura. Non c'è bisogno di lucidatura manuale dopo la lavorazione. Pertanto, è una delle direzioni di sviluppo importanti della lavorazione del canale della pala integrale del motore dell'aeromobile.

• Saldatura

Le lame vengono lavorate separatamente e poi saldate al disco della lama tramite saldatura a fascio di elettroni, saldatura a frizione lineare o saldatura a diffusione allo stato solido sotto vuoto. Il vantaggio è che può essere utilizzato per la fabbricazione di dischi di lama integrali con materiali di lama e disco incoerenti.

Il processo di saldatura ha elevati requisiti sulla qualità della saldatura delle pale, che influisce direttamente sulle prestazioni e sull'affidabilità del disco pala complessivo del motore aeronautico. Inoltre, poiché le forme effettive delle pale utilizzate nel disco pala saldato non sono coerenti, le posizioni delle pale dopo la saldatura non sono coerenti a causa della limitazione della precisione della saldatura, ed è richiesta una tecnologia di elaborazione adattiva per eseguire una fresatura CNC di precisione personalizzata per ciascuna pala.

Inoltre, la saldatura è una tecnologia molto importante nella riparazione di pale integrali. Tra queste, la saldatura a frizione lineare, come tecnologia di saldatura in fase solida, ha un'elevata qualità del giunto di saldatura e una buona riproducibilità. È una delle tecnologie di saldatura più affidabili e degne di fiducia per la saldatura di componenti del rotore del motore aeronautico con elevato rapporto spinta-peso.

Applicazione del blisk

1. Motore aeronautico EJ200

Il motore aeronautico EJ200 ha un totale di ventole a 3 stadi e compressori ad alta pressione a 5 stadi. Le singole pale sono saldate al disco della ruota tramite fascio di elettroni per formare un disco di pale integrale, che viene utilizzato nella ventola del 3° stadio e nel compressore ad alta pressione del 1° stadio. Il disco di pale integrale non è saldato insieme ai rotori di altri stadi per formare un rotore integrale multistadio, ma è collegato con bulloni corti. In generale, è nella fase iniziale dell'applicazione dei dischi di pale integrali.

2. Motore turbofan F414

Nel motore turbofan F414, il 2° e 3° stadio della ventola a 3 stadi e i primi 3 stadi del compressore ad alta pressione del 7° stadio utilizzano pale integrali, che vengono lavorate con metodi elettrochimici. GE ha anche sviluppato un metodo di riparazione fattibile. Su questa base, le pale integrali del 2° e 3° stadio della ventola vengono saldate insieme per formare un rotore integrale, e anche il 1° e il 2° stadio del compressore vengono saldati insieme, riducendo ulteriormente il peso del rotore e migliorando la durata del motore.

Rispetto all'EJ200, l'F414 ha compiuto un grande passo avanti nell'applicazione delle pale integrali.

3. Motore F119-PW-100

La ventola a 3 stadi e il compressore ad alta pressione a 6 stadi utilizzano tutti pale integrali e le pale della ventola del 1° stadio sono cave. Le pale cave sono saldate al disco della ruota tramite saldatura a frizione lineare per formare una pala integrale, che riduce il peso del rotore di questo stadio di 32 kg.

4. Motore BR715

Nei grandi motori civili è stato utilizzato anche il disco a pale integrali. Il motore BR715 utilizza la tecnologia di fresatura CNC a cinque assi per elaborare il disco a pale integrali, che viene utilizzato sul compressore del compressore di secondo stadio dopo la ventola, e i dischi a pale integrali anteriore e posteriore sono saldati insieme per formare un rotore integrale. Viene utilizzato sul Boeing 717.