Por que os motores de aeronaves usam pás integradas?

01 Vantagens da lâmina integral

Antes do surgimento do disco de lâmina integral, as pás do rotor do motor precisavam ser conectadas ao disco através de encaixes, ranhuras e dispositivos de bloqueio, mas essa estrutura gradualmente deixou de atender às necessidades dos motores a jato de alta performance. O disco de lâmina integral, que integra as pás do rotor do motor ao disco, foi projetado e agora se tornou uma estrutura indispensável para motores com alta relação empuxo-peso. Ele já foi amplamente utilizado em motores de aeronaves militares e civis e possui as seguintes vantagens.

1. Perda de peso

Como não é necessário usinar a lingueta e a ranhura para instalar as lâminas no aro do disco da roda, a dimensão radial do aro pode ser reduzida significativamente, reduzindo assim consideravelmente a massa do rotor.

2. Reduz o número de peças

Além do fato de que o disco da roda e as lâminas são integrados, a redução dos dispositivos de bloqueio também é uma razão importante. Os motores a jato têm requisitos extremamente rigorosos em termos de confiabilidade, e a estrutura simplificada do rotor desempenha um papel importante na melhoria da confiabilidade.

3. Reduzir perdas de fluxo de ar

A perda de escape causada pela lacuna no método de conexão tradicional é eliminada, melhorando a eficiência do trabalho do motor e aumentando a empuxo.

O disco de lâmina integral, que não só reduz o peso, mas também aumenta a empuxo, é também favorável para melhorar a razão empuxo-peso. Naturalmente, não é uma "pérola" fácil de escolher. Por um lado, o disco de lâmina integral usa principalmente materiais difíceis de processar, como ligas de titânio e ligas de alta temperatura; por outro lado, suas lâminas são finas e a forma da lâmina é complexa, o que coloca exigências extremamente altas na tecnologia de fabricação. Além disso, quando as pás do rotor são danificadas, elas não podem ser substituídas individualmente, o que pode causar o descarte do disco de lâmina integral, e a tecnologia de reparo é outro problema.

02 Fabricação do disco de lâmina integral

Atualmente, existem três tecnologias principais para a fabricação de pás integradas.

1. Usinagem por fresamento CNC de cinco eixos

O fresamento CNC de cinco eixos é amplamente utilizado na fabricação de blisks devido às suas vantagens de resposta rápida, alta confiabilidade, boa flexibilidade de processamento e curto ciclo de preparação de produção. Os principais métodos de fresamento incluem fresamento lateral, fresamento axial e fresamento cicloidal. Os fatores-chave para garantir o sucesso dos blisks incluem:

1) Ferramentas CNC de cinco eixos com boas características dinâmicas

2) Software CAM profissional otimizado

3) Ferramentas e conhecimentos aplicados dedicados ao processamento de liga de titânio/liga de alta temperatura

2. Usinagem eletroquímica

A usinagem eletroquímica é um excelente método para usinar os canais dos discos de pás integradas de motores aeronáuticos. Existem várias tecnologias de usinagem na usinagem eletroquímica, incluindo usinagem eletrolítica de mangotes, usinagem eletrolítica de contornos e usinagem eletrolítica CNC.

Como a usinagem eletroquímica utiliza principalmente a propriedade de dissolução do metal no ânodo no eletrólito, a parte do cátodo não será danificada ao aplicar a tecnologia de usinagem eletroquímica, e a peça durante o processo não será afetada pela força de corte ou calor de usinagem, reduzindo assim o estresse residual no canal de pás integrado do motor aeronáutico após a usinagem.

Além disso, em comparação com o fresamento de cinco eixos, as horas de trabalho da usinagem eletroquímica são reduzidas significativamente, e ela pode ser utilizada nas etapas de usinagem bruta, semi-acabamento e acabamento. Não é necessário polimento manual após a usinagem. Portanto, é uma das direções importantes de desenvolvimento para o processamento do canal de pás integrado do motor a jato.

3. Soldadura

As pás são processadas separadamente e depois soldadas ao disco de pás por solda a feixe de elétron, fricção linear ou união difusiva a estado sólido em vácuo. Sua vantagem é que pode ser utilizada para a fabricação de discos de pás integrados com materiais de pás e disco inconsistentes.

O processo de solda tem requisitos elevados em relação à qualidade da solda das lâminas, o que afeta diretamente o desempenho e a confiabilidade do disco de lâminas do motor aeronáutico. Além disso, como as formas reais das lâminas utilizadas no disco de lâminas soldado não são consistentes, as posições das lâminas após a solda não são consistentes devido à limitação da precisão da solda, sendo necessário o uso de tecnologia de processamento adaptativo para realizar usinagem CNC de precisão personalizada para cada lâmina.

Além disso, a soldagem é uma tecnologia muito importante na reparação de pás integradas. Entre elas, a soldagem por atrito linear, como uma tecnologia de soldagem de fase sólida, possui alta qualidade nas juntas de soldagem e boa reprodutibilidade. É uma das tecnologias de soldagem mais confiáveis e de confiança para soldar componentes de rotor de motores aeronáuticos com alta relação empuxo-peso.