Por que os motores de aeronaves usam lâminas integrais? Elas são a chave para voar!

O motor da aeronave é o "coração" da aeronave e também é conhecido como a "joia da coroa da indústria". Sua fabricação integra muitas tecnologias de ponta na indústria moderna, envolvendo materiais, processamento mecânico, termodinâmica e outros campos. Como os países têm requisitos cada vez maiores para o desempenho do motor, novas estruturas, novas tecnologias e novos processos em pesquisa e desenvolvimento e aplicação ainda estão constantemente desafiando o pico da indústria moderna. Um dos fatores importantes para melhorar a relação empuxo-peso dos motores de aeronaves é o disco de lâmina integral.

Vantagens dos blisks

Antes do surgimento do disco de lâmina integral, as lâminas do rotor do motor precisavam ser conectadas ao disco da roda por meio de espigas, ranhuras de encaixe e espiga e dispositivos de travamento, mas essa estrutura gradualmente deixou de atender às necessidades dos motores de aeronaves de alto desempenho. O disco de lâmina integral que integra as lâminas do rotor do motor e o disco da roda foi projetado e agora se tornou uma estrutura essencial para motores de alta relação empuxo-peso. Ele tem sido amplamente utilizado em motores de aeronaves militares e civis e tem as seguintes vantagens.

1.Perda de peso:Como o aro do disco da roda não precisa ser usinado para instalar a lingueta e a ranhura para instalar as lâminas, o tamanho radial do aro pode ser bastante reduzido, reduzindo assim significativamente a massa do rotor.

2.Reduza o número de peças:Além do fato de que o disco da roda e as lâminas são integrados, a redução de dispositivos de travamento também é uma razão importante. Os motores de aeronaves têm requisitos extremamente rigorosos de confiabilidade, e uma estrutura de rotor simplificada desempenha um grande papel na melhoria da confiabilidade.

3. Reduza a perda de fluxo de ar:A perda de escape causada pela folga no método de conexão tradicional é eliminada, a eficiência do motor é melhorada e o empuxo é aumentado.

O blisk, que reduz o peso e aumenta o empuxo, não é uma "pérola" fácil de obter. Por um lado, o blisk é feito principalmente de materiais difíceis de processar, como liga de titânio e liga de alta temperatura; por outro lado, suas lâminas são finas e o formato da lâmina é complexo, o que coloca demandas extremamente altas na tecnologia de fabricação. Além disso, quando as lâminas do rotor são danificadas, elas não podem ser substituídas individualmente, o que pode fazer com que o blisk seja descartado, e a tecnologia de reparo é outro problema.

Fabricação de blisks

Atualmente, existem três tecnologias principais para fabricação de lâminas integrais.

• Fresagem CNC de cinco eixos

A fresagem CNC de cinco eixos é amplamente usada na fabricação de blisks devido às suas vantagens de resposta rápida, alta confiabilidade, boa flexibilidade de processamento e ciclo curto de preparação da produção. Os principais métodos de fresagem incluem fresagem lateral, fresagem de mergulho e fresagem cicloidal. Os principais fatores para garantir o sucesso dos blisks incluem:

Máquinas-ferramentas de cinco eixos com boas características dinâmicas

Software CAM profissional otimizado

Ferramentas e conhecimento de aplicação dedicados ao processamento de ligas de titânio/ligas de alta temperatura

• Usinagem eletroquímica

A usinagem eletroquímica é um excelente método para usinar os canais de discos de lâminas integrais de motores de aeronaves. Existem várias tecnologias de usinagem em usinagem eletroquímica, incluindo usinagem de manga eletrolítica, usinagem eletrolítica de contorno e usinagem eletrolítica CNC.

Como a usinagem eletroquímica utiliza principalmente a propriedade de dissolução do metal no ânodo do eletrólito, a parte do cátodo não será danificada quando a tecnologia de usinagem eletroquímica for aplicada, e a peça de trabalho não será afetada pela força de corte, calor de usinagem, etc. durante a usinagem, reduzindo assim o estresse residual do canal da lâmina integral do motor da aeronave após a usinagem.

Além disso, em comparação com a fresagem de cinco eixos, as horas de trabalho da usinagem eletroquímica são bastante reduzidas, e pode ser usada nas etapas de usinagem bruta, semiacabamento e acabamento. Não há necessidade de polimento manual após a usinagem. Portanto, é uma das direções importantes de desenvolvimento do processamento de canal de lâmina integral de motor de aeronave.

• Soldagem

As lâminas são processadas separadamente e, então, soldadas ao disco da lâmina por soldagem por feixe de elétrons, soldagem por fricção linear ou colagem por difusão de estado sólido a vácuo. A vantagem é que pode ser usado para a fabricação de discos de lâmina integrais com materiais de lâmina e disco inconsistentes.

O processo de soldagem tem altos requisitos na qualidade da soldagem da lâmina, o que afeta diretamente o desempenho e a confiabilidade do disco de lâmina geral do motor da aeronave. Além disso, como os formatos reais das lâminas usadas no disco de lâmina soldado não são consistentes, as posições das lâminas após a soldagem não são consistentes devido à limitação da precisão da soldagem, e a tecnologia de processamento adaptável é necessária para executar fresamento CNC de precisão personalizado para cada lâmina.

Além disso, a soldagem é uma tecnologia muito importante no reparo de lâminas integrais. Entre elas, a soldagem por fricção linear, como uma tecnologia de soldagem em fase sólida, tem alta qualidade de junta de soldagem e boa reprodutibilidade. É uma das tecnologias de soldagem mais confiáveis ​​e confiáveis ​​para soldar componentes de rotor de motor de aeronave de alta relação empuxo-peso.

Aplicação do blik

1. Motor de aeronave EJ200

O motor de aeronave EJ200 tem um total de ventiladores de 3 estágios e compressores de alta pressão de 5 estágios. Lâminas simples são soldadas ao disco da roda por feixe de elétrons para formar um disco de lâmina integral, que é usado no ventilador de 3º estágio e no compressor de alta pressão de 1º estágio. O disco de lâmina integral não é soldado junto com os rotores de outros estágios para formar um rotor integral de vários estágios, mas é conectado com parafusos curtos. Em termos gerais, está no estágio inicial da aplicação de discos de lâmina integral.

2. Motor turbofan F414

No motor turbofan F414, o 2º e 3º estágios do ventilador de 3 estágios e os 3 primeiros estágios do compressor de alta pressão de 7º estágio usam lâminas integrais, que são processadas por métodos eletroquímicos. A GE também desenvolveu um método de reparo viável. Com base nisso, as lâminas integrais do 2º e 3º estágios do ventilador são soldadas para formar um rotor integral, e o 1º e 2º estágios do compressor também são soldados, reduzindo ainda mais o peso do rotor e melhorando a durabilidade do motor.

Comparado com o EJ200, o F414 deu um grande passo à frente na aplicação de lâminas integrais.

3. Motor F119-PW-100

O ventilador de 3 estágios e o compressor de alta pressão de 6 estágios usam lâminas integrais, e as lâminas do ventilador de 1º estágio são ocas. As lâminas ocas são soldadas ao disco da roda por meio de soldagem por fricção linear para formar uma lâmina integral, o que reduz o peso do rotor deste estágio em 32 kg.

4. Motor BR715

Em grandes motores civis, o disco de lâmina integral também foi usado. O motor BR715 usa tecnologia de fresagem CNC de cinco eixos para processar o disco de lâmina integral, que é usado no compressor do supercharger de segundo estágio após o ventilador, e os discos de lâmina integral dianteiros e traseiros são soldados para formar um rotor integral. Ele é usado no Boeing 717.