La belleza del universo se encuentra en su misterio y profundidad. La Vía Láctea solo contiene innumerables galaxias, estrellas y polvo, mucho más allá del rango de observación humana. ¿Sabía que las hojas de turbina de motores de aviones también contienen un "universo" de materiales? En este "universo", los átomos y las moléculas se combinan inteligentemente para ayudar al motor a cumplir con varios requisitos de rendimiento.
Hojas de turbina
Las cuchillas de la turbina son una de las partes más críticas del motor de un avión. Se encuentran en la parte del motor con la temperatura más alta, el estrés más complejo y el entorno más duro. Son numerosos, de forma compleja, tienen requisitos de alta dimensión y son difíciles de procesar, lo que afecta directamente el rendimiento del motor de la aeronave.
Los motores avanzados de aviones pueden operar a temperaturas superiores a 1700 grados
Después de la presurización, la presión es tan alta como más de 50 atmósferas
Para cumplir con los requisitos del rendimiento del motor, la confiabilidad y la vida, los materiales de la cuchilla de la turbina deben tener una excelente resistencia a la alta temperatura, una buena resistencia a la oxidación, resistencia a la corrosión térmica, así como una buena resistencia a la fatiga y a la fractura y a otras propiedades integrales.
Investigación y desarrollo de materiales
Proceso de desarrollo de materiales de la cuchilla
En la década de 1930, los investigadores desarrollaron aleaciones de alta temperatura con un excelente rendimiento de alta temperatura para reemplazar el acero inoxidable, lo que permite que la cuchilla se use a temperaturas de hasta 800 grados. Poco después, la aparición de la tecnología de fundición al vacío promovió el desarrollo de aleaciones de alta temperatura fundida, y las aleaciones policristalinas comenzaron a convertirse gradualmente en el material principal para las cuchillas de la turbina.
En la década de 1980, los investigadores descubrieron la tecnología de solidificación direccional, que puede mejorar la fuerza y la plasticidad de las aleaciones y mejorar el rendimiento de la fatiga térmica de las aleaciones al controlar la tasa de crecimiento del cristal y hacer que los granos crezcan preferentemente. Sobre esta base, las aleaciones de alta temperatura de un solo cristal comenzaron a desarrollarse y se convirtieron en el material dominante para las cuchillas del motor de aeronaves de alto rendimiento.
Proceso de fabricación
Tener materiales con un rendimiento excelente no es suficiente. Las cuchillas de la turbina del motor de aviones también requieren tecnología de fabricación precisa: proceso de fundición de inversión.
Preparación de núcleo, cera y shell
En la fundición de inversión de cuchillas huecas, los núcleos de cerámica a menudo se usan para hacer vías respiratorias: el núcleo de cerámica se coloca en una cuchilla de cera de abejas, envuelta con arcilla de porcelana y calentada, y la cera en el interior se descarga después de disparar para formar una cavidad de fundición; El molde de cera está recubierto con recubrimiento refractario y sinterizado a alta temperatura, y se forma una cubierta de molde dura después de que el molde de cera se derrite. El metal fundido se vierte en la cavidad interna de la cubierta del molde para obtener una fundición.
Solidificación direccional
Bajo un control de temperatura estricto, múltiples granos compiten para crecer, lo que permite que el grano dominante ingrese a la cavidad. A medida que avanza la interfaz sólida-líquido, el grano continúa creciendo, obteniendo así una sola cuchilla de cristal.
Testadía
Después de que se realizan las palas de la turbina, se utiliza un proceso químico especial para disolver el núcleo de cerámica, y luego se perforan los agujeros de enfriamiento y se aplica un recubrimiento de barrera térmica para proporcionar aislamiento y enfriamiento. Después de la inspección de rayos X, se completan las cuchillas.
Estructura de enfriamiento
Para los motores, aumentar la temperatura del gas en la entrada de la turbina puede aumentar el empuje, mejorando así la eficiencia del motor y la relación empuje / peso. En los motores actuales de aeronaves, la temperatura del gas en la entrada de la turbina excede la temperatura límite que el material de la cuchilla resistente a la alta temperatura puede soportar, por lo que se debe utilizar un método de enfriamiento efectivo para reducir la temperatura de la pared de la cuchilla de la turbina.
Las tecnologías de enfriamiento utilizadas en las cuchillas de la turbina incluyen principalmente el enfriamiento de la convección, el enfriamiento por impacto, el enfriamiento de películas y el enfriamiento laminado.
Futilidad
Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la tecnología de fabricación aditiva, la formación de láser y otras tecnologías se utilizarán en la fabricación de cuchillas de turbina. Las cuchillas de la turbina del futuro tendrán un mejor rendimiento y proporcionarán mejor energía para que los aviones se disparen en el cielo.
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