O motor da aviação é o “coração” da aeronave. Os motores das aeronaves civis de passageiros concentram-se na segurança e na confiabilidade, enquanto os motores militares também buscam maior empuxo nesta base, bem como o empuxo máximo quando o pós-combustor é ligado. Pode-se perceber que o ator mais forte no campo dos motores de aviação devem ser os motores de aviação militar, e os motores militares são considerados o auge da tecnologia humana. Os países que são capazes de I&D, fabrico e produção de motores aeroespaciais geralmente não exportam facilmente a sua própria tecnologia. Exportam apenas motores acabados e alguns até precisam ser devolvidos ao país de origem para manutenção. Quão difícil é construir um motor de aeronave? A dificuldade em sua fabricação está em sua estrutura complexa e requisitos de alta precisão, que envolvem diversos aspectos como seleção de materiais, projeto, fabricação, sistema de controle e testes rigorosos. Vamos dar uma olhada nisso juntos.
Difícil de copiar e desmontar
A dificuldade de fabricar aeromotores reflete-se primeiro na dificuldade de copiar e desmontar. A aparência de um carro ou aeronave pode ser copiada através do mapeamento reverso. Escusado será dizer que os carros também são fáceis de copiar. Existem também cópias de aparência de aeronaves, como os bombardeiros Tu-160 e B-1B, mas a cópia do motor é simplesmente impossível sem a intervenção de desenhos. Por exemplo, o motor da série CFM-56, o motor convencional atualmente usado na aeronave de passageiros Boeing 737, produziu mais de 20,000 unidades desde sua primeira operação em 1974 até hoje. É usado em quase todas as aeronaves de passageiros de corredor único produzidas principalmente pela Boeing e Airbus.
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Ao desmontar o CFM-56, você descobrirá que as pás do motor estão cobertas por muitos pequenos orifícios de ar do tamanho de uma unha. Sem posicionar os desenhos é impossível copiá-los. Uma vez que os furos de ar sejam perfurados na posição errada, isso afetará diretamente a dissipação de calor das lâminas e o desempenho geral da réplica será reduzido. Apoiando-se na base técnica do CFM-56, a GE desenvolveu motores que podem ser utilizados em diversos modelos de aeronaves, competindo diretamente com a Pratt & Whitney.
Os materiais são difíceis de fabricar
O motor da aviação é na verdade muito simples. Tomemos como exemplo o motor CFM clássico-56, incluindo um compressor de baixa pressão, um compressor de alta pressão de nove estágios, uma turbina de alta pressão de primeiro estágio, uma turbina de baixa pressão de quatro estágios e um câmara de combustão anular no meio. Porém, essas estruturas possuem diferentes ambientes de temperatura e pressão de trabalho, o que significa que os materiais utilizados são diferentes. Tomemos como exemplo as pás das turbinas. O ambiente de trabalho é de milhares de graus Celsius, dezenas de milhares de rotações por minuto, e são feitos de uma mistura de vários metais com diferentes proporções.
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Como as pás próximas à câmara de combustão estão sujeitas a temperaturas mais altas e os materiais são usados para suportar altas temperaturas, as proporções de elementos metálicos raros são diferentes. Se todos os mesmos materiais resistentes a altas temperaturas forem usados, o preço unitário será alto e a economia será fraca. Para motores de aeronaves civis de passageiros operados comercialmente, é melhor que sejam baratos e fáceis de usar.
Da mesma forma, além das pás da turbina, os materiais utilizados em cada componente do motor também são diferentes. A turbina do motor CFM-56 usada pelo Boeing 737 é feita de liga de alta temperatura e algumas outras peças usam materiais compostos. Atualmente mais popular é o material compósito à base de resina. O receptor de duto externo F{4}} da Pratt & Whitney usa esse material, que pode suportar temperaturas de 400 graus Celsius, e o custo também pode ser controlado.
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Alta precisão de processamento
Se você possui materiais e desenhos avançados, isso não significa que poderá criar um excelente motor aeronáutico, pois a tecnologia de processamento é o obstáculo final. O ventilador de um aeromotor com motor CFM-56 tem apenas 1,55 metros de diâmetro e 2,5 metros de comprimento. Tem que produzir 86 kN de empuxo em um espaço tão pequeno. Você pode imaginar o quão complicada é a tecnologia de processamento.
De uma perspectiva pequena, tomando como exemplo as atuais pás de turbina de cristal único convencionais, o processo de fundição de precisão requer um erro de 0,1 mm, de modo a garantir que cada pá possa funcionar normalmente. Para processar vários materiais de liga juntos, você precisa dominar as habilidades de processamento e técnicas de soldagem de ligas de alta temperatura. Ao mesmo tempo, o rotor e as pás do motor funcionam em alta velocidade durante a operação. O artesanato insuficiente significa que o motor se desgasta rapidamente e tem uma vida útil curta, o que afeta diretamente a economia.
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Os elevados requisitos de tecnologia também promovem a eficiência da operação dos motores aeronáuticos. Tomando as lâminas como exemplo, a GE desenvolveu uma lâmina sem costura com junta de topo. Existe um software feito de material especial na extremidade externa da pá do motor, que pode ser utilizado quando a lâmina estiver funcionando. Conecta-se perfeitamente à estrutura do anel externo para melhorar a eficiência do motor. Esses materiais macios têm requisitos muito elevados para tecnologia de processamento. Eles não devem apenas manter a estabilidade, mas também ser econômicos e exigir pouca manutenção. Caso contrário, ao mesmo tempo que melhora a eficiência do motor, também aumentará a carga sobre o pessoal de terra e o desempenho económico não será suficientemente óbvio.
Resumindo, do ponto de vista da topografia reversa, dos materiais e da tecnologia de processamento, os motores aeronáuticos devem ser considerados a coroa do campo da engenharia industrial e um símbolo da força científica e tecnológica de um país.
Com base no motor WS-10 "Taihang", meu país desenvolveu de forma independente o motor turbofan WS-20 de alta taxa de bypass e alto empuxo para uso militar e civil, que é equipado com o motor Y -20 aeronaves de transporte estratégico. Nosso país também está desenvolvendo o Yangtze-1000Um motor turbofan de alta taxa de bypass para instalação na aeronave civil C-919 e planeja montar e produzir o motor LEAP-X "Safran" de classe mundial no mercado interno . Ao mesmo tempo, a próxima geração de motores avançados de grande taxa de bypass com empuxo de 200 a 400 kN também está sendo desenvolvida. Todos esses projetos indicam que a era da “explosão” dos grandes motores de taxa de bypass da China está chegando.
