Nuevos avances en simulación de los discos de los motores turbohélice
Su fabricación implica varios pasos mediante los cuales las materias primas se transforman en un producto acabado. En el marco del proyecto INTFOP (Integrating forging and process simulation for turbine disks), un grupo de científicos desarrolló un software de simulación de la cadena de diseño de discos para las turbinas de baja presión que utilizan los motores turbohélice engranados. Esta tecnología de motores para aeronaves ha llegado al mercado regional gracias a reducciones importantes del consumo de combustible y del ruido frente a los motores turbohélice convencionales. Los científicos pretendían garantizar una cadena de diseño adecuada para optimizar discos de rotor en cuanto se refiere a sus propiedades mecánicas. Con la herramienta recién diseñada, los científicos establecieron un método de modelización de las cadenas de diseño entre compañías del que se carecía hasta la fecha. El objetivo de los fabricantes de motores al diseñar el disco del rotor es cumplir los requisitos de integridad estructural, vida útil y peso. Así pues, los métodos de diseño se basan en predecir las propiedades de los materiales, como la carga de rotura, la fatiga en ciclo alto y bajo y la fluencia. Estas propiedades están relacionadas con la microestructura del disco del rotor que se obtiene mediante el forjado y el tratamiento térmico. Los científicos desarrollaron con éxito un enfoque de modelización por ordenador destinado a predecir estas propiedades funcionales y su variabilidad. También se desarrolló un proceso termomecánico avanzado para utilizarlo en discos de referencia y de demostración. Los científicos realizaron análisis mediante elementos finitos detallados del procesamiento termomecánico con el fin de conocer con más detalle su efecto sobre la microestructura y las propiedades mecánicas de los discos. Además, diseñaron distintos diseños de proceso para estudiar, por ejemplo, el efecto del recalentamiento sobre las propiedades mecánicas. Otro logro fue el desarrollo de una interfaz adecuada para poder colaborar sobre la base de los resultados de las simulaciones. Para ello se definieron formatos de datos y se desarrollaron y evaluaron métodos y herramientas adecuadas de posprocesamiento de datos. Los científicos diseñaron dos rotores de discos para demostración y realizaron 136 pruebas de tensión, 17 pruebas de fatiga en ciclo bajo y 16 pruebas de fluencia. Los resultados demostraron la relación entre los valores reales y experimentales, lo cual confirma la implementación correcta de las simulaciones del diseño integrado de la forja y el procesamiento. Los resultados del proyecto podrían ser útiles para simular el diseño del proceso de piezas de motores forjadas hechas de aleación 718, como los discos. Las piezas optimizadas en cuanto se refiere a sus propiedades mecánicas y peso previsiblemente darán lugar a motores de aeronave con mayor eficiencia y menores emisiones en el futuro.
Palabras clave
Motor turbohélice, aeronave, forjado, discos del rotor, diseño de procesos, propiedades mecánicas, modelización
