Nuovi progressi nella simulazione dei dischi relativi al motore turbofan
La lavorazione coinvolge varie fasi attraverso le quali le materie prime vengono trasformate nel prodotto finale. Nell’ambito del progetto INTFOP (Integrating forging and process simulation for turbine disks), gli scienziati hanno sviluppato il software di simulazione della catena di progettazione per i dischi delle turbine a bassa pressione relativi ai motori turbofan. Questa tecnologia relativa ai motori aerei ha trovato la sua strada nel mercato regionale a causa di una significativa riduzione del consumo di carburante e della rumorosità rispetto ai motori turbofan convenzionali. Gli scienziati mirano a garantire una catena di progettazione di successo per ottimizzare i dischi dei rotori in termini di proprietà meccaniche. Con tale strumento di nuova concezione, essi hanno stabilito una metodologia per la modellizzazione delle catene di progettazione interaziendale, finora mancante. L’obiettivo dei costruttori di motori in quanto a progettazione del disco del rotore è quello di soddisfare i requisiti relativi a integrità strutturale, durata e peso. I metodi di progettazione si basano quindi sulla previsione delle proprietà del materiale, come per esempio la resistenza allo snervamento, fatica a basso o alto numero di cicli e scorrimento. Queste proprietà sono correlate alla microstruttura del disco relativo al rotore risultante dalla forgiatura e dal trattamento termico. Gli scienziati hanno sviluppato con successo un approccio di modellizzazione computazionale per prevedere tali proprietà funzionali e la loro variabilità. Inoltre, un processo termomeccanico all’avanguardia è stato sviluppato con successo per i dischi di riferimento e di dimostrazione. Gli scienziati hanno condotto una vasta analisi agli elementi finiti di lavorazione termomeccanica per acquisire una più profonda comprensione del loro impatto sulle proprietà meccaniche e sulla microstruttura di dischi. Inoltre, hanno progettato diversi layout del processo di studio, come per esempio l’effetto del riscaldamento sulle proprietà meccaniche. Un ulteriore risultato è dato dallo sviluppo di un’opportuna interfaccia per consentire la collaborazione riguardo ai risultati della simulazione. Ciò ha incluso la definizione dei formati relativi ai dati, nonché lo sviluppo e la valutazione di metodi di post-elaborazione dati e strumenti. Gli scienziati hanno progettato due rotori da dimostrazione e condotto 136 prove di trazione a caldo, 17 prove di fatica a basso numero di cicli e 16 prove di scorrimento. I risultati hanno dimostrato la correlazione tra i valori reali e sperimentali, confermando la realizzazione di successo relativa a simulazioni integrate di progettazione dei processi e di forgiatura. I risultati del progetto potrebbero trovare impiego nella simulazione del processo di progettazione di parti relative al motore forgiate in lega 718, come per esempio i dischi. Le parti ottimizzate, in quanto a proprietà meccaniche e peso, dovrebbero portare ai futuri motori aeronautici con maggiore efficienza e minori emissioni.
Parole chiave
motore turbofan, aeromobili, forgiatura, dischi del rotore, processo di progettazione, proprietà meccaniche, modellizzazione
