Nowe osiągnięcia w zakresie symulacji tarcz silników turbowentylatorowych
Proces produkcyjny obejmuje różne etapy, podczas których surowce są przetwarzane na gotowy produkt. W ramach projektu INTFOP (Integrating forging and process simulation for turbine disks) naukowcy opracowali oprogramowanie do symulacji łańcucha projektowania niskociśnieniowych tarcz przekładniowych silników turbowentylatorowych. Ta technologia silników statków powietrznych stała się popularna na rynku regionalnym, ponieważ pozwala na znaczne ograniczenie zużycia paliwa i hałasu w porównaniu do konwencjonalnych silników turbowentylatorowych. Celem naukowców było opracowanie skutecznego łańcucha projektowania w celu optymalizacji tarcz wirnika pod względem ich właściwości mechanicznych. Dzięki nowemu narzędziu naukowcy stworzyli metodologię modelowania międzyfirmowych łańcuchów projektowania, która do tej pory nie istniała. Celem producentów silników w zakresie projektowania tarcz wirnika jest spełnienie wymagań dotyczących integralności strukturalnej, czasu użytkowania i ciężaru. Metody projektowania opierają się na przewidywaniu właściwości materiału, takich jak granica plastyczności, zmęczenie nisko- i wysokocyklowe oraz pełzanie. Właściwości te są skorelowane z mikrostrukturą tarczy wirnika utworzoną pod wpływem kucia i obróbki termicznej. Naukowcy opracowali skuteczną metodę modelowania w oparciu o obliczenia umożliwiającą przewidywanie tych właściwości funkcjonalnych i ich zmienności. Opracowali również nowoczesny proces obróbki termomechanicznej tarcz odniesienia oraz tarcz prototypowych. Uczeni przeprowadzili rozległe analizy procesów obróbki termomechanicznej przy użyciu metody elementów skończonych w celu lepszego zrozumienia ich wpływu na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne tarcz. Ponadto zaprojektowali różne układy technologiczne w celu zbadania m.in. wpływu ponownego podgrzewania na właściwości mechaniczne. Kolejnym sukcesem było opracowanie odpowiedniego interfejsu umożliwiającego prowadzenie wspólnych prac na wynikach symulacji. Prace te obejmowały zdefiniowanie formatów danych, a także opracowanie i ocenę odpowiednich metod i narzędzi do końcowego przetwarzania danych. Naukowcy zaprojektowali dwa prototypowe wirniki tarczowe i przeprowadzili 136 prób rozciągania na gorąco, 17 prób zmęczenia niskocyklowego i 16 prób pełzania. Wyniki wykazały korelację pomiędzy wartościami rzeczywistymi a doświadczalnymi, co potwierdza pomyślne wdrożenie zintegrowanych symulacji kucia i projektowania procesów. Wyniki projektów mogą znaleźć zastosowanie w symulacji procesów projektowania kutych części silnika wykonanych ze stopu 718, takich jak tarcze. Części zoptymalizowane pod względem właściwości mechanicznych i ciężaru powinny umożliwić wytwarzanie silników statków powietrznych o wyższej wydajności i niższym poziomie emisji.
Słowa kluczowe
Silnik turbowentylatorowy, statki powietrzne, kucie, tarcze wirnika, projektowanie procesów, właściwości mechaniczne, modelowanie
