01
Introducció a aquest article
La tecnologia làser ultraràpida és una tecnologia avançada que genera polsos de llum d'alta-intensitat en un temps extremadament curt, i les seves aplicacions en el camp aeroespacial atrauen cada cop més l'atenció. Aquesta tecnologia és coneguda pel seu rendiment excepcional en mesurament, fabricació i comunicació, i la seva aplicació generalitzada en enginyeria aeroespacial ofereix noves possibilitats per millorar el rendiment i la seguretat de les aeronaus.
Els làsers ultraràpids es refereixen generalment a làsers amb amplades de pols inferiors a 10^-12 segons, incloent-hi principalment làsers de femtosegons (1 fs=10^{-15 s) i làsers de picosegons (1 ps=10^-12 s). Com que els polsos làser ultra ràpids actuen durant una durada extremadament curta, poden produir instantàniament una potència màxima molt alta. Per tant, a diferència dels mètodes comuns de processament làser que actuen sobre els materials mitjançant efectes fototèrmics, el mecanisme de processament dels làsers ultraràpids és l'absorció directa d'estat electrònic, que transfereix energia a la xarxa del material, trenca els seus enllaços i finalment l'expulsa com a plasma. A més, a diferència del processament tèrmic dels làsers continus ordinaris, el processament làser ultraràpid s'alinea més amb un mètode de "processament en fred". Des de la perspectiva del mecanisme d'interacció entre el làser i el material, el processament làser de femtosegons pot aconseguir una alta precisió, zones mínimes afectades per la tèrmica, cap fusió tèrmica, cap capa de refundición i sense microesquerdes. És un dels millors mètodes per millorar la integritat de la superfície de la formació de forats de refrigeració de pel·lícula de les pales de la turbina en els motors d'aviació.
02 Aplicacions específiques (1) Mecanitzat de forats de pel·lícula de gas de pales de turbines d'aeromotor
Com a component bàsic d'un motor aeronàutic, el disseny, la qualitat de fabricació i el rendiment operatiu de les pales de la turbina afecten la vida útil del motor. En general, els recobriments de barrera tèrmica s'apliquen a la superfície d'aliatges d'alta-temperatura per donar a les fulles una gran duresa, una gran plasticitat, una resistència a la corrosió i una alta-resistència a la temperatura. A més, les estructures de forats de pel·lícula de gas estan dissenyades a la superfície. Alliberant aire fred de l'interior del component i creant un flux d'aire a través de petits forats, es forma una pel·lícula protectora d'aire fred a la superfície, aïllant el gas calent i protegint el component. Tanmateix, els mètodes de processament actuals, com ara el mecanitzat per descàrrega elèctrica i el mecanitzat per làser de pols llarg-, tenen inconvenients, com ara capes de barrera tèrmica no-conductores, delaminació del recobriment, esquerdes i estellades del recobriment, cosa que dificulta la producció de petits forats ben-formats.
Amb el desenvolupament de la tecnologia de processament làser ultraràpida, ara s'han utilitzat làsers de femtosegons per crear forats de gas a les pales de les turbines sense delaminació ni esquerdes del recobriment, i amb dimensions que compleixin els requisits tècnics. Això proporciona una nova tecnologia per a la fabricació de forats de pel·lícula de gas en components d'aeromotors.
El mecanitzat de nombrosos forats de refrigeració de pel·lícula de gas a les pales de turbina recobertes de barrera tèrmica-és crucial per a l'aplicació de motors d'alt-performance d'alta empenta-a-pess, de manera que estableixen requisits més elevats per a la mecanització d'aquestes pales recobertes. La tecnologia de processament de micro-forats làser de femtosegons, amb els seus avantatges d'alta precisió, alta qualitat i processament en fred, permet el mecanitzat de micro{-forats d'alta-qualitat per a motors. Amb les millores contínues en la tecnologia de perforació làser de femtosegons, ara és possible aconseguir un mecanitzat d'alta-precisió dels forats de pel·lícula de gas a les fulles recobertes de barrera tèrmica-sense capes fos{-re{11}}esquerdes, micro-esquerdes o zones-afectades per calor-, alhora que s'assegura que la barrera o el recobriment no s'apaga el procés de revestiment. Per tant, la tecnologia de processament de micro-forats làser de femtosegons està a punt de convertir-se en un mètode important per a la fabricació de forats de pel·lícula de gas a les pales de turbina recobertes de barrera tèrmica-.
(2) Mecanitzat de forats de refrigeració de pel·lícules a la cambra de combustió de motors aerodinàmics
El tub de flama és un component principal de la cambra de combustió del motor aerodinàmic i una de les parts més importants{0}}resistents a la calor. Per garantir que el tub de flama funcioni de manera estable i contínua en condicions de-temperatura extrema, s'ha de refredar. Actualment, un mètode comú implica una combinació de recobriments i perforacions. L'ús del mecanitzat làser de pols llarg-pode causar defectes com ara l'ablació del recobriment, les esquitxades i l'estellament de les vores, que afecten significativament la vida útil del tub de flama. Actualment, l'ús del mecanitzat làser de picosegons pot produir forats de refrigeració de pel·lícules sense deslaminació o descamació d'una gran-àrea a la superfície, i unes dimensions que compleixen els requisits tècnics, tal com es mostra a les figures 2 i 3.
(3) Mecanitzat de ranures de-forma especial en motors aerodinàmics
El rendiment del segellat té un impacte important en el rendiment dels motors aerodinàmics. En els darrers anys, amb el desenvolupament de la indústria de l'aviació, el rendiment del motor ha anat millorant constantment i les condicions operatives s'han tornat cada cop més complexes. Les avaries causades pel mal funcionament dels segells del motor estan en augment, i aquests problemes s'han de solucionar amb urgència. Per tant, s'han proposat nous requisits per a la tecnologia de segellat del motor. Els segells de punta dels dits són un nou tipus de dispositiu que es pot utilitzar per segellar la cambra de coixinet principal i els camins de flux d'aire dels motors aerodinàmics. El mecanitzat de components de segellat amb la punta dels dits requereix una alta precisió. El mecanitzat mecànic actual, el mecanitzat per descàrrega elèctrica i el mecanitzat làser de-pols llarg no poden resoldre problemes com ara l'ordit i la deformació generats durant el processament. No obstant això, els làsers de femtosegons, a causa de la seva densitat d'energia extremadament alta i el seu temps de processament molt curt, garanteixen una alta eficiència i precisió en el procés de mecanitzat. No apareixen defectes com capes de refuns, esquerdes o rebaves als components de segellat de la punta dels dits, la qual cosa ofereix un nou mètode per mecanitzar ranures especials-en peces de motor aerodinàmic d'alta-precisió.
03
Conclusions i perspectives
Com a tecnologia avançada de processament i fabricació de materials, el processament làser ultraràpid té àmplies perspectives d'aplicació en el camp de la fabricació de motors aeroespacials. En l'aplicació d'enginyeria del processament làser ultraràpid, s'han de seleccionar diferents paràmetres de procés làser segons les característiques del material per reduir els passos del procés, millorar l'eficiència del processament i garantir la precisió de la qualitat i les dimensions de la formació del material. Amb el desenvolupament de la tecnologia làser ultraràpida i la millora de l'optimització del procés, es resoldran eficaçment problemes com la baixa eficiència de processament i el gruix mecanitzable limitat. A més, la tecnologia de processament làser de doble pols-, que combina el processament làser ultraràpid amb el processament làser de pols llarg-, serà la direcció futura per millorar la qualitat i l'eficiència.
