Un motor aerodinámico no está hecho de un solo material, sino muchos, dependiendo de exactamente en qué parte del motor se va a utilizar, para qué sirven y cómo es el entorno. En general, cada material ha sido cuidadosamente elegido para ser la mejor opción para el trabajo que realiza, aunque el costo también influirá. La fibra de carbono no es necesariamente cara en comparación con otros materiales exóticos en uso.
Hasta hace poco, la selección de materiales de un motor se vería más o menos así, de cualquier fabricante:
- ¿Cuál es la resistencia a la flexión de la resina epoxi espumante o una mezcla DIY de espuma de poliuretano de dos partes y resina de poliéster?
- ¿Cuál es la definición de material y sus propiedades físicas y químicas?
- ¿Qué tan fuerte es la fibra de carbono que se utilizará para fabricar el cuerpo y el chasis de los autos deportivos?
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Tenga en cuenta que ya hay uso de compuestos alrededor de la carcasa del compresor.
El compresor generalmente está hecho de titanio porque necesita alta resistencia y tenacidad, con baja densidad: las cuchillas deben ser pequeñas para una aerodinámica eficiente, mantener su forma bajo tensiones muy altas debido a las velocidades de rotación del motor, pero tampoco agrietarse o romperse. fallar, incluso en el caso de un choque de pájaros, por ejemplo. Los compuestos de fibra de carbono o los plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP) tienen menor tenacidad a la fractura que el titanio, pero mejor resistencia a la fatiga, y ambos cuestan casi lo mismo.
Algunas partes de los motores ahora están hechas de compuestos de fibra de carbono, en particular las aspas del ventilador del GE-90, que fue el primer gran turboventilador en tener aspas compuestas, pero incluso aquí hay un borde de ataque de titanio.
Es bastante probable que Rolls Royce no persiguiera las cuchillas compuestas después de haber tenido algunas experiencias muy malas en la década de 1970 con el motor RB211: se suponía que esto era revolucionario en su rendimiento, habilitado por las cuchillas compuestas, pero los compuestos no eran lo suficientemente maduros. problemas importantes debido a su naturaleza frágil, y la empresa se declaró en quiebra. Rolls Royce también afirmó que sus aspas de ventilador de titanio de los últimos años (desde 1980 hasta los últimos años) eran más livianas que las alternativas compuestas comparables porque las aspas de titanio eran huecas, por lo que podrían ser más delgadas para el rendimiento requerido.
Sin embargo, esa posición no iba a durar para siempre, y los últimos motores RR están obteniendo nuevas aspas de ventilador de carbono-titanio: el carbono proporciona una aspa liviana, con un borde de ataque de titanio para limitar el desgaste en el uso y tener el impacto de cualquier cosa atrapada en el motor, p. ej. pájaros.
Para las partes calientes del motor, como la turbina, se utilizan con frecuencia las súper aleaciones a base de níquel porque retienen sus propiedades mecánicas a las temperaturas extremas en la parte trasera del motor. CFRP no hará frente a este tipo de temperatura.
Incluso las aleaciones especializadas de alta temperatura utilizadas han pasado por etapas de desarrollo para mejorar sus propiedades. Debido a que menos límites de cristal perpendiculares a la carga aplicada significa menos deslizamiento del material, y no se puede tolerar mucho arrastre con una cuchilla bajo una carga longitudinal muy alta, mientras se mantienen las tolerancias ajustadas para evitar la pérdida de gas alrededor de la cuchilla, por lo que los metales de la cuchilla han sido desarrollado a partir de estructuras de grano de metal equiaxial (cristales iguales, nada especial), a través de aquellas que se controlan direccionalmente para tener cristales largos y delgados en línea con la carga, es decir, a lo largo de la cuchilla, hasta cuchillas de cristal individuales donde la cuchilla entera crece de una Cristal de metal único.
Sin embargo, como en el cuadro anterior, el impulso para seguir impulsando el rendimiento es ver el final de las superaleaciones y un cambio a las palas de turbina de cerámica, que pueden soportar temperaturas aún más altas.
Hay muchos tipos de “fibra de carbono”, lo que realmente significa un material compuesto de fibras de carbono y una matriz de otra cosa. ‘Algo más’ suele ser una resina epoxi, pero no siempre. El epoxi no se adapta bien al calor, y los compuestos de fibra en general tienen problemas con el daño por impacto. CFRP se usa donde las propiedades del material son adecuadas para la tarea. Se utiliza algo de fibra de carbono en motores aerodinámicos comparativamente nuevos, habrá un mayor uso de compuestos en el futuro, pero no solo fibra de carbono porque no tiene todos los mejores atributos para los fines requeridos.
