ЦИАМ: керамика повысит прочность лопаток турбин авиадвигателей

Одна из тенденций развития авиационных двигателей, способствующая повышению их экономичности и удельных показателей, – рост параметров рабочего процесса: степени повышения давления и температуры газа перед турбиной. Достичь этого можно путем внедрения новых технологий, технических решений в системе охлаждения, новых конструкционных материалов и теплозащитных покрытий.

Работы в этой области активно ведут и специалисты Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ), исследующие «поведение» новых конструкционных материалов и их структур, например, столбчатой керамики, в полетных условиях. В отличие от металла, она выдерживает температуры выше 1100°С и признана авиационными специалистами оптимальным материалом для защитных покрытий лопаток турбин – горячей части двигателя, сообщает пресс-служба института.

Керамические материалы позволили сделать шаг вперед в обеспечении повышения ресурса авиадвигателя. Наиболее эффективная защита материала детали от теплового потока происходит в случае использования керамических покрытий на основе диоксида циркония. Об этом свидетельствуют проведенные сотрудниками ЦИАМ расчетные исследования напряженного состояния теплозащитных керамических покрытий лопатки турбины авиадвигателя в поле действия центробежных сил.

При эксплуатации авиационного двигателя на теплозащитных покрытиях лопаток могут появляться трещины из-за воздействия переменных температур. Благодаря выдерживанию экстремальных тепловых нагрузок и низкой теплопроводности керамические покрытия способны снизить температуру поверхности металла на 70-100°С и тем самым увеличить срок службы рабочих лопаток. Достичь этого удается и за счет особой структуры покрытий – столбчатой.

При длительном воздействии переменных температур возникает деление структуры покрытия на блоки. Под действием центробежных сил находящиеся в блоках столбики-«сталагмиты», имеющие форму конуса, начинают изгибаться, и в их основаниях возникает напряжение. В ходе расчетного исследования определялись напряжения как в «блочных», так и в одиночных столбиках, происходящие под действием изгиба в поле центробежных сил.

Установлено, что одиночные столбики разрушаются при превышении предела прочности. «Блочные» же столбики, благодаря скреплению верхней и нижней частей, в основании имеют напряжения меньше этого предела и продолжают «работать» в условиях эксплуатации. Однако прочность столбиков в блоках напрямую зависит от их высоты (толщины керамического покрытия), делают вывод ученые, опираясь на данные эксперимента, подтверждающего расчетную часть.

"В работе представлен новый механизм разрушения теплозащитного керамического покрытия рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя. Разработана методика численного расчета напряженного состояния столбиков, «работающих» в блоках. Исследовано влияние конусной формы на напряжения в их основании. Это позволяет сделать оценку допустимой толщины керамического покрытия лопаток турбины, чтобы обеспечить необходимую долговечность и, соответственно, надежную работу двигателя в условиях эксплуатации и безопасность полета", - рассказал о главных результатах исследования сотрудник ЦИАМ, д.т.н., Александр Лепёшкин.

Голосовать ПРОТИВГолосовать ЗА (9 оценок, среднее: 4,67 из 5)
Загрузка...







СТАТЬИ ПО ТЕМЕ