In jeder Turbinenschaufel verbirgt sich ein Universum

Die Schönheit des Universums liegt in seinem Geheimnis und seiner Tiefe. Allein die Milchstraße enthält unzählige Galaxien, Sterne und Staub, die weit über den Bereich menschlicher Beobachtung hinausgehen. Wussten Sie, dass die Turbinenschaufeln von Flugzeugtriebwerken auch ein „Universum“ aus Materialien enthalten? In diesem „Universum“ werden Atome und Moleküle geschickt kombiniert, um dem Motor zu helfen, verschiedene Leistungsanforderungen zu erfüllen.

Turbinenschaufeln

Turbinenschaufeln sind eines der kritischsten Teile eines Flugzeugtriebwerks. Sie befinden sich in dem Teil des Triebwerks, der den höchsten Temperaturen, der komplexesten Belastung und den härtesten Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist. Sie sind zahlreich, haben eine komplexe Form, stellen hohe Anforderungen an die Abmessungen und sind schwierig zu verarbeiten, was sich direkt auf die Leistung des Flugzeugtriebwerks auswirkt.

Moderne Flugzeugtriebwerke können bei Temperaturen über 1700 °C betrieben werden.°C

Nach der Druckbeaufschlagung beträgt der Druck mehr als 50 Atmosphären

Um die Anforderungen hinsichtlich Motorleistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu erfüllen, müssen Turbinenschaufelmaterialien eine ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit, gute Oxidationsbeständigkeit, thermische Korrosionsbeständigkeit sowie eine gute Dauerfestigkeit und Bruchzähigkeit und andere umfassende Eigenschaften aufweisen.

Materialforschung und -entwicklung

Entwicklungsprozess von Rotorblattmaterialien

In den 1930er Jahren entwickelten Forscher Hochtemperaturlegierungen mit hervorragender Hochtemperaturbeständigkeit als Ersatz für rostfreien Stahl, wodurch die Klinge bei Temperaturen bis zu 800 °C eingesetzt werden konnte.°C. Bald darauf förderte die Einführung der Vakuumschmelztechnologie die Entwicklung von gegossenen Hochtemperaturlegierungen, und polykristalline Legierungen wurden allmählich zum Hauptmaterial für Turbinenschaufeln.

In den 1980er Jahren entdeckten Forscher die Technologie der gerichteten Erstarrung, mit der die Festigkeit und Plastizität von Legierungen verbessert und die thermische Ermüdungsbeständigkeit von Legierungen verbessert werden kann, indem die Kristallwachstumsrate kontrolliert und die Körner bevorzugt wachsen gelassen werden. Auf dieser Grundlage begannen sich einkristalline Hochtemperaturlegierungen zu entwickeln, die zum dominierenden Material für Hochleistungsturbinenschaufeln von Flugzeugtriebwerken wurden.

Herstellungsprozess

Es reicht nicht aus, über Materialien mit hervorragender Leistung zu verfügen. Turbinenschaufeln für Flugzeugtriebwerke erfordern auch eine präzise Fertigungstechnologie – das Feingussverfahren.

Kern-, Wachs- und Schalenvorbereitung

Beim Feinguss von Hohlschaufeln werden häufig Keramikkerne zur Herstellung von Luftkanälen verwendet: Der Keramikkern wird in eine Bienenwachsschaufel gelegt, mit Porzellanerde umwickelt und erhitzt. Nach dem Brennen wird das Wachs im Inneren entladen, um einen Gusshohlraum zu bilden. Die Wachsform wird mit einer feuerfesten Beschichtung überzogen und bei hoher Temperatur gesintert. Nach dem Schmelzen der Wachsform wird eine harte Formschale gebildet. Das geschmolzene Metall wird in den inneren Hohlraum der Formschale gegossen, um ein Gussteil zu erhalten.

Gerichtete Erstarrung

Unter strenger Temperaturkontrolle konkurrieren mehrere Körner um ihr Wachstum, sodass das dominante Korn in die Kavität eindringen kann. Während die Fest-Flüssig-Grenzfläche voranschreitet, wächst das Korn weiter, und so entsteht eine einkristalline Klinge.

Twurde

Nach der Herstellung der Turbinenschaufeln wird der Keramikkern in einem speziellen chemischen Verfahren aufgelöst. Anschließend werden Kühllöcher gestanzt und eine Wärmedämmschicht aufgetragen, um für Isolierung und Kühlung zu sorgen. Nach einer Röntgenprüfung sind die Schaufeln fertig.

Kühlstruktur

Bei Motoren kann eine Erhöhung der Gastemperatur am Turbineneinlass den Schub erhöhen und dadurch die Motoreffizienz und das Schub-Gewichts-Verhältnis verbessern. Bei aktuellen Flugzeugtriebwerken überschreitet die Gastemperatur am Turbineneinlass die Grenztemperatur, der das hochtemperaturbeständige Schaufelmaterial standhalten kann. Daher muss eine wirksame Kühlmethode verwendet werden, um die Wandtemperatur der Turbinenschaufel zu senken.

Zu den in Turbinenschaufeln eingesetzten Kühltechnologien zählen vor allem Konvektionskühlung, Prallkühlung, Filmkühlung und Laminatkühlung.

Future

Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie werden additive Fertigungstechnologie, Laserformung und andere Technologien bei der Herstellung von Turbinenschaufeln eingesetzt. Die Turbinenschaufeln der Zukunft werden eine bessere Leistung haben und Flugzeugen mehr Kraft geben, um in den Himmel aufzusteigen.

Kontakt

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