Il y a un univers caché dans chaque pale de turbine

La beauté de l'univers réside dans son mystère et sa profondeur. La Voie lactée seule contient d'innombrables galaxies, étoiles et poussières, bien au-delà de la portée de l'observation humaine. Saviez-vous que les pales de turbines des moteurs d'avion contiennent également un "univers" de matériaux. Dans cet "univers", les atomes et molécules sont astucieusement combinés pour aider le moteur à répondre à diverses exigences de performance.

Les lames de turbine

Les pales de turbine sont l'une des parties les plus critiques d'un moteur d'avion. Elles se trouvent dans la partie du moteur avec la température la plus élevée, les contraintes les plus complexes et un environnement extrêmement sévère. Elles sont nombreuses, complexes en forme, ont des exigences dimensionnelles élevées et sont difficiles à usiner, ce qui affecte directement les performances du moteur d'avion.

Les moteurs d'avion avancés peuvent fonctionner à des températures supérieures à 1700 ° C

Après compression, la pression atteint plus de 50 atmosphères.

Pour répondre aux exigences en matière de performance, de fiabilité et de durée de vie du moteur, les matériaux des pales de turbine doivent posséder une excellente résistance à haute température, une bonne résistance à l'oxydation, une bonne résistance à la corrosion thermique, ainsi qu'une bonne résistance à la fatigue et une bonne tenue à la rupture et d'autres propriétés globales.

Recherche et développement de matériaux

Processus de développement des matériaux de pale

Dans les années 1930, les chercheurs ont développé des alliages à haute température présentant d'excellentes performances à haute température pour remplacer l'acier inoxydable, permettant à la pale d'être utilisée à des températures pouvant atteindre 800 ° C. Peu après, l'émergence de la technologie de fonte sous vide a favorisé le développement des alliages à haute température fondus, et les alliages polycristallins sont progressivement devenus le matériau principal des pales de turbine.

Dans les années 1980, les chercheurs ont découvert la technologie de solidification directionnelle, qui peut améliorer la résistance et la ductilité des alliages et améliorer les performances de fatigue thermique des alliages en contrôlant la vitesse de croissance cristallin et en faisant pousser les grains de préférence. Sur cette base, les alliages à haute température monocristallins ont commencé à se développer et sont devenus le matériau dominant pour les pales de turbines des moteurs d'avion haute performance.

Processus de fabrication

Posséder des matériaux avec d'excellentes performances n'est pas suffisant. Les pales de turbines des moteurs d'avion nécessitent également une technologie de fabrication précise - le procédé de moulage par investissement.

Préparation du cœur, de la cire et de l'enveloppe

Dans le moulage par investissement de pales creuses, des cœurs céramiques sont souvent utilisés pour créer les canaux d'air : le cœur céramique est placé dans une pale en cire d'abeille, enveloppé d'argile porcelaine et chauffé, et la cire à l'intérieur est évacuée après cuisson pour former une cavité de moulage ; le moule en cire est recouvert d'un revêtement réfractaire et cuit à haute température, formant une coque de moule rigide après fusion de la cire. Le métal fondu est versé dans la cavité intérieure de la coque de moule pour obtenir une pièce coulée.

Solidification directionnelle

Sous un contrôle strict de la température, plusieurs grains compétent pour croître, permettant au grain dominant d'entrer dans la cavité. À mesure que l'interface sol-liquide avance, le grain continue de croître, obtenant ainsi une pale monocristalline.

T est

Après la fabrication des pales de turbine, un procédé chimique spécial est utilisé pour dissoudre le cœur céramique, puis des trous de refroidissement sont percés et une couche barrière thermique est appliquée pour fournir isolation et refroidissement. Après inspection aux rayons X, les pales sont terminées.

Structure de refroidissement

Pour les moteurs, augmenter la température du gaz à l'entrée de la turbine peut augmenter la poussée, améliorant ainsi l'efficacité du moteur et le rapport poussée/poids. Dans les moteurs d'avion actuels, la température du gaz à l'entrée de la turbine dépasse la température limite que le matériau résistant à haute température de la pale peut supporter, il est donc nécessaire d'utiliser une méthode de refroidissement efficace pour réduire la température de la paroi de la pale de turbine.

Les technologies de refroidissement utilisées dans les pales de turbine incluent principalement le refroidissement par convection, le refroidissement par impact, le refroidissement par film et le refroidissement par stratification.

F uture

Avec le développement des sciences et technologies, des technologies telles que la fabrication additive et la mise en forme laser seront utilisées dans la fabrication des pales de turbine. Les pales de turbine du futur auront de meilleures performances et fourniront un meilleur soutien pour propulser les avions dans le ciel.

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