Quels sont les matériaux des lames de turbine moteur d'avion? Quelles sont les méthodes de refroidissement des lames de turbine?

Les lames de turbine sont un composant important de la section de la turbine dans un moteur à turbine à gaz. Les lames rotatives à grande vitesse sont responsables du dessin d'air à haute température et à haute pression dans le brûleur pour maintenir le travail du moteur. Ensuite, permettez-moi de vous dire en détail quels sont les matériaux des lames de turbine du moteur de l'avion et quelles sont les méthodes de refroidissement des lames de turbine.

1. Quels sont les matériaux des lames de turbine moteur d'avion?
A. alliage à haute température déformé

Le développement des superalliages forts a une histoire de plus de 50 ans. Les superalliages forts couramment utilisés dans les moteurs d'aéronefs nationaux sont principalement des systèmes en alliage CR-NI et des systèmes en alliage CR-NI-CO. Pour plus de détails, reportez-vous au tableau 1. À mesure que le contenu de l'aluminium, du titane, du tungstène et du molybdène augmente dans les superalliages, les propriétés des matériaux continuent de s'améliorer, mais la chauffeur chaude diminue; L'ajout d'élément d'alliage coûteux COBALT peut améliorer les propriétés globales du matériau et améliorer la stabilité de la structure à haute température.

B. CAST SUPERALLODS

La stabilité des roulements des lames de turbine coulée est passée d'environ 750 ° C dans les années 40 à environ 1700 ° C dans les années 1990. Les superalliages coulés pour les lames sont présentés dans le tableau 2.

C. Formation superplasique d'alliages de titane

À l'heure actuelle, les alliages de titane les plus couramment utilisés pour les lames de formage superplasique sont Ti6Al4V et Ti6Al2SN4ZR2MO. Plus de matériaux en alliage en titane sont indiqués dans le tableau 3. Bien que l'application de matériaux composites ait récemment une tendance croissante, il existe des inconvénients difficiles à résoudre à ce stade, tels que: les coûts de fabrication élevés, ne peuvent pas être recyclés et ont un mauvais Les performances de la température, les alliages de titane sont donc toujours les principaux matériaux pour les pièces de formation superplasiques telles que les lames du moteur d'avion.

D. composés intermétalliques

Il s'agit d'un nouveau type de matériau qui peut complètement remplacer les superalliages. Les superalliages formeront une phase y lorsqu'ils fonctionneront à des températures élevées. Des études ont montré que cette phase est la principale raison de la résistance à haute température, de la résistance au fluage et de la résistance à l'oxydation à haute température du matériau. Par conséquent, les gens ont commencé à étudier les matériaux composés intermétalliques. Les composés intermétalliques, dont la densité ne sont que la moitié de ceux des superalliages, peuvent être utilisés au moins dans des segments à basse pression pour remplacer les superalliages.

E. Nouveaux matériaux

Le moteur GE90-115B produit par General Motors des États-Unis utilise des lames en polymère en fibre de carbone et des bords de lame en alliage en titane. Il y a 22 lames de turbofan au total, avec un seul poids de 30 à 50 livres et un poids total de 2000 livres. Il peut fournir le meilleur rapport poussée / poids et est actuellement la plus grande lame de moteur à jet d'avion utilisé dans les avions Boeing 777.

Quels sont les matériaux des lames de turbine moteur d'avion

2. Quelles sont les méthodes de refroidissement des lames de turbine?
Dans le domaine des moteurs aérodynamiques, du refroidissement en convection, du refroidissement par impact, du refroidissement du film et du refroidissement divergent, ont été développés successivement. Le but du refroidissement est d'augmenter la température avant la turbine pour améliorer les performances du moteur, de rendre le champ de température dans les lames uniformément réparties et de réduire la contrainte thermique. .

1. refroidissement par convection

Le refroidissement en convection est l'une des méthodes de refroidissement largement utilisées aujourd'hui. L'air de refroidissement passe à travers plusieurs passages spéciaux à l'intérieur de la lame, et à travers cette convection, il échange de la chaleur avec la paroi intérieure de la lame, de sorte que la température de la lame est réduite pour atteindre l'effet de refroidissement, et l'effet de refroidissement est de 200 ° C à 250 ° C.

2. Type d'impact

Le refroidissement par impact est le refroidissement par pulvérisation, qui utilise un ou plusieurs jets d'air de refroidissement pour faire face à la surface pour être refroidis pour améliorer la capacité de transfert de chaleur locale, et convient pour un refroidissement amélioré dans les zones locales à haute température, telles que le refroidissement par pulvérisation au bord d'attaque de La lame a été adoptée en premier. En principe, le refroidissement par impact appartient toujours au refroidissement convectif.

3. refroidissement du film d'air

L'air de refroidissement pénètre dans la cavité intérieure de la lame à partir de la fin de la lame, et la lame de turbine de refroidissement du film d'air est conçue et fabriquée avec un grand nombre de petits trous. Il est séparé du gaz à haute température pour atteindre le but de refroidir les lames de turbine.

4. refroidissement divergent

Le refroidissement divergent, également connu sous le nom de refroidissement de la transpiration, est un type de technologie de refroidissement turbo dans lequel l'air de refroidissement imprègne la cavité intérieure de la lame à travers de nombreuses micropores sur le mur de la lame, tout comme la transpiration.

Il s'agit d'une lame creuse faite de stratifiés poreux en alliage à haute température, et l'air de refroidissement à haute pression s'écoule de la cavité intérieure de la lame à travers les pores denses sur le mur et coule vers la surface extérieure de la lame. Une couche d'isolation de cavité complète et continue est formée entre le gaz à haute température et la surface de la lame, qui peut non seulement séparer complètement la surface de la lame du gaz, mais également absorber une partie de la chaleur sur la surface de la lame . Cette méthode de refroidissement peut faire du matériau de la lame que la température est proche de la température de l'air de refroidissement. [3]

Les problèmes techniques rencontrés par cette méthode de refroidissement sont que le matériau poreux est facilement bloqué après l'oxydation, chaque couche doit être poreuse, les trous ne sont pas faciles à aligner et le processus est compliqué.

Pour chaque augmentation de 100 ° C de la température avant la turbine, les performances du moteur augmenteront d'au moins 10% à la condition que la taille du moteur reste la même. C'est pourquoi la température avant la turbine est devenue un indicateur important pour nous pour mesurer la qualité du moteur.