Piikarbidikuitulujitettujen keraamisten matriisikomposiittien (CMC) käyttö lentokoneiden moottoreissa

Suihkumoottorit kovenevat: piikarbidikomposiitit lentävät

(Piikarbidikuitulujitettujen keraamisten matriisikomposiittien (CMC) käyttö lentokoneiden moottoreissa)

Kuvittele suihkumoottorin sisäpuoli. Se on armoton alue. Lämpötilat nousevat paljon useimpien terästen sulamispisteen yläpuolelle. Komponentit pyörivät uskomattoman nopeasti. Kaikki tärisee kovaa. Vuosikymmenten ajan moottorivalmistajat luottivat superseoksiin. Nämä erikoisteräkset ovat kovia. Mutta ne saavuttavat rajansa. Moottoreiden kuumentaminen parantaa tehokkuutta. Se säästää polttoainetta. Superseokset eivät kuitenkaan kestä enempää lämpöä. Ne alkavat pehmetä. Ne tarvitsevat monimutkaisia ​​jäähdytysjärjestelmiä. Ilma johdetaan pois lapojen jäähdyttämiseksi. Tämä heikentää tehokkuutta. Se lisää painoa. Etsinnässä oli jotain paljon parempaa.

Esiin tulevat piikarbidikomposiitit eli CMC:t. Ajattele niitä superkeraamisina. Niissä piikarbidikuituja sekoitetaan keraamiseen pohjaan. Tämä kudonta tekee niistä uskomattoman kiinteitä. Ratkaisevasti ne kestävät kuumuutta tehokkaasti. Piikarbidikomposiitit kestävät tuhansia asteita korkeampia lämpötiloja kuin parhaat superseokset. Tämä on mullistava tekijä.

Suurin etu on lämmönkestävyys. Tuuliturbiinien komponentit kohtaavat yleisimpiä kaasuja. Terässiivet vaativat jatkuvaa ilmastointia. CMC-komponentit? Ne tuskin säpsähtelevät. Ne voivat käydä kuumemmilla alueilla ilman sitä korvaamatonta ilmastointia. Mitä vähemmän jäähdytysilmaa, sitä enemmän ilmaa työntää konetta eteenpäin. Polttoaineenkulutus paranee. Lentoyhtiöt rakastavat polttoaineen säästämistä. Se vähentää kuluja ja pakokaasuja.

Painolla on lentokoneissa todella suuri merkitys. Jokainen säästetty ylimääräinen kilo auttaa. CMC:t ovat huomattavan kevyitä. Ne painavat noin kolmanneksen vähemmän kuin metalliosat, jotka ne korvaavat. Kevyemmät moottorit tarkoittavat kevyempiä lentokoneita. Kevyemmät lentokoneet kuluttavat vähemmän polttoainetta. Tämä johtaa pahenevaan etuun. Vähemmän painoa ja parempi suorituskyky merkitsevät merkittäviä etuja.

Kestävyys on toinen plussa. CMC:t ovat erittäin jäykkiä. Ne kestävät metallien taipumista äärimmäisissä lämpösykleissä. Tämä kestävyys auttaa komponentteja kestämään pidempään. Se ylläpitää moottorin tehokkuutta normaalina. Luotettavuus paranee.

Saatat ihmetellä, miksi emme aiemmin käyttäneet keramiikkaa. Perinteiset keramiikat ovat särkyviä. Ne pilaantuvat nopeasti. Tämä on huono asia pyörivän moottorin sisällä. Karbonisoitujen keramiikkojen (CMC) kuitulujite ratkaisee tämän. Kuidut jäljittelevät betonin raudoitusta. Ne estävät halkeamien leviämisen katastrofaalisesti. Komposiitti pysyy lujana myös vaurioituessaan.

Tämä teknologia ei ole enää vain teoriaa. Se lentää juuri nyt. Kurkista nykyaikaisten moottoreiden, kuten LEAPin, sisään. Löydät CMC-komponentteja. Tuuliturbiinin suojukset ovat yleinen ensimmäinen käyttökohde. Nämä renkaat tiivistävät kuuman kaasun reitin lapojen ympärille. Niiden kuumentaminen parantaa tehokkuutta. Myös pakokaasusuuttimet hyötyvät. Ne kestävät äärimmäistä kuumuutta ja tarvitsevat paljon vähemmän jäähdytystä.

Toimittajat painostavat entistä kovemmin. CMC-turbiinin lavat ovat seuraava suuri kohde. Lavat kestävät vaikeimmatkin olosuhteet. Menestys tässä tarkoittaa myös suurempia moottorin hyötysuhteen parannuksia. Näiden osien valmistaminen on vaikeaa. Monimutkaisten CMC-muotojen valmistaminen luotettavasti vaatii edistyneitä tekniikoita. Mutta edistystä tapahtuu tasaisesti.

(Piikarbidikuitulujitettujen keraamisten matriisikomposiittien (CMC) käyttö lentokoneiden moottoreissa)

Siirtyminen piikarbidiyhdisteisiin on aitoa. Se ratkaisee suihkumoottorien suunnittelun keskeiset haasteet – lämmön, painon ja tehokkuuden. Antamalla moottoreiden käydä kuumempina ja kevyempinä, piikarbidiyhdisteet avaavat uusia tehokkuustasoja. Ne ovat avainmateriaali, joka muodostaa lentoliikenteen tulevaisuuden. Löydät niitä moottoreista tänään. Näet niitä lisää huomenna.