航空機のエンジンタービンブレードの材料は何ですか？タービンブレードの冷却方法は何ですか？

May 22, 2023

タービンブレードは、ガスタービンエンジンのタービンセクションの重要な成分です。高速回転ブレードは、エンジンの作業を維持するために、高温および高圧空気をバーナーに描く責任があります。次に、航空機エンジンのタービンブレードの材料とは何か、タービンブレードの冷却方法は何ですか。

1.航空機のエンジンタービンブレードの材料は何ですか？
A.変形した高温合金

錬金術のスーパーアロの発展には、50年以上の歴史があります。国内の航空機エンジンで一般的に使用される錬金術の超合金は、主にCr-Ni合金システムとCr-Ni-Co合金システムです。詳細については、表1を参照してください。アルミニウム、チタン、タングステン、およびモリブデンの含有量が超合金の増加であるため、材料特性は改善し続けますが、熱い作業性は低下します。高価な合金要素コバルトを追加すると、材料の全体的な特性を改善し、高温構造の安定性を改善することができます。

B.スーパーアロを鋳造します

鋳造タービンブレードのベアリング安定性は、1940年代の約750°Cから1990年代の約1700°Cに増加しました。刃の鋳造超合金を表2に示します。

C.チタン合金の超塑性形成

現在、超塑性形成ブレードに最も一般的に使用されているチタン合金は、Ti6al4VおよびTi6Al2Sn4Zr2moです。より多くのチタン合金材料を表3に示します。複合材料の適用は最近成長する傾向がありますが、この段階では解決が困難な欠点があります。温度性能、そのため、チタン合金は、航空機のエンジンブレードなどの超塑性形成部品の主要な材料です。

D.金属間化合物

これは、超合金に完全に置き換える可能性のある新しいタイプの材料です。スーパーアロイは、高温で動作するときにY段階を形成します。研究では、この相が材料の高温強度、クリープ抵抗、高温酸化抵抗の主な理由であることが示されています。したがって、人々は金属間の複合材料を研究し始めました。超合金の密度の半分に過ぎない金属間化合物は、少なくとも低圧セグメントでは、超合金に取って代わることができます。

E.新しい材料

米国のゼネラルモーターズが生産するGE90-115Bエンジンは、カーボンファイバーポリマーブレードとチタン合金ブレードのエッジを使用しています。合計22のターボファンブレードがあり、単一の重量は30〜50ポンド、総重量は2000ポンドです。最高の推力と重量の比率を提供でき、現在、ボーイング777航空機で使用されている最大の航空機ジェットエンジンブレードです。

航空機のエンジンタービンブレードの材料は何ですか

2.タービンブレードの冷却方法は何ですか？
エアロエンジンの分野では、対流冷却、衝突冷却、フィルム冷却、および発散冷却が連続して開発されました。冷却の目的は、タービンの前に温度を上げてエンジンの性能を向上させ、ブレードの温度フィールドを均等に分布させ、熱ストレスを減らすことです。。

1.対流冷却

対流冷却は、今日広く使用されている冷却方法の1つです。冷却空気は刃の中のいくつかの特別な通路を通過し、この対流を通過すると、刃の内壁と熱を交換して、刃の温度が低下して冷却効果を達成し、冷却効果は200°です。 Cから250°Cから250°C。

2.衝撃タイプ

衝突冷却はスプレー冷却です。1つまたは複数の冷却エアジェットを使用して表面に向かって冷却して局所熱伝達能力を高めるために、局所高温エリアでの冷却の強化に適しています。ブレードが最初に採用されました。原則として、衝突冷却は依然として対流冷却に属します。

3.エアフィルム冷却

冷却空気は刃の端から刃の内側の空洞に入り、エアフィルム冷却タービンブレードは、多数の小さな穴で設計および製造されています。タービンブレードを冷却する目的を達成するために、高温ガスから分離されています。

4.分岐冷却

汗冷却としても知られる分岐冷却は、汗をかくように、刃の内側の空洞から刃の内側の空洞から吹き飛ばされるターボ冷却技術の一種です。

これは、高温合金の多孔質ラミネートで作られた中空の刃であり、高圧冷却空気は壁の密な毛穴を通って刃の内側の空洞から流れ、刃の外面に流れます。高温ガスと刃の表面の間に完全かつ連続的な空洞断熱層が形成されます。ブレードの表面は、刃の表面をガスから完全に分離するだけでなく、刃の表面の熱の一部を吸収できます。。この冷却方法により、ブレード材料が温度を冷却気温に近づけることができます。 [3]

この冷却方法が直面する技術的な問題は、酸化後に多孔質材料が簡単にブロックされること、各層が多孔質である必要があり、穴を整列させるのは簡単ではなく、プロセスは複雑であることです。

タービンの前の温度が100°C増加するごとに、エンジンのサイズが同じままであるという条件では、エンジンの性能が少なくとも10％増加します。これが、タービンの前の温度が、エンジンの品質を測定するための重要な指標になった理由です。