Wymienniki ciepła w silnikach lotniczych

Wymienniki ciepła między powietrzem a olejem są zintegrowanym elementem zaawansowanych silników turbowentylatorowych. Dzięki utrzymaniu temperatury oleju i paliwa w określonych granicach chłodnice powierzchniowe przyczyniają się do optymalnego działania silnika. Ruch chłodnego powietrza owiewającego powierzchnię wymiennika ciepła schładza olej i paliwo.

Jednakże współczesne chłodnice powierzchniowe obciążają silnik i zajmują powierzchnie służące do ograniczania hałasu silnika. Ich masa, objętość i wydajność są więc niezwykle istotne.

W ramach finansowanego przez UE projektu "Surface heat exchangers for aero-engines" (SHEFAE) naukowcy projektują i wytwarzają chłodnice powierzchniowe z metalu, które zastąpią część struktury owiewki. Udoskonalenie istniejących struktur owiewanych powietrzem pozwoli zaoszczędzić przestrzeń i rozpraszać więcej ciepła. Ponadto lekkie chłodnice powierzchniowe na owiewce pozwoliłyby zwiększyć wydajność siłowni i zmniejszyć zużycie paliwa.

Zastosowanie materiałów kompozytowych w strukturach owiewki dodatkowo ograniczyłoby ich masę. Badania nad materiałami kompozytowymi, techniki wytwarzania i projektowania chłodnic powierzchniowych stwarzają problemy związane z wymianą ciepła, uszczelnianiem i połączeniami.

Po opracowaniu chłodnicy zostanie ona zainstalowana i przetestowana na silniku demonstracyjnym, jako części jego systemu regulacji cieplnej. Uczestnicy projektu nakreślili wymogi wobec chłodnic powierzchniowych dotyczące chłodzenia oleju, warunków w punktach projektowych, spadku ciśnienia oleju i upłynniania. Ukończono wstępną i decydującą ocenę projektu. Trzy nowo opracowane platformy testowe umożliwią walidację projektu tego elementu.

Zespół nakreślił również specyfikację montażowej struktury kompozytowej oraz przeanalizował możliwe projekty geometryczne, zapewniające odpowiednią sztywność przy niskiej masie. Kładziono nacisk na wzmacniane włóknem kompozyty i ich wytwarzanie na użytek takich struktur. Zespół przeprowadził testy doświadczalne na laminatach kompozytowych, aby określić główne mechanizmy niepowodzenia i zwalidować nowo opracowane modele połączeń z użyciem śrub kompozytowych.

Projekt SHEFAE przyczynił się do realizacji ambitnego celu w ramach Europejskiej wizja lotnictwa 2050 na rzecz potrzeb społecznych i rynkowych. Projekt zacieśnia też współpracę badawczą, technologiczną i przemysłową między Europą i Japonią.