Produkcja wydajnych silników odrzutowych z zaawansowanych materiałów

Silniki turbowentylatorowe z przekładnią są coraz częściej stosowane w przemyśle lotniczym w celu zapewnienia większej wydajności podczas lotu. Innowacyjne materiały o zoptymalizowanych właściwościach mechanicznych i fizycznych pozwolą na znaczne obniżenie kosztów zużycia paliwa i ograniczenie szkodliwych emisji.

Silniki turbowentylatorowe z przekładnią mogą spowodować wystąpienie bardzo wysokich temperatur w niektórych obszarach turbiny oraz obudowy silnika i podstawy. Finansowany ze środków UE projekt HITNIFO (Development of an advanced design and production process of high temperature Ni-based alloy forgings) został zainicjowany w celu wytwarzania tanich i wysoko wydajnych materiałów poprzez usprawnienie procesów oraz przezwyciężenie problemów związanych ze słabą kujnością i spawalnością.

Partnerzy projektu wybrali obiecujące materiały do wytwarzania obudowy i podstawy oparte na stopach niklu i przeznaczone do stosowania w wysokich temperaturach. Najpierw przeprowadzono próby wyżarzania w celu zbadania zmian właściwości mikrostrukturalnych zachodzących w czasie i w różnych temperaturach. Próby umożliwiły identyfikację głównych czynników wpływających na właściwości mechaniczne, takie jak granica plastyczności, wydłużenie i destrukcja materiału pod wpływem naprężenia.

Po zaprojektowaniu i przeprowadzeniu symulacji procesów kucia matrycowego i wytworzeniu matryc partnerzy projektu ocenili wpływ procesu na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne odkuwki. Inne działania obejmowały pomiary wytrzymałości plastycznej w siedmiu różnych temperaturach i przy dwóch różnych prędkościach odkształcania, a także pomiar pojemności cieplnej i przewodności termicznej.

Wyniki stanowiły podstawę do przeprowadzenia symulacji elementów skończonych szczątkowego naprężenia materiału. W szczególności partnerzy projektu przeprowadzili symulacje przy różnych gęstościach siatki w celu oszacowania rozkładu naprężeń szczątkowych w elementach o złożonej geometrii. Wyniki symulacji następnie porównano z wynikami doświadczeń.

Projekt HITNIFO otwiera drogę do rozwoju silników o wyższych temperaturach spalin, a tym samym o wyższej wydajności. Zastosowanie zoptymalizowanych stopów na bazie niklu powinno zmniejszyć ciężar silnika, a tym samym samolotu, co prowadzi do redukcji zużycia paliwa.