Eficienţă îmbunătăţită a motoarelor de aeronave

T&T Plus

de Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Laserului ILT

Eficienţă îmbunătăţită a motoarelor de aeronave

Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Materialelor și a Fasciculelor IWS a reușit să crească stabilitatea acelor piese ale motoarelor de aeronave care sunt supuse solicitării din cauza temperaturii. Procesul IWS ajută la reducerea consumului de kerosen, precum și a emisiilor de CO2. În combinație cu alte măsuri, rezultă economii semnificative de costuri în timpul operațiunilor de zbor. Proiectul de cercetare a fost dezvoltat în strânsă colaborare cu specialiștii în motoare Rolls-Royce. Primele motoare cu această nouă tehnologie au fost deja date în folosință.

 

Camerele de ardere ale motoarelor aeronavelor moderne produc temperaturi de peste 2.000 de grade Kelvin, la ardere. Această valoare este cu câteva sute de grade mai mare decât temperaturile de topire în cazul materialelor folosite, iar anumite suprafețe ale componentelor cu solicitări termice ridicate trebuie răcite și protejate cu acoperiri special antitermice, atât în interior, cât și la exterior. După aterizare, motoarele se răcesc din nou, rapid. Încălzirea și răcirea constantă exercită o solicitare foarte mare asupra pieselor componente din motoare. De aceea, trebuie verificate și întreținute cu regularitate.

 

După ani de cercetare, profesorul Frank Brückner și Mirko Riede de la Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Materialelor și a Fasciculelor IWS au dezvoltat microstructuri realizate cu ajutorul laserului, care prelungesc durata de viață a acoperirilor antitermice și contribuie la reducerea semnificativă a consumului de kerosen și a emisiilor poluante. Proiectul de cercetare a avut loc în strânsă colaborare cu renumiții producători de motoare, Rolls-Royce. La bază, tehnologia IWS se bazează pe filigran, microstructuri realizatre prin fabricație aditivă. Acestea se folosesc pentru realizarea de Acoperiri Antitermice (Thermal Barrier Coatings-TBC) inovatoare pentru componentele turbinelor și pentru a da asigurări că stratul metalic activator al aderenței și rezistent la oxidare este consolidat cu stratul ceramic izolator.

 

Cercetătorii de la Fraunhofer au rezolvat o altă problemă care apare în timpul dilatării și contracției rapide a componentelor. Dilatarea creează solicitări mecanice în stratul izolator, cauzate de coeficienții de dilatare diferiți ai materialelor. Acest lucru poate duce la fisuri orizontale în stratul ceramic, care se poate exfolia ulterior. De aceea, microstructurile inițiază fisuri de segmentare verticale în stratul ceramic. Acestea reduc efortul la întindere a materialului și previn, astfel, formarea temutelor fisuri orizontale.

 

Tehnologia de fabricaţie aditivă, care foloseşte laser cu fibră optică mono-mod

 

Pentru a genera microstructuri cu filigran, cercetătorii au trebuit să continue dezvoltarea

tehnicilor de producție existente. Un laser de mare precizie cu fibră optică mono-mod

generează microstructuri cu dimensiuni de ordinul a 30 de microni. Aranjarea pe coloane

a microstructurilor crește toleranța la dilatare a stratului izolator.

 

Cunoștințele necesare pentru proiectarea structurilor pentru TBC și pentru procesele sofisticate de fabricare nu au fost obținute doar prin experimente. „Simulările și modelarea teoretică cu care am lucrat în afara experimentelor joacă și ele un rol important în obținerea succesului”, a explicat Brückner.

 

Consumul de kerosen scade cu 10 procente

 

Anii îndelungați de muncă la proiectul comun de cercetare și-au arătat roadele. Noua tehnologie poate îmbunătăți în continuare eficiența motoarelor cu reacție, crescând, de asemenea, temperatura de ardere. Arderea mai eficientă duce la scăderea consumului de carburant cu zece procente și reduce emisiile de gaze cu efect de seră. Coroborate cu alte măsuri, economiile anuale de costuri pe aeronavă sunt semnificative și se ridică la aproximativ 2,9 milioane USD.

 

Echipa comună formată din cercetători de la Fraunhofer și ingineri de la Rolls-Royce a reușit să transfere lucrarea de cercetare în procesul de fabricație pregătit pentru producție, care respectă standardele riguroase de siguranță din industria aeronautică. După primele teste de zbor reușite ale motoarelor cu Tehnologie IWS Fraunhofer din noiembrie 2015, a fost emisă autorizarea oficială de aviație de către Agenția Europeană de Siguranță a Aviației (EASA). Din februarie 2018, motoarele sunt utilizate la avioanele de cursă lungă, la aeronavele Airbus A350-1000. Trent XWB-97 este sistemul de propulsie exclusiv al acestui model de aeronavă și motorul de mare capacitate cel mai eficient din lume la ora actuală. Experții de la Fraunhofer se așteaptă ca și alte motoare cu reacție să fie echipate cu tehnologiile IWS inovatoare.

  • Frank Brückner șiMirko Riede (la stânga)

  • Dr. Dan Roth- Fagarașeanu de la Rolls-Royce

 

Pentru realizările lor științifice, Frank Brückner și Mirko Riede, precum și Dr. Dan Roth-Făgărășeanu, de la partenerul industrial Rolls-Royce, au primit premiul „Joseph von Fraunhofer” pentru anul 2018.


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord