Turboreactoarele avioanelor de lupta (II)

DIFERENTIEREA TEHNOLOGICA

 

Daca din punct de vedere constructiv solutia turboreactorului dublu flux cu postcombustie a fost folosita de toti fabricantii, performantele de tractiune, fiabilitate si consum combustibil ale motoarelor, s-au diferentiat mai ales prin cresterea calitatii materialelor si in mod special a celor folosite pentru paletele si discul de turbina.

Un motor este cu atat mai eficient cu cat temperatura de intrare a gazelor in turbina este mai mare.

Unul din factorii esentiali in realizarea performantele motorului, il constituie proiectarea si fabricatia paletelor de turbina, una din cele mai sofisticate tehnologii actuale. Pentru exemplificare, o paleta de turbina de 100g  este solicitata la o forta centrifuga de 4000 kgf si functioneaza la 1500 C, peste punctul de deformare plastica si chiar de topire.

Datorita aliajelor speciale, sistemului de racire  si a intregului sistem de proiectare, fabricatie si control, paleta va functiona cel putin 10 ani in 20 000 zboruri , rotindu-se  la turatii de 10-20 000 rot/min.

Realizarea paletei monocristal si a sistemului de racire a paletelor in tolerantele stranse, fabricarea discului  din pulberi sinterizate,toate  necesita un grad mare de cunostinte tehnice.

Evolutia temperaturii la intrare turbina

Acest grafic arata cum a crescut temperatura la intrarea in turbina de-a lungul timpului.

Pentru inceput, pana in 1990, s-au folosit superaliaje: U700, IN738, IN792DS pe baza de nichel,temperatura la intrarea in turbina fiind de 930-1100 C. Aparitia tehnologiei de racire prin film a dus la o crestere a acesteia pana la 1200 C.

Incepand cu 1990 apar paletele monocristal SX, iar temperatura creste pana la 1500 C folosind acoperirile de protectie termica TBC si racirea prin film – film cooling (temperatura de topire a nichelului este 1455 C) . Prin racire si protectie termica, paleta nu depaseste 1150 C.

Efectele protectiei termice prin acoperire si racire prin film

Structura paleta : policristalina, cristale directionate si monocristalina 

Racirea paletei

Toate aceste tehnologii au reusit ridicarea temperaturii in palete la circa 300 C peste punctul de topire al materialului. Temperatura de intrare a crescut de la 950 C in 1944 la aproape 1500 C in prezent.

O regula bazata pe experienta in domeniu spune ca ridicarea temperaturii turbinei  cu 10 C pastrand materialul si racirea, ii reduce durata de viata la jumatate. In prezent, noile tehnologii au marit perioada de timp intre reparatii, desi temperatura a crescut.

Chiar daca ai toate cunostintele teoretice si chiar toat documentatia, nu exista nici o garantie ca poti fabrica macar un singur motor. Aici nu functioneaza copy-paste. Chinezii sunt  pe graficul de mai sus la inceputul anilor ’90 si nici rusii nu cred ca sunt prea departe. Este incredibil cum fabricarea unei palete de turbina se poate transforma intr-un avantaj tehnologic si in final militar.

Fabricatia paletelor la  RR – marele secret

In acest moment firmele occidentale au castigat un avans substantial fata de rusi sau chinezi  tocmai prin tehnologiile prezentate, ceilalti nereusind inca sa le stapaneasca. Intre timp se lucreaza la noua generatie de motoare.

MOTORUL CU CICLU ADAPTABIL/VARIABIL

Programul ADVENT – Adaptive Versatile Engine Technology – are ca scop dezvoltarea unui motor optimizat pentru mai multe regimuri de functionare, fata de motoarele din prezent care sunt proiectate pentru un singur regim optim. Un obiectiv este reducerea cu 25% a consumului de combustibil.

Un astfel de motor va permite unui avion sa functioneze optim atat la regim de croaziera, supercroaziera cat si in cel maxim.Programul este dezvoltat de GE impreuna cu RR si este finantat din 2007 de USAF. Sunt motoare cu triplu flux. Aceste motoare vor reechipa F 35 si vor propulsa generatia a 6a de avioane de lupta.

Cresterea temperaturii din turbina va depasi 1800 C prin folosirea materialelor ceramice matriciale armate cu fibre de carbura de siliciu (carborund) si  acoperite cu bariera termica.

Temperatura turbina in viitor

In timp ce rusii stagneaza cu motorul pentru PAK FA T 50 si tot anunta amanari, chinezii au declarat ca nu reusesc fabricarea paletelor monocristal in productia de serie si mai au probleme cu sinterizarea pulberilor pentru discul de turbina.

Dezvoltarea unui motor de la faza conceptuala pana la intrarea in exploatare dureaza circa 10 ani, necesitand investitii foarte mari in aceasta perioada.

Grigore Leoveanu