Установка для проглатывания горячих частиц
Установка для проглатывания горячих частиц ( HPIR ) представляет собой газовую горелку этого материала . термобарьерное покрытие , которая может распылять песок в поток горячего газа на целевой материал, чтобы проверить, как расплавленный песок воздействует на [1] Он был разработан Исследовательской лабораторией армии США (ARL) для экспериментов с новыми материалами покрытия для газотурбинных двигателей, используемых в военных самолетах. [2]
Механизм
[ редактировать ]HPIR использует стандартное военное топливо и сухой сжатый воздух для создания потоков сгоревшего газа с температурой от 400 °C до 1650 °C, которые движутся со скоростью 1060 метров в секунду или 0,8 Маха. Интерфейс LabVIEW используется для мониторинга и управления всеми операциями параметров HPIR и пневматического стола. Мониторинг также осуществляется с помощью пирометров S-типа с одной или двумя длинами волн серии Williamson PRO, термопар и средневолновой инфракрасной (ИК) камеры FLIR SC6700 для определения излучательной способности каждого образца. [3]
Образцы помещаются в стальной держатель перед установкой под углом 10 градусов, чтобы поверхность нагревалась равномерно. Пневматический стол перемещает образец в пламя, а для контроля температуры пламени используется термопара S-типа. Во время испытаний образец первоначально подвергается воздействию потока горячего газа со скоростью 0,28 Маха при температуре пламени 815 °C, пока пирометр не обнаружит, что температура поверхности мишени достигла 540 °C. Затем образец проходит несколько циклов нагрева и охлаждения в качестве первоначальной проверки на живучесть, прежде чем его можно будет подвергнуть воздействию еще более высоких температур. Кратковременные испытания на долговечность состоят из трех таких циклов, при этом этап нагрева достигает температуры, соответствующей температуре двигателя, а этап охлаждения устанавливается на условия окружающей среды. [3]
В 2016 году HPIR был модифицирован для попадания песка и соли в камеру сгорания со скоростью от 1 до 200 граммов в минуту. [3]
Технология пескофобного покрытия
[ редактировать ]В 2015 году перед исследователями из ARL была поставлена задача найти способ предотвратить попадание летящих микронных частиц песка и пыли в газотурбинные двигатели военных самолетов и повреждение внутренних механизмов. [4] [5]
В то время как современные двигатели оснащены сепараторами частиц, которые могут отфильтровывать крупные частицы, мелкие порошкообразные частицы песка размером менее 100 микрометров постоянно проходят через камеры сгорания двигателя и прикрепляются к лопастям и лопаткам. [1] [2] Поскольку лопатки ротора во время работы подвергались циклам нагрева и охлаждения, частицы плавились из-за экстремальных температур, а затем впоследствии затвердевали на лопатках турбины. [5] В результате частицы песка микронного размера часто разрушают внутреннее покрытие двигателя, что приводит к серьезному засаливанию песком, износу кончиков лопаток, воздействию кальций-магнези-алюмосиликата (SMAS), окислению , закупорке охлаждающих отверстий и в конечном итоге, потеря двигателя. В последнее время эта проблема усугубилась из-за того, что новейшие современные газотурбинные двигатели работают при гораздо более высоких температурах, чем турбомашины прошлого поколения, в диапазоне от 1400 °C до 1500 °C. [4]
По мнению ученых ARL, повреждения, вызванные этими крошечными частицами песка, сократили срок службы типичного двигателя Т-700 с 6000 часов до 400 часов, а замена роторов может стоить более 30 000 долларов. По их оценкам, одна треть полевых двигателей, используемых военными, пострадала от этой проблемы с попаданием песка. [6]
В рамках совместных исследовательских усилий с Центром исследований, разработок и инженерии авиации и ракет армии США (AMRDEC) , Командованием военно-морских авиационных систем ВМС США (NAVAIR) и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) компания ARL модифицировала HPIR. так что он может моделировать, как частицы песка прилипают, плавятся и стеклообразуют на термобарьерных покрытиях. [5]
По мнению исследователей ARL, HPIR — первая система, подтвердившая, как частицы песка повреждают лопатки турбины при температурах, аналогичных температурам турбинного двигателя на поле. Используя технологию высокоскоростной визуализации, ученые ARL смогли заснять, как частицы песка претерпевают фазовый переход от твердого состояния к жидкому, прежде чем осаждаться на мишени из материала лопаток турбины и испаряться. [1] [2] В 2018 году команда использовала HPIR для тестирования различных материалов покрытий и разработки так называемых «пескофобных покрытий», которые будут спроектированы таким образом, чтобы частицы песка отслаивались от лопастей ротора, а не прикреплялись к ним. [1] [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д «Армейские исследователи ищут технологические решения для борьбы с песком» . Исследовательская лаборатория армии США . 2 ноября 2016 г. Проверено 17 августа 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с Панзино, Чарлси (17 ноября 2016 г.). «Армейские исследователи берутся за борьбу с песком» . Армейские времена . Проверено 17 августа 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с Ланаган, Майкл; Фукусима, Манабу; Ким, Ён Ук; Симамура, Киёси; Иманака, Нобихито; Оджи, Тацуки; Аморосо, Джейк; Ланаган, Майкл, ред. (2 мая 2018 г.). «Материалы 12-й конференции Тихоокеанского региона по технологиям керамики и стекла» . Керамические сделки . 264 . ISBN 9781119494072 .
- ^ Jump up to: а б Гошал, Аниндья; Муруган, Мутувель; Барнетт, Блейк; Кернер, Кевин (май 2015 г.). «Наука о термомеханическом интерфейсе лопаток турбомашин и исследование пескофобных покрытий» . Материалы конференции Международного 71-го ежегодного форума Американского вертолетного общества 2015 г. – через ResearchGate.
- ^ Jump up to: а б с д Муруган, Мутувель; Гошал, Аниндья; Уолок, Майкл; Ньето, Энди; Браво, Луис; Барнетт, Блейк; Пепи, Марк; Тампон, Джеффри; Пегг, Роберт; Роу, Крис; Чжу, Дунмин; Кернер, Кевин (16 января 2018 г.). «Усовершенствования пескофобного покрытия турбин, подробно описанные в документе исследовательской лаборатории армии США» . Ротор и Винг Интернэшнл . Проверено 17 августа 2018 г.
- ^ «Технология пескофобного покрытия» . Новости Аэротеха . 6 января 2017 г. Проверено 17 августа 2018 г.