Особенности применения керамических материалов в изделиях авиационно-космической техники-часть 3
Повышение температуры•газа на входе в турбину обеспечивает стехиометрическое сгорание топлива, что снижает загрязняемость среды токсичными газами. В свою очередь упрощение или даже отсутствие системы охлаждения в керамических или частично керамических двигателях повышает безопасность их работы, манёвренность и приемистость машин, уменьшает габариты, снижает шум и дымление двигателя.
Следует отметить еще одно направление применения керамики— керамические покрытия, наносимые в целях уменьшения эрозии и коррозии па наружную поверхность рабочих и сопловых лопаток, изготовленных как из металла, так и из керамики. Возможно использование и многослойных покрытии, наносимых методами химического или физического напыления. Перспективно применение лопаток с оболочкой из керамики и металлической сердцевиной.
Систематические работы по получению и исследованию керамических материалов применительно к двигателям были начаты в 1953 г. в Англии, а в 1970-1977 г.г. в США, ФРГ и Японии. Ожидается значительное применение керамики в серийных авиационных ГТД с 2000 года. Ведутся работы по созданию полностью керамических двигателей как авиационных, так и для бронетанковой и автомобильной техники.
Если в первых ГГД с неохлаждаемыми лопатками температура газа не превышала 900°С, то в современных с охлаждаемыми – она повышена до 1100…1300 С. Однако охлаждение лопаток ротора турбины, соплового аппарата и жаровой трубы камеры сгорания приводит к непроизводительному расходу воздуха (до 13% производительности компрессора), что ухудшает тягу и экономичность двигателя.
Конструкционная керамика, имея высокие теплоизоляционные свойства и меньшую плотность (до 2,5 раз) позволяет повысить температуру газа на входе в турбину до 1400…1700°С, что повышает КПД на 10… 15%, а удельную мощность на 15… 20%, снижает расход топлива, вес и габариты (на 30… 50%), упрощает конструкцию и уменьшает инерцию вращающихся частей.