Genaue Zustandsüberwachung für Flugzeugmotoren
Der Wirkungsgrad von Gasturbinenmotoren mit zunehmender Gastemperatur ermöglicht eine deutliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Kohlendioxidemissionen. Um diese Verringerung zu erreichen, werden die Motorteile durch thermische Barrierebeschichtungen (TBCs) geschützt. Diese keramischen Materialien widerstehen hohen Temperaturen und minimieren die Wärmeleistung an das Substrat. Das EU-geförderte Projekt STARGATE (Sensors towards advanced monitoring and control of gas turbine engines) wurde ins Leben gerufen, um die Technologie zu entwickeln, die notwendig ist, um die kritischen Parameter von Wärmedämmschichten bis zu Temperaturen von 1 600 Grad Celsius zu messen. Während der dreijährigen Laufzeit des Projekts gelang es den Forschern die Grenzen der vorhandenen Sensoren zu überwinden. Unter den entwickelten Sensoren befindet sich ein Infrarot-Strahlungsthermometer. Im Gegensatz zu derzeit verwendeten kurzwelligen Infrarotthermometern ist das neue Instrument für die berührungslose Temperaturmessung von Oberflächen von TBC besonders geeignet. Keramiken sind im kurzen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums semitransparent, aber nicht im langen Infrarotbereich. Darüber hinaus entwickelten und validierten die STARGATE-Partner ein Hochtemperatur-Pyrometer, das thermophysikalische Eigenschaften von TBC messen kann. Insbesondere kann die thermische Leitfähigkeit der Beschichtung und der Grad der Emission von der Oberfläche in situ während des Gasturbinenbetriebs gemessen werden. Sinnvolle Werte ließen sich für die Optimierung des Turbinenbetriebs erzielen. Von der STARGATE-Technologie wird erwartet, dass sie zur Verbesserung der nächsten Generation von umweltfreundlichen und effizienten Triebwerken beitragen wird. Bis heute werden Gasturbinen innerhalb der Sicherheitsmargen betrieben, um die Teile vor mechanischem Versagen aufgrund der Unsicherheit in den wichtigsten Parametermessungen zu schützen. Doch mit der neuen Sensortechnologie, wird es möglich sein, diese nahe an der maximalen Betriebstemperatur zu betreiben.
Schlüsselbegriffe
Zustandsüberwachung, Flugzeugmotoren, Sensoren, Temperaturmessungen, STARGATE
