Konstrukcja lotniczych silników turbinowych przystosowana do powłok W toku projektu SEAL-COAT, który miał dostarczyć zaleceń dotyczących ulepszeń konstrukcyjnych, zapoczątkowano teoretyczne podejście do badania ścieralnych powłok uszczelniających stosowanych w obudowach turbin gazowych. Technologie przemysłowe © Shutterstock Wzmożony nacisk na ograniczanie emisji zanieczyszczeń i coraz większa liczba kilometrów pokonywanych przez samoloty sprawia, że wymagania co do sprawności nowoczesnych silników turbospalinowych są coraz większe. W toku wielu prac badawczych opracowano ulepszenia konstrukcyjne, m.in. zoptymalizowano aerodynamikę i podwyższono stopień dwuprzepływowości, przyczyniające się do niższego zużycia paliwa. Zmniejszenie luzów między wirującymi łopatami a obudową sprężarki silnika może prowadzić do dalszego zwiększenia sprawności. Projekt SEAL-COAT skupiał się na ścieralnych powłokach uszczelniających umożliwiających końcówkom łopat wycięcie rowka w materiale uszczelniającym bez zużywania się samych łopat. Tak powstający samoregulujący się prześwit pozwala na lepsze kontrolowanie upływu powietrza nad końcówkami w sprężarce. Powłoki te są weryfikowane na podstawie próbek zużytych na skutek styku z prototypową łopatą wirującą przy regulowanej prędkości i kontrolowanym stopniu upływu. Bardziej szczegółowa analiza wpływu właściwości i stanu powłok podczas prób sprawdzających zachowanie się powłok na stanowisku badawczym prowadzona jest za pomocą odpowiedniego oprogramowania. Do tego celu uczestnicy projektu z Politechniki Belfort-Montbéliard wykorzystali oprogramowanie ANSYS, które wykorzystuje metodę elementów skończonych. W modelowaniu styku między końcówką łopaty a ścieralną powłoką uszczelniającą oraz szacowania ciepła powstającego jako energia rozpraszana na skutek tarcia uwzględniono zarówno elementy stykowe, jak i elementy z nimi współpracujące. Jednym z kluczowych aspektów obliczeń były dane wejściowe, które opisywały powłoki odniesienia, a obejmowały więcej cech niż tylko elastyczność, aby możliwe było powiązanie analizy zjawisk mechanicznych z analizą zjawisk cieplnych. Kolejnym problemem, którym się zajęto, była zmiana konsystencji powłok w wyniku procesu natryskowego powlekania termicznego. Na podstawie pomiarów doświadczalnych zweryfikowano wyniki obliczeń w każdym badanym przypadku, a następnie określono sytuację wyjściową do ulepszania konstrukcji części składowych silnika przystosowanych do powłok.
