Прорыв в материаловедении: лезвия из композитных материалов с керамической матрицей переходят из лаборатории на испытательный стенд 

Дата: 10 апреля 2024 года

Компания Сафран и Германский аэрокосмический центр (DLR) совместно объявили, что разработанные ими совместно лопатки компрессора из керамического композитного материала (CMC) успешно прошли первые наземные испытания в качестве основного двигателя. Это достижение свидетельствует о том, что конкуренция в области высокотемпературных материалов для двигателей расширилась с компонентов турбин на область компрессоров.

В то время как традиционные лопатки компрессора не выдерживают экстремальных температур турбинных секций, двигатели нового поколения с высоким коэффициентом обхода требуют, чтобы компрессоры работали при более высоких коэффициентах давления. В результате температура газа на задних ступенях этих лопаток поднялась до 600-700 °C, что приближает традиционные титановые сплавы к пределу их температурной стойкости. Материалы CMC состоят из волокон карбида кремния, армированных в матрице из карбида кремния. Их плотность составляет всего одну треть от плотности никелевых сплавов, но при этом они демонстрируют гораздо более высокую термостойкость по сравнению с титановыми сплавами, а также превосходные усталостные свойства.

Применение CMC в вращающихся лопастях компрессора сопряжено с огромными трудностями. Проектная группа преодолела множество трудностей, включая точное изготовление сложных по форме компонентов из CMC, соединение разнородных материалов с металлическими втулками и проверку динамической прочности при высоких скоростях вращения. Результаты испытаний показывают, что лопатки из CMC демонстрируют исключительную стабильность размеров и стойкость к эрозии в экстремальных условиях эксплуатации. Этот прорыв не только открывает новый путь для снижения веса компрессоров и повышения их эффективности, но и считается ключевым технологическим резервом для будущей интеграции с гибридными электрическими силовыми установками, что позволит еще больше повысить тепловую эффективность двигателей.