Что такое лопатки двигателя

Для чего на самолетах устанавливают «лопатки» и откуда они взялись

Авиационное отрасль богата различными терминами, некоторые бывают очень специфичными. Например «Лопатка Купера». Поначалу складывается впечатление, что название было в честь конструктора. Но по факту «лопатка» названа в честь преступника, который угнал самолет, и его ищет ФБР на протяжении 47 лет!

Эта история случилась в ноябре 1971 года, она напоминает сериал «Во все тяжкие». Самолет выполняющий пассажирские авиаперевозки собиравшийся лететь из Портленда до Сиэтла, на своем борту принял пассажира Дэна Купера. Спустя несколько мгновений после взлета, Купер предупредил, что при нем находится бомба, этим он добился распоряжение главного пилота и захватил самолет. Преступник требовал выплатить ему 200000 долларов и предоставить пару парашюта.

Американские власти согласились выполнить требования преступника при условии, что самолет прибудет в Сиэтл, где через сотрудников аэропорта ему передали то что он просил в ровном количестве.

Купер сдержал свое обещание и выпустил заложников. Но трех человек оставил с собой, среди которых было два пилота.

Закончив считать деньги, он отдал приказ подниматься в воздух и уходить в зону облачности. После чего Купер направился в хвостовую часть самолета и открыл дверь, совершил прыжок с парашютом. С тех пор о ним ничего не было слышно.

О его жизни было мало что известно. Некоторые источники утверждают, что он страдал неизлечимой болезнью на деньги от угона самолета, хотел достойно прожить последние дни.

По прошествии 9 лет в предполагаемом месте где мог приземлиться Купер, была обнаружена пачка 20-долларовых купюр,сумма которой составляла 6000 долларов. Некоторые купюры уже давно выцвели.

Но серийные номера на банкнотах, точно указывали на след преступника — это были именно те деньги, которые Купер получил от ФБР.

Есть предположения что авиаугонщик мог погибнуть, но Федеральное Бюро Расследований не хочет принимать этот факт и не останавливается его разыскивать.

Эта история наложила свой отпечаток на дальнейшую судьбу пассажирских самолетов.

Все воздушные суда, принятые в эксплуатацию после 1971 г. от Boeing и Airbus, стали снабжаться механизмом, который препятствует открывать двери при полете. Этот механизм и прозвали «лопаткой Купера».

Она находится в хвостовой части самолета возле люка. Такая технология позволяет наглухо закрывать люк до момента приземления.

Источник

Как производят лопатки газотурбинных двигателей (ГТД)? Узнал у инженера

Лопатки турбин ГТД изготавливают методом литья по выплавляемым моделям. Литейное производство позволяет получать лопатки разной формы, так как исходное состояние материала заготовки – жидкое. Благодаря специально сконструированным жаропрочным сплавам, имеющим в своем составе от 10 и более легирующих элементов, литая лопатка получается с требуемой структурой, которая в дальнейшем определяет ее эксплуатационные свойства. Естественно, чтобы добиться стабильных свойств каждого вновь отливаемого изделия, пришлось проводить немало работ, связанных с литейными проблемами: химической неоднородностью закристаллизовавшегося сплава и образованием дефектов структуры вследствие перехода сплава из жидкого в твердое агрегатное состояние. Рассмотрим упрощенное описание технологической цепочки изготовления лопаток турбин ГТД.

В зависимости от условий работы лопаток меняется их конструкция и предъявляемые к ним требования. Поэтому инженер перед началом работы по созданию технологического процесса изготовления отливки должен внимательно изучить конструкторскую документацию и технические условия, обозначенные в технических требованиях чертежа детали. Например, если требуется изготовить охлаждаемую лопатку, потребуется изготавливать керамический стержень. После ознакомления с требованиями к конкретной отливке следует выбор расположения отливки при заливке, выбор литниково-питающей системы (ЛПС), расчет размеров ЛПС, выбор материалов для изготовления моделей, формы стержней и т.д. Проектируется вся необходимая оснастка: модельная пресс-форма, стержневая пресс-форма и т.д. Проводится разработка технологического процесса получения отливок.

Для полых лопаток изготавливают керамические стержни, которые оформляют внутренние полости отливки. Требования к стержню весьма жесткие: химическая инертность к сплаву, достаточная прочность при высоких температурах, геометрическая стабильность при нагреве, стабильность усадки при обжиге и т.д. Поэтому основным материалом для изготовления керамических стержней в производстве лопаток является электрокорунд. Мелкий порошок электрокорунда смешивают с пластификатором (например, смесь воска с полимером) для придания формуемости. Затем данную смесь запрессовываю в пресс-форму, в которой она охлаждается. После охлаждения полученной заготовки «сырой» стержень извлекают из пресс-формы. В зависимости от конфигурации стержня (толщина может быть 0,5 мм) «сырой» стержень рихтуют в драйере, после чего упаковывают в глинозем и обжигают.

Упаковка в глинозем необходима в первую очередь для предотвращения коробления стержня при спекании. Сам процесс упаковки представляет собой следующую последовательность действий. Рабочий берет керамический короб, в который насыпает немного глинозема. После производит аккуратно укладку «сырых» стержней на данную «подушку» и так несколько рядов (в зависимости от размеров коробов и стержней). Далее производится засыпка стержней и уплотнение глинозема посредством вибрации. Загрузку упакованных в глинозем стержней осуществляют на специальные тележки, которые въезжают во внутреннее пространство печи (печи непрерывного действия). Важно, чтобы печь имела несколько температурных зон для того, чтобы стержни, проходящие через данные зоны, медленно нагревались. В процессе нагрева происходит выжигание пластификатора и спекание порошка электрокорунда. Окончательными операциями по изготовлению керамического стержня являются выбивка из коробов, зачистка стержней от остатков глинозема. Каждый стержень обязательно подвергается контролю в специальном приспособлении.

Изготовление моделей производят на установках для запрессовки модельного состава. Модельный состав представляет собой комплекс компонентов, обеспечивающих различные свойства: физические, химические и технологические. Важно, чтобы модельный состав имел достаточную прочность в твердом состоянии, оптимальную температуру плавления, низкую зольность, формуемость и т.д. Обычной практикой является приготовление модельного состава непосредственно на территории цеха. Для этого компоненты модельного состава смешивают в строгой последовательности в специальной установке, представляющей собой нагревательный бак с мешалкой. Процесс изготовления моделей будущих отливок состоит из следующих этапов: установка пресс-формы на оборудование для запрессовки, укладка керамического стержня в пресс-форму (при его наличии), запрессовка модельного состава и его охлаждение, извлечение модели из пресс-формы, очистка от облоя, отрезка подводов и т.д. Полученные модели также после извлечения из пресс-формы, с целью снижения коробления, могут укладывать в драйер.

Литье по выплавляемым моделям – это особенный вид литья, отличающийся от других способов тем, что каждая модель используется только один раз, поэтому стабильность изготовления качественных отливок сильно зависит от стабильности качества каждой модели. На конечном этапе работы с моделями проводится их визуальный контроль и при необходимости ремонт. Годные модели припаивают к ЛПС, состоящей, как правило, из более дешевой и простой модельной массы, так как требования к геометрической точности ЛПС невысокие. Полученный модельный блок (восковые модели, припаянные к ЛПС) также визуально контролируется на наличии дефектов, после чего его выдают на участок формовки.

Читайте также:  Схема блока управления двигателем стиральной машины

На участке формовки в литейном цехе получают керамические формы, которые и будут определять конфигурацию будущей отливки. Упрощенно изготовление керамической формы можно описать следующим образом. Предварительно обезжиренный модельный блок окунают в емкость с огнеупорной суспензией. Огнеупорная суспензия представляет собой смесь пылевидного зернистого материала и связующего. Далее его вынимают и дают излишкам суспензии стечь. Практически сразу производят обсыпку модельного блока крупным зернистым материалом. Как правило, в производстве лопаток турбин в качестве зернистого материала используют электрокорунд. Таким образом, суспензия за счет сил адгезии удерживается на поверхности модельного блока и удерживает слой крупного зернистого материала. Нанесенный слой сушат, а операцию окунания в суспензию и обсыпку зернистым материалом повторяют несколько раз, пока не получат требуемую толщину керамической формы.

Сформированная керамическая оболочка в непрокаленном состоянии помещается в установку для вытопки модельного состава. В зависимости от принятого способа удаления модельного состава на конкретном предприятии, «рабочим» телом может выступать горячая вода или пар. Удаление модельного состава производится через литниковую чашу. Далее производят первичную прокалку керамической формы. На этапе первичной прокалки температура печи для электрокорундовых форм в момент загрузки не превышает 400C и повышается до 900C. Равномерный нагрев необходим прежде всего для того, чтобы остатки модельного состава медленно выгорели, не повреждая керамическую форму. Далее проводят вторичную прокалку для обеспечения требуемой прочности керамической форме и вывода ее температуры на заданное значение.

Заливку жидким металлом керамической формы лопаток турбины производят в вакуумных печах. Печи имеют специальное устройство – печь подогрева форм, которое способно поддерживать заданную температуру керамической формы до момента заливки. Подготовленную шихту загружают в плавильную камеру, где формируют вакуум. Металл нагревают с помощью индуктора, температура для никелевых сплавов может достигать значений 1650C. Такая температура требуется для проведения качественного рафинирования сплава. В момент заливки температура расплава заметно ниже и в зависимости от конкретного сплава может достигать значений 1520C. Заливка производится за счет наклона тигля с расплавленным металлом. Далее залитую керамическую форму выдерживают некоторое время в печи подогрева формы, обеспечивая более медленное остывание металла с целью снижения термических напряжений. После выдержки в печи подогрева форм залитый блок перемещают в термостат, в котором залитый блок остывает до необходимой температуры. Дальнейшее охлаждение проводят на воздухе.

Охлажденный блок отливок транспортируют на участок выбивки, где производят отделение керамики от металла. Далее отливки отрезают от ЛПС. Производят химическое травление стержней из внутренних полостей лопаток, проводят термообработку и обрубку.

Изготовленные отливки лопаток поступают на участки контроля (некоторые виды контроля описаны здесь ).

Литье по выплавляемым моделям лопаток турбины – достаточно сложный процесс с многочисленными факторами. С целью обеспечения высокой точности геометрии, соответствия структуры отливок заданной требуется не только разработать и внедрить годную оснастку и стабильный технологический процесс, но и обеспечить оптимальные условия для хранения всех материалов, которые должны соответствовать определенным условиям.

⚡ Подписывайтесь на наш канал, ставьте лайки, пишите комментарии! Вас ждет много интересных и полезных статей на самые разные темы.

Источник

ВО ВСЕ ЛОПАТКИ

Кандидат технических наук И. ДЕМОНИС, заместитель генерального директора ВИАМа.

ДВИГАТЕЛИ И МАТЕРИАЛЫ

Мощность любого теплового двигателя определяет температура рабочего тела — в случае реактивного двигателя это температура газа, вытекающего из камер сгорания. Чем выше температура газа, тем мощнее двигатель, тем больше его тяга, тем выше экономичность и лучше весовые характеристики. В газотурбин ном двигателе имеется воздушный компрессор. Его приводит во вращение газовая турбина, сидящая с ним на одном валу. Компрессор сжимает атмосферный воздух до 6-7 атмосфер и направляет его в камеры сгорания, куда впрыскивается топливо — керосин. Поток вытекающего из камер раскаленного газа — продуктов сгорания керосина — вращает турбину и, вылетая через сопло, создает реактивную тягу, движет самолет. Высокие температуры, возникающие в камерах сгорания, потребовали создания новых технологий и применения новых материалов для конструирования одного из наиболее ответственных элементов двигателя — статорных и роторных лопаток газовой турбины. Они должны в течение многих часов, не теряя механической прочности, выдерживать огромную температуру, при которой многие стали и сплавы уже плавятся. В первую очередь это относится к лопаткам турбины — они воспринимают поток раскаленных газов, нагретых до температур выше 1600 К. Теоретически температура газа перед турбиной может достигать 2200 К (1927 о C). В момент зарождения реактивной авиации — сразу после войны — материалов, из которых можно было изготовить лопатки, способные длительно выдерживать высокие механические нагрузки, в нашей стране не существовало.

Вскоре после окончания Великой Отечественной войны работу по созданию сплавов для изготовле ния турбинных лопаток начала специальная лаборатория в ВИАМе. Ее возглавил Сергей Тимофеевич Кишкин.

В АНГЛИЮ ЗА МЕТАЛЛОМ

Первую отечественную конструкцию турбореактивного двигателя еще до войны создал в Ленинграде конструктор авиационных двигателей Архип Михайлович Люлька. В конце 1930-х годов он был репрессиро ван, но, вероятно, предвидя арест, чертежи двигателя успел закопать во дворе института. Во время войны руководство страны узнало, что немцы уже создали реактивную авиацию (первым самолетом с турбореак тивным двигателем был немецкий «хейнкель» He-178, сконструированный в 1939 году в качестве летающей лаборатории; первым серийным боевым самолетом стал двухмоторный «мессершмит» Me-262 (поступивший на вооружение германских войск в 1942 году. — Прим. ред .). Тогда Сталин вызвал Л. П. Берия, который курировал новые военные разработки, и потребовал найти тех, кто у нас в стране занимается реактивными двигателями. А. М. Люльку быстро освободили и дали ему в Москве на улице Галушкина помещение под первое конструкторское бюро реактивных двигателей. Свои чертежи Архип Михайлович нашел и выкопал, но двигатель по его проекту сразу не получился. Тогда просто взяли купленный у англичан турбореактивный двигатель и повторили его один к одному. Но дело уперлось в материалы, которые отсутствовали в Советском Союзе, однако имелись в Англии, и состав их, конечно, был засекречен. И все-таки расшифровать его удалось.

Приехав в Англию для ознакомления с производством двигателей, С. Т. Кишкин всюду появлялся в ботинках на толстой микропористой подошве. И, посетив с экскурсией завод, где обрабатывали турбинные лопатки, он возле станка, как бы невзначай, наступил на стружку, упавшую с детали. Кусочек металла врезался в мягкую резину, застрял в ней, а потом был вынут и уже в Москве подвергнут тщательному анализу. Результаты анализа английского металла и большие собственные исследования, проведенные в ВИАМе, позволили создать первые жаропрочные никелевые сплавы для турбинных лопаток и, самое главное, разработать основы теории их строения и получения.

Читайте также:  Какой уровень масла в двигателе уаз буханка

Было установлено, что основным носителем жаропрочности таких сплавов служат субмикроскопичес кие частицы интерметаллической фазы на основе соединения Ni 3 Al. Лопатки из первых жаропрочных никелевых сплавов могли длительно работать, если температура газа перед турбиной не превышала 900-1000 К.

ЛИТЬЕ ВМЕСТО ШТАМПОВКИ

Лопатки первых двигателей штамповали из сплава, отлитого в пруток, до формы, отдаленно напоминающей готовое изделие, а затем долго и тщательно обрабатывали на станках. Но здесь возникла неожиданная сложность: чтобы повысить рабочую температуру материала, в него добавили легирующие элементы — вольфрам, молибден, ниобий. Но они сделали сплав настолько твердым, что штамповать его стало невозможно — формовке методами горячей деформации он не поддавался.

Тогда Кишкин предложил лопатки отливать. Конструкторы-мотористы возмутились: во-первых, после литья лопатку все равно придется обрабатывать на станках, а главное — как можно литую лопатку ставить в двигатель? Металл штампованных лопаток очень плотен, прочность его высока, а литой металл остается более рыхлым и заведомо менее прочным, чем отштампованный. Но Кишкин сумел убедить скептиков, и в ВИАМе создали специальные литейные жаропрочные сплавы и технологию литья лопаток. Были проведены испытания, после чего практически все авиационные турбореактивные двигатели стали выпускать с литыми турбинными лопатками.

Первые лопатки были сплошными и долго выдерживать высокую температуру не могли. Требовалось создать систему их охлаждения. Для этого решили делать в лопатках продольные каналы для подачи охлаждающего воздуха от компрессора. Идея эта была не ахти: чем больше воздуха из компрессора уйдет на охлаждение, тем меньше его пойдет в камеры сгорания. Но деваться было некуда — ресурс турбины необходимо увеличить во что бы то ни стало.

Стали конструировать лопатки с несколькими сквозными охлаждающими каналами, расположенны ми вдоль оси лопатки. Однако скоро выяснилось, что такая конструкция малоэффективна: воздух сквозь канал протекает слишком быстро, площадь охлаждаемой поверхности мала, тепло отводится недостаточно. Пытались изменить конфигурацию внутренней полости лопатки, вставив туда дефлектор, который отклоняет и задерживает поток воздуха, или сделать каналы более сложной формы. В какой-то момент специалистами по авиационным двигателям овладела заманчивая идея — создать целиком керамическую лопатку: керамика выдерживает очень высокую температуру, и охлаждать ее не нужно. С тех пор прошло почти пятьдесят лет, но пока никто в мире двигателя с керамическими лопатками так и не сделал, хотя попытки продолжаются.

КАК ДЕЛАЮТ ЛИТУЮ ЛОПАТКУ

Технология изготовления турбинных лопаток называется литьем по выплавляемым моделям. Сначала делают восковую модель будущей лопатки, отливая ее в пресс-форме, в которую предварительно вкладывают кварцевые цилиндрики на место будущих каналов охлаждения (потом стали использовать другие материалы). Модель покрывают жидкой керамической массой. После ее высыхания воск вытапливают горячей водой, а керамическую массу обжигают. Получается форма, выдерживающая температуру расплавленного металла от 1450 до 1500 о С в зависимости от марки сплава. В форму заливают металл, который застывает в виде готовой лопатки, но с кварцевыми стержнями вместо каналов внутри. Стержни удаляют, растворяя в плавиковой кислоте. Эту операцию проводит в герметически закрытом помещении работник в скафандре со шлангом для подачи воздуха. Технология неудобная, опасная и вредная.

Чтобы исключить эту операцию, в ВИАМе начали делать стержни из оксида алюминия с добавкой 10-15% оксида кремния, который растворяется в щелочи. Материал лопаток со щелочью не реагирует, а остатки оксида алюминия удаляют сильной струей воды. Наша лаборатория занималась изготовлением стержней, а сам я начал изучать технологию литья, материалы для керамических форм, сплавы и защитные покрытия готовых изделий и теперь возглавляю это направление исследований.

В повседневной жизни мы привыкли считать литые изделия очень грубыми и шероховатыми. Но нам удалось подобрать такие керамические составы, что форма из них получается совершенно гладкой и отливка механической обработки почти не требуется. Это намного упрощает работу: лопатки имеют очень сложную форму, и обрабатывать их нелегко.

Новые материалы потребовали новых технологий. Какими бы удобными ни были добавки оксида кремния в материал стержней, от него пришлось отказаться. Температура плавления оксида алюминия Al 2 O 3 — 2050 о С, а оксида кремния SiO 2 — только около 1700 о С, и новые жаропрочные сплавы разрушали стержни уже в процессе заливки.

Чтобы форма из оксида алюминия сохраняла прочность, ее обжигают при температуре более высокой, чем температура жидкого металла, который в нее заливают. Кроме того, внутренняя геометрия формы при заливке не должна меняться: стенки лопаток очень тонкие, и размеры должны точно соответствовать расчетным. Поэтому допустимая величина усадки формы не должна превышать 1%.

ПОЧЕМУ ОТКАЗАЛИСЬ ОТ ШТАМПОВАННЫХ ЛОПАТОК

Как уже говорилось, после штамповки лопатку приходилось обрабатывать на станках. При этом 90% металла уходило в стружку. Была поставлена задача: создать такую технологию точного литья, чтобы сразу получался заданный профиль лопатки, а готовое изделие оставалось бы только отполировать и нанести на него теплозащитное покрытие. Не менее важна и конструкция, которая образуется в теле лопатки и выполняет задачу ее охлаждения.

Таким образом, весьма важно сделать лопатку, которая эффективно охлаждается, не снижая температуру рабочего газа, и обладает высокой длительной прочностью. Эту задачу удалось решить, скомпоновав каналы в теле лопатки и выходные отверстия из нее так, чтобы вокруг лопатки возникала тонкая воздушная пленка. При этом разом убивают двух зайцев: раскаленные газы с материалом лопатки не соприкасаются, а следовательно, и не нагревают ее и сами не охлаждаются.

Здесь возникает некоторая аналогия с тепловой защитой космической ракеты. Когда ракета на большой скорости входит в плотные слои атмосферы, начинает испаряться и сгорать так называемое жертвенное покрытие, закрывающее головную часть. Оно берет на себя основной тепловой поток, а продукты его сгорания образуют своего рода защитную подушку. В конструкции турбинной лопатки заложен такой же принцип, только вместо жертвенного покрытия используется воздух. Правда, лопатки нужно защищать еще и от эрозии и от коррозии. Но об этом подробнее см. стр. 54.

Порядок изготовления лопатки таков. Сначала создается никелевый сплав с заданными параметрами по механической прочности и жаропрочности, для чего в никель вводятся легирующие добавки: 6% алюминия, 6-10% вольфрама, тантала, рения и немного рутения. Они позволяют добиться максимальных высокотемпературных характеристик для литых сплавов на основе никеля (есть соблазн еще повысить их, используя больше рения, но он безумно дорог). Перспективным направлением считается использование силицида ниобия, но это — дело далекого будущего.

Читайте также:  Обороты двигателя на холостом ходу бензин

Но вот сплав залит в форму при температуре 1450 о С и вместе с ней охлаждается. Остывающий металл кристаллизуется, образуя отдельные равноосные, то есть примерно одинакового размера по всем направлениям, зерна. Сами же зерна могут получаться и крупными и мелкими. Сцепляются они ненадежно, и работающие лопатки разрушались по границам зерен и разлетались вдребезги. Ни одна лопатка не могла проработать дольше 50 часов. Тогда мы предложили ввести в материал формы для литья модификатор — кристаллики алюмината кобальта. Они служат центрами, зародышами кристаллизации, ускоряющими процесс образования зерен. Зерна получаются однородными и мелкими. Новые лопатки стали работать по 500 часов. Эта технология, которую разработал Е. Н. Каблов, работает до сих пор, и работает хорошо. А мы в ВИАМе нарабатываем алюминат кобальта тоннами и поставляем его на заводы.

Мощность реактивных двигателей росла, температура и давление газовой струи повышались. И стало ясно, что многозеренная структура металла лопатки в новых условиях работать не сможет. Нужны были другие идеи. Они нашлись, были доведены до стадии технологической разработки и стали называться направленной кристаллизацией. Это значит, что металл, застывая, образовыва ет не равноосные зерна, а длинные столбчатые кристаллы, вытянутые строго вдоль оси лопатки. Лопатка с такой структурой станет очень хорошо сопротивляться излому. Сразу вспоминается старая притча про веник, который переломить не удается, хотя все его прутики по отдельности ломаются без труда.

КАК ПРОИЗВОДЯТ НАПРАВЛЕННУЮ КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ

Чтобы кристаллы, образующие лопатку, росли должным образом, форму с расплавленным металлом медленно вынимают из зоны нагрева. При этом форма с жидким металлом стоит на массивном медном диске, охлаждаемом водой. Рост кристаллов начинается снизу и идет вверх со скоростью, практически равной скорости выхода формы из нагревателя. Создавая технологию направленной кристаллизации, пришлось измерить и рассчитать множество параметров — скорость кристаллизации, температуру нагревателя, градиент температуры между нагревателем и холодильником и др. Требовалось подобрать такую скорость движения формы, чтобы столбчатые кристаллы прорастали на всю длину лопатки. При соблюдении всех этих условий вырастают 5-7 длинных столбчатых кристаллов на каждый квадратный сантиметр сечения лопатки. Эта технология позволила создать новое поколение авиационных двигателей. Но мы пошли еще дальше.

Изучив рентгенографическими методами выращенные столбчатые кристаллы, мы поняли, что всю лопатку целиком можно сделать из одного кристалла, который не будет иметь межзёренных границ — наиболее слабых элементов структуры, по которым начинается разрушение. Для этого сделали затравку, которая позволяла только одному кристаллу расти в заданном направлении (кристаллографическая формула такой затравки 0-0-1; это означает, что в направлении оси Z кристалл растет, а в направлении X — Y — нет). Затравку поставили в нижнюю часть формы и залили металл, интенсивно охлаждая его снизу. Вырастающий монокристалл приобретал форму лопатки. Кстати, первая публикация об этой технологии появилась в журнале «Наука и жизнь» еще в 1971 году, в № 1.

Американские инженеры применяли для охлаждения медный водоохлаждаемый кристаллизатор. А мы после нескольких экспериментов заменили его ванной с расплавленным оловом при температуре 600-700 К. Это позволило точнее подбирать необходимый градиент температуры и получать изделия высокого качества. В ВИАМе построили установки с ваннами для выращивания монокристалличес ких лопаток — очень совершенные машины с компьютерным управлением.

В 1990-х годах, когда распался СССР, на территории Восточной Германии остались советские самолеты, в основном истребители МиГ. У них в двигателях стояли лопатки нашего производства. Металл лопаток исследовали американцы, после чего довольно скоро их специалисты приехали в ВИАМ и попросили показать, кто и как его создал. Оказалось, что им была поставлена задача сделать монокристаллические лопатки метровой длины, которую они решить не могли. Мы же сконструировали установку для высокоградиентного литья крупногабаритных лопаток для энергетических турбин и попытались предложить свою технологию Газпрому и РАО «ЕЭС России», но они интереса не проявили. Тем не менее у нас уже практически готова промышленная установка для литья метровых лопаток, и мы постараемся убедить руководство этих компаний в необходимости ее внедрения.

Кстати, турбины для энергетики — это еще одна интересная задача, которую решал ВИАМ. Самолетные двигатели, выработавшие ресурс, стали использовать на компрессорных станциях газопроводов и в электростанциях, питающих насосы нефтепроводов (см. «Наука и жизнь» № 2, 1999 г.). Сейчас стала актуальной задача создать для этих нужд специальные двигатели, которые работали бы при гораздо меньших температурах и давлении рабочего газа, но гораздо дольше. Если ресурс авиационного двигателя порядка 500 часов, то турбины на нефтегазопроводе должны работать 20-50 тыс. часов. Одним из первых ими начало заниматься самарское конструкторское бюро под руководством Николая Дмитриевича Казнецова.

Монокристаллическая лопатка вырастает не сплошной — внутри у нее имеется полость сложной формы для охлаждения. Совместно с ЦИАМом мы разработали конфигурацию полости, которая обеспечивает коэффициент эффективности охлаждения (отношение температур металла лопатки и рабочего газа), равный 0,8, почти в полтора раза выше, чем у серийных изделий.

Вот эти лопатки мы и предлагаем для двигателей нового поколения. Сейчас температура газа перед турбиной едва дотягивает до 1950 К, а в новых двигателях она дойдет до 2000-2200 К. Для них мы уже разработали высокожаропрочные сплавы, содержащие до пятнадцати элементов таблицы Менделеева, в том числе рений и рутений, и теплозащитные покрытия, в которые входят никель, хром, алюминий и иттрий, а в перспективе — керамические из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия.

В сплавах первого поколения присутствовало небольшое количество углерода в виде карбидов титана или тантала. Карбиды располагаются по границам кристаллов и понижают прочность сплава. От карбида мы избавились и заменили рением, повысив его концентрацию от 3% в первых образцах до 12% в последних. Запасов рения у нас в стране мало; есть месторождения в Казахстане, но после развала Советского Союза его полностью скупили американцы; остается остров Итуруп, на который претендуют японцы. Зато рутения у нас много, и в новых сплавах мы успешно заменили им рений.

Уникальность ВИАМа заключается в том, что мы умеем разрабатывать и сплавы, и технологию их получения, и методику отливки готового изделия. Во все лопатки вложен огромный труд и знания всех работников ВИАМа.

Источник