沖蝕腐蝕對于飛機安全性的影響

“飛機是最安全的運輸方式。然而，很少有飛機失事引起人們對其安全性的幾點懷疑。”

有幾份報告指出，重新設計機身以適應最新的燃油效率（提高15-20%）的燃氣渦輪發(fā)動機可能引發(fā)了被證明是致命的墜機事故。摩擦學在燃油效率渦輪的發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。在這方面，我們著重于將這些發(fā)動機中采用的先進材料和設計結構與導致災難和潛在故障的高溫磨損和摩擦機制聯(lián)系起來。

圖1抗微動涂層保護葉根和盤槽免受微動磨損（由于徑向應變和振動）。

一臺高效的燃氣輪機（布雷頓循環(huán)）應具有較低的燃料消耗、最低的噪聲和較低的維護成本。在這方面，有幾種設計和材料，使重量輕，更高的旁通比，低摩擦和磨損的發(fā)動機部件。

使用齒輪驅動的渦輪風扇可以實現(xiàn)較高的旁通比（例如12:1的旁通比）。它在排氣口附近產生大量空氣，有助于增加推力。然而，齒輪箱的加入增加了發(fā)動機的重量和可靠性問題。

 圖2熱障涂層（TBC），保護基體合金免受熱量和侵蝕。

為了抵消變速箱的重量，材料科學被推向了極限，以減輕發(fā)動機的重量。風扇葉片由輕質鋁鋰合金、碳纖維復合材料制成，渦輪葉片由鈦鋁合金制成。與鎳鉻合金相比，鈦鋁化物更輕，強度更高。此外，汽輪機圍帶襯里中使用的鎳鉻合金被輕質復合金屬基體取代，例如，碳基體中的碳化硅纖維和氮化硼涂層，可承受1315℃的溫度°C/2400號°F。

圖3在高工作溫度下，Ducom微動磨損試驗機（a）和Ducom空氣噴射腐蝕試驗機（B）中的試驗區(qū)域的圖像。

使用齒輪驅動渦扇發(fā)動機的燃油效率高的燃氣輪機運行成本也較低。由于級/葉片數量減少，更換的零件更少。此外，發(fā)動機葉片的耐磨性也得到了改善。

在葉根和輪盤槽處涂上抗微動的銅鎳或鈷基涂層，以抵抗高溫下徑向應變和振動的磨損（見圖1氣流噴砂沖蝕試驗機）。渦輪葉片涂有熱障涂層（TBC），以防止固體顆粒的熱量和高溫侵蝕（見圖2）。

符合ASTM G76和G211-14的Ducom氣流沖蝕試驗機。這種最先進的腐蝕測試儀能夠進行高達1200攝氏度的測試。

這些涂層的耐磨性能可以使用在1200℃下運行的Ducom噴氣式沖蝕試驗機進行測試°C（見圖3 A）和微動磨損試驗機在900°C（見圖3B）。

TBC的特征侵蝕曲線和抗微動涂層的特征摩擦曲線分別如圖4和圖5所示。請閱讀這篇文章的最后一節(jié)，它突出了Ducom高溫摩擦計的一些獨特功能。

 圖4熱障涂層的特征腐蝕曲線。

總之，與齒輪驅動渦扇發(fā)動機相關的技術降低了更換零件的成本，推動了材料科學的極限，開發(fā)出更輕的發(fā)動機零件和耐磨涂層，并實現(xiàn)了比傳統(tǒng)渦扇發(fā)動機更高的推力。雖然它們有助于提高燃油效率和降低維護成本，但對發(fā)動機尺寸進行了重大修改。

圖5微動條件下涂層的特性性能曲線。

齒輪動力渦輪風扇的直徑比傳統(tǒng)渦輪風扇大，使發(fā)動機更大。因此，塔架被重新設計，通過將發(fā)動機推向機頭并從地面向上推，來增加離地間隙。它給飛機的空氣動力學帶來了新的挑戰(zhàn)，解決辦法引發(fā)了致命的墜機事故。雖然摩擦學有助于開發(fā)燃油效率高的發(fā)動機，但不幸的是，它們與致命的設計有關。