23 ноября 2021
Экономика
Самарские ученые создадут плазменную "кольчугу" для повышения надежности ракетных и авиационных двигателей
Разработка в два-три раза увеличит ресурс важных элементов двигателя и позволит проектировать более мощные агрегаты.
Ученые Самарского национального исследовательского университета имени С.П. Королёва в течение двух лет разработают и испытают на практике технологию производства инновационного теплозащитного плазменного покрытия для защиты конструктивных элементов ракетных и авиационных двигателей от экстремально высоких рабочих температур - порядка 1 500 градусов по Цельсию и выше.
Проект по созданию технологии производства такого покрытия стал победителем конкурса программы "УМНИК" и получил финансовую поддержку Фонда содействия инновациям*. Автор проекта - молодой ученый Самарского университета, старший преподаватель кафедры производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении, научный сотрудник НИИ технологий и проблем качества Михаил Гиорбелидзе.
- Применение подобного термобарьерного покрытия позволит значительно увеличить ресурс и надежность работы ракетных и авиационных двигателей, газоперекачивающих и энергогенерирующих установок, а также микрогазотурбинных двигателей, применяемых на беспилотных летательных аппаратах, - рассказал Михаил Гиорбелидзе. - Согласно расчетам, внедрение разрабатываемой технологии должно, как минимум, в два-три раза продлить ресурс важнейших конструктивных элементов горячего тракта двигателей, снизив тем самым необходимость в ремонте и замене дорогостоящих деталей.
Жаропрочное покрытие, способное долгое время выдерживать температуры порядка 1 500 градусов по Цельсию, защитит от разрушения внутренние поверхности сопел и камер сгорания, лопатки турбин и другие элементы двигателей и энергоустановок. Покрытие наносится путем плазменного напыления: в струю из плазмы, направленную на обрабатываемую поверхность, подают частицы тугоплавкого вещества, например, оксида циркония, в виде порошка. Ускоряясь и нагреваясь в плазме, такие частицы попадают на обрабатываемый объект и образуют покрытие.
Уникальность предлагаемого самарскими учеными термобарьерного покрытия заключается в его структуре: его можно сравнить со средневековым доспехом - кольчугой, состоящей из слоев плоских дискообразных частиц-чешуек, которые располагаются и скрепляются друг с другом в особом упорядоченном порядке. Толщина одной такой "чешуйки" - 10-20 мкм, а толщина всей "кольчуги" в целом - всего менее полумиллиметра. За счет разрабатываемой технологии внутри отдельных "чешуек" удается сформировать наноструктурный слой материала, что позволяет повысить эксплуатационные свойства "доспеха".
- Такие особенности строения покрытия обеспечивают сочетание высоких значений адгезионной прочности и термостойкости, позволяя уменьшать тепловые нагрузки и локализовывать возникающую в ходе эксплуатации усталостную трещину в пределах одного кристаллита** покрытия, не давая ей прорасти до материала детали двигателя, - отметил Михаил Гиорбелидзе.
Еще одно перспективное преимущество: использование более эффективных термобарьерных покрытий, дает возможность конструкторам при разработке двигателей повышать рабочую температуру газа перед турбиной и тем самым увеличивать возможную мощность силовой установки.
В рамках рассчитанного на два года проекта ученым предстоит первоначально разработать математическую модель высокоскоростного превращения расплавленных частиц материала в "чешуйки" покрытия с учетом разделения напыляемых частиц по размерам, скоростям и температурам для получения более однородной упорядоченной структуры. По итогам разработки технологии будут изготовлены опытные образцы покрытия для проведения испытаний.
Фото: Самарский университет
Теги:
новости Самары, новости Самарской области, самарский университет, ученый, разработка
Дата изменения:
15.10.2023 14:36:18
Кем изменен (имя):
(ilona) Илона Березий
Активность:
Y