РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В МНОГОСЛОЙНЫХ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЯХ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Прогресс в авиационном двигателестроении определяется возрастанием рабочих параметров газотурбинных двигателей, который неизбежно сопровождается повышением значений рабочих температур и нагруженности высокоответственных элементов горячего тракта турбины. Кроме того, повышаются требования к надежности двигателя в целом. Выполнение этих требований прежде всего обуславливается работоспособностью материалов лопаток турбин и обеспечивается применением высокожаропрочных никелевых сплавов в сочетании с комбинированными теплозащитными покрытиями.
В статье решается задача оценки влияния нестационарного теплового воздействия на распределение температуры в многослойном теплозащитном покрытии. С целью оценки работоспособности теплозащитного покрытия предложен метод вычисления температурного поля по профилю лопатки и глубине покрытия, базирующийся на решении основного одномерного дифференциального уравнения теплопроводности.
Данный метод позволяет оценить работоспособность теплозащитного покрытия, а также дает возможность подобрать комбинацию слоев теплозащитного покрытия для конкретных условий эксплуатации лопаток газотурбинного двигателя.
Кроме того, с помощью предложенного метода можно оценить воздействие нестационарного теплового потока на структуру жаропрочного сплава лопатки турбины двигателя, а следовательно, оценить ресурс с данным теплозащитным покрытием. При температурах 1150–1200 °С и выше в жаропрочных никелевых сплавах происходит процесс коагуляции основных упрочняющих когерентных частиц y'-фазы на основе интерметаллида Ni₃Al, вместо кубоидов формируются длинные пластины волнистой формы, происходит образование топологически плотноупакованных фаз, представляющих собой игольчатые образования. Эти процессы приводят к значительному ухудшению прочностных характеристик жаропрочных сплавов. Проводя расчеты по предложенной методике, можно прогнозировать работоспособность лопаток турбин, имея информацию об интенсивности фазовых превращений в сплаве и о температурных забросах в процессе работы газотурбинного двигателя (по данным бортовых систем контроля и фиксации параметров).

1. Александрова Н.Д. Коррозия лопаток турбин ГТУ и обзор методов защиты // Электронный журнал «Молодежный научно-технический вестник». 2015. № 2.

2. Исследование сопротивления слоя ܼݎܱଶ – 8% ܻଶܱଷ конденсационных покрытий против воздействия оксидов кальция, магния, алюминия и кремния / К.Ю. Яковчук, Ю.Э. Рудой, Л.М. Нероденко, Е.В. Оноприенко, А.В. Микитчик // Современная электрометаллургия. 2013. № 3. С. 24–32.

3. Качанов Е.Б., Тамарин Ю.А. Расчет долговечности теплозащитных покрытий на лопатках турбин // Технология легких сплавов. 2013. № 1. С. 11–17.

4. Исследование механизма разрушения теплозащитного покрытия / В.М. Самойленко, Р.Г. Равилов, В.В. Древняк, М.А. Петрова // Электрометаллургия. 2015. № 12. С. 27–31.

5. Фарлоу С. Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров / пер. с англ. М.: Мир, 1985. 384 с.

6. Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырный П.И. Начала теории вычислительных методов. Уравнения в частных производных. Минск: Наука и техника, 1986. 311 с.

7. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. 456 с.

8. Берковский Б.М., Ноготов Е.Ф. Разностные методы исследования задач теплообмена. Минск: Наука и техника, 1976. 144 с.

9. Каблов Е.Н., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. М.: Машиностроение, 1998. 464 с.