Neue Auftriebsmethoden für Gasturbinenbrenner und -gehäuse

Komponenten von Gasturbinen-Aeromotoren sind der extremsten mechanischen Ermüdungen ausgesetzt. Dies macht neue Materialien erforderlich, die den zukünftigen Kriterien der Gesetzgebung entsprechen. Rolls Royce ist es nun gelungen, dieses Problem bei allen Komponenten in Angriff zu nehmen, die im Laufe eines jeden Motorenlebenszyklus sowohl der Kriechspannung als auch der Plastizität ausgesetzt sind.

Um erfolgreich mit anderen Herstellern konkurrieren zu können, ist die europäische Gasturbinenindustrie ständig bemüht, die Sicherheit zu erhöhen und zukünftigen Umweltgesetzgebungen zu entsprechen. In Erwartung der zukünftigen gesetzlichen Bedingungen des Umweltausschusses CAEP3 (Committee on Aviation Environmental Protection) untersuchte dieses 48-monatige RTD-Projekt die Veränderung von Konstruktionsstilen bei der erhöhten Nutzung von hohen Spannungskonzentrationsmerkmalen.

Ziel des Projekts war die Erstellung einer verifizierten Auftriebsmethodologie für Konstruktion und betriebliche Unterstützung der Brennerbestandteile wie winklige Effusionskühlungsöffnungen. Dies erfordert jedoch ein genaues Verständnis des Materialverhaltens. Deshalb konzentrierte sich der erste Schwerpunkt auf die Entwicklung von drei Arten von Materialverhaltensmodellen und deren Einsatzmöglichkeiten in Finite-Elemente-Programmen (FE) zur Teilekonstruktion.

Basierend auf der thermomechanischen Ermüdung (Thermo-Mechanical Fatigue TMF), isothermalen Testergebnissen und Proben mit repräsentativen Komponenteneigenschaften wurden zwei als C263 und Haynes 230 bekannte Materialien untersucht. Deren Materialverhalten wurde konstanten Komponentenspannungsprognosen, der Lebensdauerprognose eines Teiles im Konstruktionsstadium und Risswachstumsmodellen ausgesetzt, um sichere Inspektionsintervalle möglich zu machen.

Die erzielten Ergebnisse erzeugten verschiedene zusätzliche konstante Komponentenspannungs- und -druckprognosen und demonstrierten darüber hinaus sehr gut die Auftriebswechselbeziehungen unter verschiedenen Bedingungen für isothermale Proben. Zusätzlich dazu erwies sich die Rissausbreitungsmodellierung als erfolgreiche Methode zur Verhaltensvorhersage einfacher und bezeichnender isothermaler Proben.

Insgesamt machten die meisten Programme innerhalb dieses Projekts bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung und Überprüfung von Auftriebsmethoden sowohl für Brenner als auch für Gehäuse. Die Arbeiten zur Beurteilung von Teilen, die bereits ihre Schwachstelle erreicht haben, dauern noch an, während sich weitere Programme auf Auftriebsmethoden konzentrieren, die nicht den Entwicklungszeitplan der Teile verlängern.