Ny optisk metode identificerer svage pletter i jetmotors termiske belægninger

Forskere har vist, for første gang, at en optisk analysemetode kan afsløre svage områder i keramiske termiske barrierebelægninger, der beskytter jetmotorturbiner mod høje temperaturer og slid. Teknikken kunne bruges til at forudsige, hvor længe belægninger ville vare på et fly og i sidste ende kan føre til nye termiske barrierebelægninger, gøre motorer mere effektive og reducere både omkostninger og forurening ved flyrejser.

Levetiden for en termisk barrierebelægning, der bruges på flyturbineblade, kan variere fra så lidt som 1, 000 timer op til 10, 000 timer ved fuld møllestød, også når belægningen påføres på nøjagtig samme måde. Fordi levetiden er uforudsigelig, og fiasko under flyvning kan være katastrofal, turbineblade er planlagt til udskiftning baseret på den korteste estimerede levetid.

"Vores stamme-målingsteknik kan analysere belægningerne umiddelbart efter fremstilling og arbejde med at identificere de turbineblade, der ville vare længst i flyet, "sagde leder af forskerteamet, Andrew J. Moore, fra Heriot-Watt University, Storbritannien. "Ultimativt, vi ønsker at udvikle en billeddannelsesenhed, der viser belastningsfordelingen i belægningen af ​​et helt turbineblad, oplysninger, der ville blive brugt til at afgøre, om det turbineblad ville gå i drift. "

I tidsskriftet The Optical Society Optik Express , forskerne demonstrerede, at ændringer i brydningsindeks, et mål for, hvor hurtigt lyset bevæger sig gennem et materiale, kunne observeres, når et stykke metal belagt med en keramisk termisk barrierebelægning blev trukket kontrolleret. Moores forskerhold samarbejder med Rolls-Royce, en førende producent af jetmotorer.

"Hvis vi kan korrelere, hvordan belastningsfordelingen er relateret til belægningens levetid, så kunne vi afgøre, hvilke belægninger der først mislykkes og ikke bør sættes i et fly, og hvilke der vil vare meget længere, "sagde Moore." Dette ville øge tiden mellem tjenester betydeligt, hvilket ville medføre store besparelser. "

Den nye teknik kan også bruges til at forudsige levetiden for belægninger, der er udviklet til at være mere pålidelige eller tolerere højere temperaturer, hvilket gør det muligt for motorer at køre mere effektivt. Det kan også finde anvendelse i bil- og atomkraftapplikationer, hvor keramik også bruges som termiske barrierer.

Gennemsigtig af uigennemsigtige materialer

Brug af gigahertz (GHz) belysning var nøglen til den nye teknik, fordi disse bølgelængder kan rejse gennem nogle uigennemsigtige materialer, såsom keramik, muliggør analyse indefra materialet. Synlige bølgelængder, på den anden side, kan kun bruges til overfladeanalyse af uigennemsigtige materialer.

Forskerne testede deres teknik med metalstykker sprøjtet med de samme keramiske belægninger, der blev brugt på Rolls Royce -turbineblade. De lagde brikkerne i en trækmaskine, der påførte belastning ved langsomt at trække i metallet. Forskere anvendte derefter GHz-belysning (280-380 GHz) under processen, som rejste gennem den keramiske belægning og sprang af metallet nedenunder. Det reflekterede lys blev derefter målt ved hjælp af et polariscope for at bestemme, hvordan brydningsindekset for keramikken ændrede sig med den påførte stamme. Selvom teamets nuværende optiske opsætning kun opnår punktbaserede målinger, forskerne siger, at teknikken kunne bruges med et billeddannelsesopsætning til at analysere et helt blad.

"Med GHz -belysningen kunne vi se ændringer i brydningsindekset med påført belastning, "sagde Moore." Dette viser, at vores tilgang kunne anvendes til kvalitetssikring i fremtiden. "

Forskerne begyndte for nylig at eksperimentere med at bruge højere frekvensbelysning i terahertz (THz) -området, hvilket kunne forbedre teknikens rumlige opløsning. I samarbejde med Cranfield University, Storbritannien, de bruger også deres teknik til at foretage belastningsmålinger af keramiske belagte metalprøver, der gennemgår accelereret ældning. "Vi vil se, hvornår belægningerne fejler og derefter korrelere det med GHz- og THz -målinger, vi tog før ældningsprocessen, "sagde Moore." Dette er et skridt i retning af at bruge vores teknik til at identificere, hvilke belægninger der først fejler. "