Notitia prima de lamellis motorum aeroplanorum (I)

1. Introductio ad laminas turbinis

Component quae pessimas condiciones operis in machina turbina habet est etiam maxime importantis componentis rotantis. In partibus calidis motorum aeroplanorum, laminæ turbinis subiectæ sunt erosioni gas calidi et mutationibus temperaturæ dum cycli incipientis et desinentis motoris fiunt, atque laminæ rotoris vi centrifuga ad altas velocitates subiciuntur. Materia requiritur ut habeat sufficientem vim tractionis ad altas temperaturas, vim permanentis resistentiae, vim resistentiae ad fluens, simul cum bona vi resistentiae ad fatigationem, resistentia ad oxidationem, resistentia ad corrosionem gas, et plasticitatem idoneam. Praeterea, stabilis longaevus ordinatio, bona vis resistentiae ad ictus, facultas fundendi, et densitas parva etiam requiruntur.

Temperātūra ingressūs gas in praecēlentibus motoribus aeronauticīs ad 1380℃ pervenit, et impetus ad 226 kN attingit. Paleae turbinis viribus aerodīnamicīs et centrifugīs subiciuntur, tensiōne trahentī circa 140 MPa in palīs sustentātā; radix palae mediam tensiōnem 280–560 MPa sustinet, et corpus palae correspondēns temperātūram 650–980℃ patitur, radīx autem palae circiter 760℃.

Gradus performatiōnis palārum turbinis (praesertim capacitas tolerandī temperātūram) in indicem praecipuum evolvit gradūs praecēlentiae modulī motoris. Quodam sensū, prōcessus fundendī palārum motorum futūrōrum directē perfōrmatiōnem motoris dēterminat et est etiam signum magnī momentī industriae aeronauticae nātiōnālis.

2. Designatio formae palae

Quoniam multae sunt palae, si in formas rectās regulārēs designentur, multa technica elaborātiōnis minuī possunt, difficultās designandī levāri possunt, et multae expensae minuī possunt. Tamen plūrimae palae sunt tortae et curvatae.

Sine dubio primum tibi quaedam foliorum elementaria praesento.

Primum, quid est cursor? Subter sunt duo typica cursorum schemata.

Diagramma fluxus compressoris

Diagramma cursus fluxus turbinis
Secundo, quae est formula calculi velocitatis circumferentialis? In canali fluxus, velocitas circumferentialis varia est ad diversos radios (haec ex formula calculi infra figura data obtineri potest).

Velocitas circumferentialis. Denique, quid est angulus incidentiae aeris? Angulus incidentiae aeris est angulus inter directionem fluxus aeris et chordam paleae respectu directionis velocitatis paleae.

Ad exemplum alae aeroplani, angulus incidentiae fluxus aeris ostenditur. Deinde explicatur cur lamina torqueri debeat. Quoniam velocitates circumferentiales ad diversos radios in canali fluxus diversae sunt, angulus incidentiae fluxus aeris ad diversos radios in planis primitivis valde variat; ad apicem laminae, propter magnum radium et magnam velocitatem circumferentialem, magnus angulus incidentiae positivus efficitur, quod gravem separationem fluxus aeris in parte posteriori laminae parit; ad radicem laminae, propter parvum radium et parvam velocitatem circumferentialem, magnus angulus incidentiae negativus efficitur, quod gravem separationem fluxus aeris in parte ventrali laminae parit.

Ideo, pro laminis rectis, praeter partem proximam diametri mediac, quae adhuc operari potest, ceterae partes graves separationes fluxus aeris producent, id est, efficentia compressoris aut turbinis, qui cum laminis rectis operantur, valde parva est, et fortasse adeo parva ut omnino operari non possit. Hoc est cur laminae torquendae sunt.

3. Historia Evolutionis

Cum vis motorum aeroplanorum continuo augeatur, hoc efficitur augendo temperaturam ad introitum compressoris, quod usum exigit laminarum praecipuarum, quae altiores et altiores temperaturas sustinere possint. Praeter conditiones altas temperaturarum, locus laboris laminarum partis calidae est etiam in statu extremo altae pressionis, magni oneris, magnae vibrationis et magnae corrosionis; ideo laminis requiritur praestantia maxima in omnibus generibus. Hoc postulat ut laminas ex materiis metallicis specialibus (legaturis ad altas temperaturas) et processibus fabricationis specialibus (fusionem praecisam cum solidificatione directa) conficiantur, ut structurae matricis speciales (structurae monocristallinae) fiant, quae optime necessitatibus satisfaciant.

Complexae paleae turbinis cavae ex singulis cristallis factae iam technologia principalis sunt hodiernorum motorum altissimi rationis impetus ad pondus. Est investigatio et usus praestantiorum materialium ex alliis cristallorum singularium et ortus technologiae fabricandarum palerum ex singulis cristallis, quae duabus parietibus constant et ultra aere refrigerantur, quae fecerunt ut technologia praeparandi singula cristalla in praecipuis hodie motoribus militarium et commercialium aeroplanorum principalem partem agat. Nunc palerae ex singulis cristallis non solum in omnibus motoribus aeronauticis praestantissimis sunt insidentes, sed etiam in turbinibus gazosis gravioribus crebrius utuntur.

Superalloigae ex cristallis singulis sunt genus materiae ad ulteriora laminarum motorum elaboratum super basi cristallorum aequidimensionalium et cristallorum columnarium directionum. Ab initio annorum 1980, prima generatio superallogearum ex cristallis singulis, ut PWA1480 et ReneN4, late in variis motoribus aeroplanorum usurpata est. In fine annorum 1980, laminarum ex secunda generatione superallogearum ex cristallis singulis, quae PWA1484 et ReneN5 repraesentantur, usus etiam latissimus in motoribus aeroplanorum ulterioribus, ut CFM56, F100, F110, et PW4000, fuit. Nunc secunda generatio superallogearum ex cristallis singulis in Civitatibus Foederatis maturavit et late in motoribus aeroplanorum militaribus et civilibus usurpatur.

Comparatis cum alliis monocristallinis primae generationis, allia monocristallina secundae generationis, ut PWA1484 a PW, CMSX-4 a RR, et Rene'N5 a GE, temperaturam operationis suam auxerunt gradibus Celsius 30 addito rhenio 3% et modice aucto molibdeni contento, optinens bonum aequilibrium inter robur et resistentiam ad oxidationem et corrosionem.

In tertio allio monocristallino Rene N6 et CMSX-10, compositio allii in unum gradum optimata est; augmentatum est totale elementorum insolubilium cum magno radio atomico, praesertim addito rhenio ultra 5% pondere, quod robustissime auxit robur contra fluens ad altas temperaturas; vita endurance allii ad 1150°C maior est quam 150 horae, multo longior quam vita allii monocristallini primae generationis, quae fere 10 horarum est, atque etiam habet robustam resistentiam ad fatigationem thermicam, oxidationem et corrosionem thermicam.

Civitates Foederatae et Iaponia successive evolverunt quartam generationem alligaminum monocristallinorum. Addito rutenio, stabilitas microstructurae alligaminis ulterius emendata est, et vis crepandi sub expositione diuturna ad altas temperaturas aucta est. Vita eius tolerans ad 1100 ℃ decies maior est quam ea secundae generationis alligaminum monocristallinorum, et temperatura operativa ad 1200 ℃ pervenit. Compositio monocristallina eiusdem generationis infra ostenditur.

4. Materia prima et technologia fabricandi laminas

Laminae ex alligaminibus deformabilibus ad altas temperaturas

Evolutio legatorum deformabilium ad altas temperaturas plus quam quinquaginta annos abest. Legata deformabilia ad altas temperaturas, quae vulgo in paleis motorum aeroplanorum domesticorum utuntur, in Tabula 1 ostenduntur. Cum contentus aluminium, titani, wolframii et molibdeni in legatis ad altas temperaturas crescat, proprietates materiae continuo meliorantur, sed facultas laborandi ad calorem minuitur; post additionem costosissimi elementi alligantis cobalti, praestantia generalis materiae meliorari potest et stabilitas structurae ad altas temperaturas augeri potest.

Paleae partes claves motorum aeroplanorum sunt, et volumen earum fabricandarum prope triginta per centum totius voluminis fabricandi motoris occupat.
Paleae motorum aeroplanorum sunt partes tenui pariete et facile deformabiles. Quomodo deformationem earum regere et eas efficaciter atque alta qualitate fabricare possimus, unum ex magnis studiis in industria fabricandarum palerum est.

Cum apparuerint ferramenta machinalia CNC altissimae performationis, processus fabricandi laminas turbinum etiam magnas mutationes passus est. Laminæ quæ technologia CNC præcisionis elaborantur, altam præcisionem habent et breves ciclos fabricationis, in Sinis generaliter sex ad duodecim menses (semi-finishing machining); et tres ad sex menses apud exteras nationes (no-residue machining).