В.В. Манческо (г. Харьков, Украина)

Керамические материалы в турбиностроении – это реально?

Разделы: Авиация, Космонавтика, Тяжелая промышленность, Рынки и сотрудничество, Состояние и перспективы ОПК, Новые разработки

17392

Данная статья посвящена изобретению [1], представляющего турбину новой конструктивной схемы, в которой, во-первых, будут отсутствовать силовые диски и, во-вторых, будут созданы объективные условия для эффективного применения конструкционной керамики в качестве материала рабочих лопаток.

Многочисленные попытки создать такую турбину, заканчивались безрезультатно. Объективный анализ известных решений показал, что первопричиной неудач явилась современная парадигма конструирования, основанная на определенном числе конструктивных элементов с выбранным функциональным предназначением.

Так, современная турбина укрупнено представляет собой два основных конструктивных элемента: статор и ротор. Последний представляет собой агрегат, состоящий из рабочих лопаток, скрепленных жесткой механической связью с силовыми дисками. При вращении силовые диски изнутри удерживают на своей периферии рабочие лопатки на траектории их вращения и передают крутящий момент, возникающий на них от воздействия газового потока, на вал турбины, который затем передается на вал компрессора. Такая конструктивная схема с таким способом крепления обуславливает возникновение растягивающих нагрузок в материале рабочих лопаток при их вращении. Хромоникелевые сплавы, из которых изготовлены рабочие лопатки хорошо сопротивляются таким нагрузкам. Такая же конструктивная схема становится невозможной, если материалом рабочих лопаток будут избраны конструкционные керамики, так как эти материалы не обладают упругостью. Вместе с тем силовой механический контакт между силовыми дисками, выполненными их хромоникелевых сплавов и рабочими лопатками, выполненными из конструкционных керамик, также невозможен в силу низкой трещиностойкости таких керамики в условиях частых термоударов.

Все попытки изменить характер нагрузки керамического материала рабочих лопаток и предотвратить силовой механический контакт между ними и силовыми дисками в рамках турбины традиционной конструктивной схемы оказались неудачными по различным причинам. Чаще всего известные решения предусматривали увеличение числа конструктивных элементов, усложнение связей между ними, появление новых сред, что, в конечном итоге, усложняло и утяжеляло конструкцию ротора и приводило к его неработоспособности.

Турбина новой конструктивной схемы, в которой станет возможным эффективное применение в качестве материала рабочих лопаток конструкционной керамики, будет представлять собой сочетание трех конструктивных элементов с взаимосвязями, отличающимися от таковых в современных турбинах традиционной конструктивной схемы. Ими будут: статор (силовой корпус) измененной конструкции, керамический роторный агрегат и вал барабанного типа. Механическая связь между силовыми дисками и рабочими лопатками турбины традиционной конструктивной схемы будет заменена газостатической связью между всеми тремя указанными конструктивными элементами.

Статор будет изменен за счет размещения в нем нового конструктивного элемента – узла компенсации центробежных нагрузок (УКЦН), а также за счет увеличения толщин силового корпуса, что будет обусловлено необходимостью компенсации дополнительных центробежных нагрузок от вращения керамического роторного агрегата. Последний будет представлять собой наружный и внутренний бандажи, соединенные в монолитный агрегат множеством лопаточных профилей. Вал барабанного типа будет иметь специальные пазы, предназначенные для создания совместно с радиально-осевыми выступами внутреннего бандажа керамического роторного агрегата новых конструктивных элементов, функциональное предназначение которых будет описано ниже.

Конструкционные керамики, по своей природе, хорошо сопротивляются нагрузкам сжатия. Если создать для керамических рабочих лопаток опору со стороны статора (силового корпуса) турбины, то при вращении они будут подвержены этим, достаточно благоприятным нагрузкам сжатия. В турбинах современной конструктивной схемы такой опоры нет.

В турбине новой конструктивной схемы (см. Рис. 1 «Осевой разрез») такую опору, как новый конструктивный элемент, предлагается создать. Конструктивно она будет представлять собой кольцевую полость, образованную противолежащими цилиндрическими поверхностями силового корпуса турбины (поз. 1) и наружного бандажа (поз. 2) керамического роторного агрегата (поз. 3), ограниченную уплотнениями (поз. 4, 5, 6, 7), которая будет заполнена газообразной средой высокого давления. Данный конструктивный элемент, по своему функциональному предназначению, будет представлять собой газовую опору с центростремительной реакцией, называемую далее узлом компенсации центробежных нагрузок (УКЦН) (поз. 8), которая будет предназначена для компенсации центробежных нагрузок, возникающих во вращающемся керамическом роторном агрегате. Таким образом, силовой корпус турбины новой конструктивной схемы, приняв фактически на себя посредством УКЦН функцию компенсации центробежных нагрузок от вращения керамического роторного агрегата, заменит собой эту функцию, исполняемую в турбине традиционной конструктивной схемы ее силовыми дисками.

Силовые диски турбины традиционной конструктивной схемы компенсируют также осевые усилия, возникающие на рабочих лопатках под воздействием газового потока. Эти осевые усилия передаются далее на опорные узлы турбины.


Источник: В.В. Манческо

В турбине новой конструктивной схемы такие осевые усилия предлагается компенсировать при помощи новых конструктивных элементов, исполненных в виде торообразных полостей (поз. 9, 10), одна из которых (поз. 9) образована противолежащими кольцевыми поверхностями на радиально-окружном выступе (поз. 11) наружного бандажа (поз. 2) керамического роторного агрегата (поз. 3) и на силовом корпусе (поз.1), и ограничена уплотнениями (поз. 12, 13, 14, 15), другая из которых (поз. 10) образована противолежащими кольцевыми поверхностями на радиально-окружном выступе (поз. 16) внутреннего бандажа (поз. 17) керамического роторного агрегата (поз. 3) и вала барабанного типа (поз. 18), и ограничена уплотнениями (поз. 19, 20, 21, 22, 23, 24). Данные конструктивные элементы, по своему функциональному предназначению, будут представлять собой газовые опоры с осевой реакцией, которые будут предназначены для компенсации осевых нагрузок, возникающих на лопаточных профилях керамического роторного агрегата под воздействием газового потока. Наличие таких газовых опор на внутреннем и наружном бандажах будет предотвращать механический контакт между керамическим роторным агрегатом и силовым корпусом, а также между керамическим роторным агрегатом и валом барабанного типа. Вместе с тем они будут защищать лопаточные профили, расположенные между наружным и внутренним бандажами, от недопустимых усилий изгиба вдоль лопаточного профиля. Часть осевых усилий будет передаваться газостатическим способом с радиального выступа наружного бандажа керамического роторного агрегата на силовой корпус, а другая часть, через радиальный выступ на внутреннем бандаже керамического роторного агрегата на вал барабанного типа.

Силовые диски турбины традиционной конструктивной схемы воспринимают также окружные усилия, возникающие на рабочих лопатках под воздействием газового потока. Эти усилия затем передаются силовыми дисками на вал турбины традиционной конструктивной схемы, который соединен с валом компрессора.


Источник: В.В. Манческо

В турбине новой конструктивной схемы (см. Рис. 2 «Радиальный разрез») окружные усилия предлагается воспринимать при помощи множества новых конструктивных элементов (поз. 25), конструктивно выполненных в виде коаксиально расположенных полостей, образованных поверхностями на радиально-осевых выступах (поз. 26) внутреннего бандажа (поз. 17) керамического роторного агрегата (поз. 3) и противолежащими поверхностями радиально-осевых пазов (поз. 27), выполненных в вале барабанного типа (поз. 18), ограниченных уплотнениями (поз. 28, 29, 30, 31). Данные конструктивные элементы, по своему функциональному предназначению, будут являться газовыми опорами с окружной реакцией (поз. 25), которые будет передавать окружные усилия, возникающие на лопаточных профилях керамического роторного агрегата под воздействием газового потока, на вал барабанного типа. Наличие таких окружных газовых опор будет предотвращать механический контакт между керамическим роторным агрегатом и валом барабанного типа.

Таким образом, турбина новой конструктивной схемы можно будет бездисковой, так как все функции силовых дисков турбины традиционной конструктивной схемы в ней будут переданы ее новым конструктивным элементам – газостатическим опорам разной направленности действия, - которые перераспределят их между силовым корпусом и валом барабанного типа.

Подводя итог вышесказанному можно констатировать, что в бездисковой турбине новой конструктивной схемы будут созданы объективные условия для эффективного газостатического взаимодействия между тремя ее основными конструктивными элементами: силовым корпусом, керамическим роторным агрегатом и валом барабанного типа.

Этот итог подтвержден заключениями экспертов еще в 2000-2002 годах, которые имели возможность ознакомиться с первоначальным патентом. При этом они обозначили те проблемы, которые необходимо будет решить на пути от НИР к ОКР.

Все указанные проблемы нами были проанализированы и по каждой из них были найдены эффективные решения. Новые решения в своей основе содержали давно и хорошо известные конструкции, применяемые в машиностроении, а также хорошо изученные физические явления, также давно используемые при работе механизмов. Все новые решения патентоспособны и будут реализованы впоследствии.

С некоторыми из данных решений в 2005 году были ознакомлены эксперты, которые дали Заключение, что в таком состоянии наша научная разработка подготовлена к ОКР и может быть реализована «в материале» в рамках современного конструкторского бюро.

Для оценки уровней необходимого давления в газовых опорах были проведены предварительные расчеты на базе характеристик двигателя ТВ3-117. В расчетах принимались свойства современных керамических материалов на основе нитрида Si3N4 и карбида кремния SiC, имеющих удельный вес около 3,2 гр./см3[2]. Расчеты показали, что, на максимальных оборотах, давление в УКЦН не превысит 200 бар. Это является приемлемым случаем для современного уровня развития авиационной техники.

Так как все новое объективно обладает потенциалов развития, творческий коллектив продолжает поиски решений, которые будут дополнительно усовершенствовать уже известные конструктивные формы и процессы в турбине новой конструктивной схемы.

Автор: В.В. Манческо (г. Харьков, Украина)

Список литературы:

http://uapatents.com/17-31519-visokotemperaturna-gazova-turbina-perevazhno-gazoturbinnogo-dviguna.html
Гнесин Б.А., Гуржиянц П.А. Композиционный жаропрочный и жаростойкий материал: пат. 2160790 РФ. Заявл. 07.07.1998; опубл. 20.12.2000. Бюл. № 35.

Права на данный материал принадлежат В.В. Манческо (г. Харьков, Украина)
Материал размещён правообладателем в открытом доступе

В новости упоминаются

Страны

Россия

Украина

Продукция

ТВ3-117

57 комментариев

№1

Тектор

07.12.2016 18:27

Сделали хотя бы керамический ствол. Технология может быть следующей. Изготавливается заготовка из твёрдого графита в виде цилиндрического стержня, на которую при температуре около 2200 С, пиролитически, из диборана и аммиака осаждают нитрид бора толщиной до 0,7 мм. Далее образец остужают и вынимают для механической обработки под внутреннюю поверхность ствола. Полируют и делают спиральные выступы - будущие "нарезы". Далее необходимо осадить слой нитрида алюминия максимально доступной толщины, желательно не менее пары мм. Способов несколько, включая плазменный (низкотемпературный), сублимационный и пиролитический (высокотемпературные). И не остужая заготовку, если был высокотемпературный способ, сжигают графит, запуская в печь кислородсодержащий газ. После выжигания углерода из печи выкачивают газ, заставляя испаряться нитрид бора, который хорошо улетучивается в вакууме при температуре выше 1600 С. Для нитрида алюминия температура и в 1800 С в вакууме не предел. После остывания должна получиться трубка с внутренней поверхностью ствола. Осталось упрочнить трубку, наплавив вокруг неё необходимую толщину соответствующей по ТКР марки стали (ковар, инвар...) Нитрид алюминия может содержать значительный процент нитрида бора (одновременно - связующее для керамики), т.к. это даст некоторую упругость составу (пиролитический нитрид бора - упругий материал), что должно улучшить износостойкость ствола.

Сообщить

№2

ID: 3027

07.12.2016 21:30

В качестве дополнительной информации, - научно-технические статьи о современных тенденциях использования композитных материалов в двигателестроении.

1.Разработка США технологий создания двигателей
шестого поколения для боевой авиации. "Двигатель" № 4(94) 2014 г.
2.О формировании технических требований к полимерному материалу перспективной рабочей лопатки вентилятора ТРДД "Двигатель" № 1(97) 2015 г.
3.Инновации при применении композиционных материалов в авиационных двигателях "Двигатель" № 2(98) 2015 г.
4.Рабочие лопатки вентиляторов из углепластика для перспективных двигателей "Двигатель" № 6(78) 2011 г.
5.Рабочие лопатки вентиляторов большой степени двухконтурности для перспективных ТРДД "Двигатель" № 5(101) 2015 г.

Сообщить

№3

Тектор

07.12.2016 22:19

Цитата, Тектор сообщ. №1

з твёрдого графита в виде цилиндрического стержня, на которую при температуре около 2200 С, пиролитически, из диборана и аммиака осаждают нитрид бора

Немного поясню, т.к. может не всем понятно. Графитовый стержень требуется для самого простого способа нагрева - индукционного, когда он помещается в прозрачную кварцевую трубу, вокруг которой закреплены витки спирали медной водоохлаждаемой трубки индуктора. Бывает, что для безопасности делают две кварцевые трубы: одна в другой, между которыми пропускают инертный или другой газ. Внутри внутренней трубы подают смесь газов и в этом случае разогревается только сам стержень, на поверхность которого и осаждается нитрид бора на первой стадии и нитрид алюминия - на второй. Легко достигаются температуры в 2500 С, только надо защищаться от теплового излучения. Температура контролируется пирометром. Такая установка - достаточно простая, как в изготовлении, использовании, так и в масштабировании. Нитрид алюминия можно осаждать из аммиака и паров хлорида алюминия, сульфида алюминия, получаемые при взаимодействии разогретого алюминия и реактивного газа (соляной кислоты или сероводорода) в начальной части трубы. Возможно и пропускание части диборана над алюминием с образованием комплекса боргидрида алюминия для получения смеси нитридов алюминия и бора.

Сообщить

№4

Valery_Боровик

08.12.2016 13:20

Уважаемый т. Манческо,
не корректные фразы Вашей статьи вызывают сожаление:

Цитата, q

Такая же конструктивная схема становится невозможной, если материалом рабочих лопаток будут избраны конструкционные керамики, так как эти материалы не обладают упругостью.

Во-первых "невозможной" - это слишком категоричное и ошибочное заявление. Очевидно, Вы понимаете под "конструкционной керамикой" строительную керамику, из которой делают кирпичи или сантехническую керамику, из которой делают, например, унитазы. Такие представления о конструкционной керамике для изготовления лопаток турбин были в конце 70-х годов прошлого века. Сегодня делать такие заявления просто не прилично.
Сегодня, наилучшей конструкционной керамикой для работы при растягивающих напряжениях является SiC-керамики SA-Tyrannohex (Ube Industries, Japan). Это не хрупкая керамика (имеет высокое сопротивление разрушению - трещиностойкость) с рабочей температурой до 1600 град.С и диаграммой деформирования, практически, такой же как у пластичных материалов. Эта керамика состоит почти на 100% из однонаправленных волокон. Поэтому её прочностной потенциал и весовая эффективность является наивысшими. Замечу, что композиты с керамической матрицей содержат в своём объёме около 40% волокон - несущих элементов структуры материала.
Во-вторых, писать, что керамика "не обладает упругостью" просто безграмотно. Традиционные керамики являются упругими, практически, до предела прочности.

Фраза

Цитата, q

"Вместе с тем силовой механический контакт между силовыми дисками, выполненными их хромоникелевых сплавов и рабочими лопатками, выполненными из конструкционных керамик, также невозможен в силу низкой трещиностойкости таких керамики в условиях частых термоударов."

- мягко говоря,- несовершенна ).
1. Какое отношение имеет способ крепления лопатки в диске к термоударам?
2. Заявление о низкой трещиностойкости керамики относится к традиционной керамике со структурой из примерно равноосных или случайно ориентированных неравноосных частиц. Такая структура характерна для традиционной строительной и сантехнической керамики.

В статье не проведено количественное сравнение (хотя бы оценочное) весовой эффективности предлагаемого технического решения по сравнению с традиционной схемой двигателей, отсутствует описание способа и устройств для поддержания давления в газовых опорах. Без экономически эффективных опор эта предлагаемая схема турбины мне представляется мало привлекательной. Это впечатление еще более усиливается, если принять во внимание мировой опыт совершенствования, в частности, авиационных турбин. Обычно идут по пути постепенной замены узлов и деталей на уже работающих движках и постепенное улучшение их характеристик. Например, те же керамические лопатки устанавливают, для начала, в металлические диски. Так делают все ведущие и очень богатые фирмы и государства. В своей статье автор предлагает революционное изменение схемы турбины, которое требует радикальных и дорогостоящих изменений всех стадий от конструирования до производства. А ради чего непонятно. Количественные оценки возможного эффекта автор не приводит.

Сообщить

№5

Корректор

08.12.2016 15:15

Цитата, Тектор сообщ. №1

сжигают графит, запуская в печь кислородсодержащий газ.

Графит это 394,1 кдж/г уверены что получится?
Было бы намного интересней оставить графитовое покрытие ствола. Преимуществ масса. Лишний графит это смазка, плюс гибкость и устойчивость к ударным деформациям. А еще углеродное покрытие будет восстанавливаться при каждом выстреле.
А еще можно сделать ствол конической формы, а пули печатать на 3д-принтере "складывающееся" и тоже с графитовым покрытием.
А если добавить углеродные волокна в материал ствола, то они будут прекрасное распределять температуру. У углеродного нановолокна запредельные параметры теплопроводности. И производить такие волокна мы уже умеем. Вот и получается прекрасный механизм теплоотвода и опять устойчивость у деформациям.
На мой взгляд, весь вопрос именно в самой керамике. Как создать керамическое изделие сложной формы. Да еще и с волокном и графитовым покрытием.

Сообщить

№6

Тектор

08.12.2016 21:54

Цитата, Корректор сообщ. №5

Было бы намного интересней оставить графитовое покрытие ствола.

Графит при разогреве на атмосфере сгорает, тем более в парах пороховых газов, поэтому для ствола, что графит, что алмаз - одинаково не подходят. А графит можно и на атмосфере выжечь в муфеле. Суть в получении крайне износостойкого ствола, ведь нитрид алюминия никаким инструментом обрабатывать не получается, даже алмазным. И даже лазерной резкой его не взять.
Есть одна трудная проблема в подборе тигля для разогретого алюминия, ведь алюминий смачивает почти все материалы (и вытекает из тигля), за исключением алундовой керамики, которую начинает смачивать лишь при температуре около 1500 С. Но керамика из оксида алюминия нам крайне не желательна, как кислород содержащая, сильно загрязняющая нитрид алюминия. Поэтому требуется подбор соли алюминия для взаимодействия с транспортным газом. Возможно сульфид алюминия, жидкость, но её нельзя откачивать, т.к. она испарится при половине атмосферного давления, а нам бы надо выкачать трубу перед процессом. Нужен более хитрый комплекс, хотя сульфид в барботёре с перекрытым клапаном выходом на время откачки - пройдёт.

Сообщить

№7

Валери

08.12.2016 22:49

Уважаемый Валерий Боровик. Не буду спорить с Вами в вопросах материаловедения, так как не являюсь специалистом в этих вопросах Думаю материаловеды пояснят Вам суть дела относительно конструкционных композитных керамик.
Вы задаете вопрос: "Какое отношение имеет способ крепления лопатки в диске к термоударам?". Отвечаю. При силовом механическом контакте между хвостовиками керамических рабочих лопаток и соответствующими им пазами металлических силовых дисков способом крепления "елочка" полного прилегания сопрягаемых поверхностей не будет, несмотря ни на какие способы обработки этих поверхностей. Контакт на сопрягаемых поверхностях всегда точечный. А в условиях частых смен температур (термоударов) в местах точечного контакта в керамическом материале образуются микротрещины, которые быстро развиваются, что приводит к быстрому разрушению хвостовика керамической рабочей лопатки, что приводит к ее отрыву и, как следствие, к аварии. Именно поэтому и были предложены осевые и окружные газовые опоры, которые предохраняют от механического контакта керамический роторный агрегат с металлическим валом барабанного типа.
Теперь о Вашей фразе: "В статье не проведено количественное сравнение (хотя бы оценочное) весовой эффективности предлагаемого технического решения по сравнению с традиционной схемой двигателей".
Плотность современных хромоникелевых сплавов составляет величину более 9 гр./см3. Плотность современных конструкционных керамик на основе нитрида, либо карбида кремния в 3 раза ниже. Весовая доля хромоникелевых лопаток в общем весе турбины составляет, примерно, 30%. Применение конструкционных керамик в качестве материала рабочих лопаток сократит их весовую долю, по меньшей мере до уровня в 10%. Этого весового преимущества Вам мало? Если "Да", то добавлю. Весовая доля хромоникелевых силовых дисков в общем весе турбины составляет, ориентировочно, величину в 40%. В турбине новой конструктивной схемы силовые диски будут отсутствовать. Неужели и такое весовое сокращение Вас не удовлетворит?
Далее следует Ваша фраза: "... отсутствует описание способа и устройств для поддержания давления в газовых опорах". У нас не было цели создавать способ и устройство для поддержания давления в газовых опорах. Мы не занимались изобретением "всего и вся". Такие устройства в машиностроении в большом числе изобретены задолго до нас. Наиболее известная из них сегодня система Common Rail. Нам останется выбрать наиболее подходящие для наших условий.
Очень интересна концептуально Ваша фраза: "... если принять во внимание мировой опыт совершенствования, в частности, авиационных турбин. Обычно идут по пути постепенной замены узлов и деталей на уже работающих движках и постепенное улучшение их характеристик. Например, те же керамические лопатки устанавливают, для начала, в металлические диски. Так делают все ведущие и очень богатые фирмы и государства".
Во-первых, по такому пути идут те, кто не отдает себе отчета в том, что догнать таким образом не удастся. Уже давно известен закон Новых Лидеров: "Обогнать не догоняя". И именно поэтому для того, чтобы стать Новым Лидером, необходимо создавать прорывные технологии. И, во-вторых, опыт ОЧЕНЬ БОГАТЫХ и ВЕДУЩИХ нам "не указ". Как "не указ" был опыт европейцев для многих русских Розмыслов, таких как Кулибин, братья Ползуновы и многие, многие другие. Мы, конечно, не можем сравниться с великими, но мы стараемся быть их прилежными учениками. А Вы можете следовать за ОЧЕНЬ БОГАТЫМИ и ВЕДУЩИМИ.
Тем не менее, спасибо большое Вам за комментарий. Благодаря ему нам удалось, возможно, ответить на вопросы тех, кто думал так же как и Вы, но вопросов не задал.

Сообщить

№8

Valery_Боровик

09.12.2016 10:20

Название статьи не соответствует содержанию.

Фактически, в статье рассмотрены некоторые элементы газовой турбины с внешним (барабанным) ротором. Причем, описание принципиально важных узлов предлагаемой схемы турбины и количественный сравнительный анализ эффективности традиционной и предлагаемой автором схем турбин в статье отсутствуют.

К сожалению, возможности применения керамических материалов в турбиностроении, как анонсировано в названии статьи, не были рассмотрены (не проанализированы).

Сообщить

№9

Валери

09.12.2016 12:32

Уважаемый ID: 3027. И вновь спасибо Вам большое за ссылку №3.Инновации при применении композиционных материалов в авиационных двигателях "Двигатель" № 2(98) 2015 г.
Очень интересная статья о работах ЦИАМ. Особое внимание и интерес у нас вызвали места на страницах 7 (правая колонка) и 8 (рис. 3), на которых содержится информация о достижениях ЦИАМ в области ККМ для МГТД, Обратило наше внимание то обстоятельство, что при полной расшифровке аббревиатур, посвященных композиционным материалам (ПКМ, МКМ, ККМ и УУКМ), нигде не было расшифровки аббревиатуры МГТД. Мы догадались, что ГТД расшифровывается как газотурбинный двигатель. Что же касалось буквы М, мы терялись в догадках, пока не увидели рис. 3 б. Конечно, специалисты и без расшифровки знают, что значит эта аббревиатура. Но мы читали статью с позиции рядового читателя, не слишком обремененного знаниями в области турбиностроения. Так вот, увидев рисунок 3 б, мы поняли, что перед нами ГТД микро размеров, в котором и были применены ККМ (керамические композиционные материалы). И нам тут же захотелось спросить у уважаемых авторов статьи: «Микротурбины из композиционных керамических материалов – это здорово, а где же ГТД с применением ККМ в турбинах размерностью для истребителей с тягой 15 и более тонн, а также размерностью для дальнемагистральных широкофюзеляжных летательных аппаратов»? Понятно, что если бы примеры таких турбин у специалистов ЦИАМ были, они не преминули бы их опубликовать. Но, судя по всему, таких примеров нет. А ведь мы еще в далеком 1999 году информировали руководство ЦИАМ о наших исследованиях в области турбины новой конструктивной схемы, которая позволит эффективно применить конструкционные композитные керамики (ККК) в качестве материалов рабочих лопаток турбин без ограничения (естественно в разумных пределах) в размерах и предложили сотрудничество. Но тогда мы получили отказ, как, впрочем, и в 2006-м, в 2007-м и не таком далеком 2012-м годах. И вот сегодня, мы читаем статью ЦИАМ, датированную 2015-м годом, в которой нам рассказали о микротурбинах с применением композитных керамических материалов. А в это время Сеть наводнили публикации и фильмы, в которых все желающие могут прочитать и увидеть, что американцы не только спроектировали, но и создали «в материале» и вертолетный «керамический» двигатель, и двигатель с керамическими рабочими лопатками турбин для дальнемагистальных летательных аппаратов. И очень хорошо то, что сделали они это в рамках турбины традиционной конструктивной схемы. То есть, они изготовили рабочие лопатки из ККК и втиснули их в обычные пазы обычных силовых дисков. Ну и «ветер им в спину». Пусть играются они этой темой, пока не поймут, что без решения коренных проблем, препятствующих эффективному применению конструкционных керамических материалов в качестве материалов рабочих лопаток турбин, эта игра будет безрезультативной. Но они – ОЧЕНЬ БОГАТЫЕ и ВЕДУЩИЕ (см. предыдущий отзыв). И вот, пока они успешно «пилят» военный бюджет МО США, мы должны воспользоваться тем временным лагом, который они нам предоставляют. Объединив усилия, мы могли бы обойти ОЧЕНЬ БОГАТЫХ и ВЕДУЩИХ весьма существенно.
Очень хотелось бы, чтобы этот комментарий прочитал кто-нибудь из грамотных специалистов и довел нашу информацию до «власть предержащих», которые, в свою очередь, приняли бы разумное решение, которое, очень возможно, привело бы нас к существенному результату. Еще не все потеряно!

Сообщить

№10

Корректор

09.12.2016 12:39

Цитата, Тектор сообщ. №6

Графит при разогреве на атмосфере сгорает, тем более в парах пороховых газов, поэтому для ствола, что графит, что алмаз - одинаково не подходят.

А вот не факт. В момент выстрела атмосферы нет, и соответственно, нет свободного кислорода. Так что весь вопрос насколько разогреется графитовое покрытие от прохождения пули и насколько быстро остынет. Скорее будет восстановления графитового покрытия. Насколько помню, такое бывает с углеродными композитами.

Цитата, Тектор сообщ. №6

А графит можно и на атмосфере выжечь в муфеле.

Конечно можно. Но процесс окисления графита очень активный и выделяет много энергии. Как бы не получилось, что процесс горения вашу конструкцию разрушит. Там выше 2200 градусов будет. И вообще, еще нужно будет графитовый стержень изготовить. Это еще та задача.

Цитата, Тектор сообщ. №6

Нужен более хитрый комплекс,

Я конечно не специалист, но нитрид алюминия спокойно выдерживает температуру до 2200, а при такой температуре большинство соединений будет разрушено. А значит можно попытаться использовать прямое осаждение из газовой фазы. Мне это напомнило технологию CVD алмазов.
Вот только нужно сразу формировать изделие в процессе синтеза.
Если придумаете как, скажу где раздобыть лазеры и кто возьмется за разработку оптики.

Сообщить

№11

Valery_Боровик

09.12.2016 14:46

Цитата, q

мы должны воспользоваться тем временным лагом, который они нам предоставляют. Объединив усилия, мы могли бы обойти ОЧЕНЬ БОГАТЫХ и ВЕДУЩИХ весьма существенно.

Давно хотел написать об этом, но не решался.

Сейчас появилось окно возможностей (временной лаг) для внедрения в турбиностроении керамических материалов, подобных SiC-керамике SA-Tyrannohex. Дело в том, что ОЧЕНЬ БОГАТЫЕ и ВЕДУЩИЕ затратили очень много денег на НИР, ОКР, строительство предприятий по производству компонентов из керамических композитов и т.д. Пока ОНИ не вернут свои деньги, хотя бы частично, ОНИ не смогут перейти на следующий уровень (материалы типа SA-Tyrannohex). ОНИ стали заложниками своих вложений.
Возможно, судьба дает НАМ шанс.

Сообщить

№12

Тектор

14.12.2016 22:02

Цитата, Корректор сообщ. №10

нитрид алюминия спокойно выдерживает температуру до 2200

Совершенно верно, но только при атмосферном давлении, а при разряжении или в вакууме температура начала разложения снижается и сильно зависит от состава остаточной газовой среды. В чистом вакууме нитрид алюминия должен быть устойчив даже при 1900 С, что очень подходит для лопаток турбореактивных двигателей в горячей зоне. Эти лопатки можно печь точно таким же способом только на графитовой основе внутрь: форма лопатки должна быть выточена у графитовой болванки внутри, и на неё осаждается тонкий переходный слой нитрида бора, на который уже в свою очередь можно высадить пару мм нитрида алюминия. Внутри останется пространство для охлаждения лопатки, чтобы выиграть дополнительные градусы Цельсия. Дополнительные граусы может дать и композиция AlN+SixNy, т.к. нитриду кремния свойственно залечивать микротрещины.

Сообщить

№13

Корректор

15.12.2016 04:39

Цитата, Тектор сообщ. №12

Совершенно верно, но только при атмосферном давлении, а при разряжении или в вакууме температура начала разложения снижается и сильно зависит от состава остаточной газовой среды.

Уже написал ответ личным сообщением. Если можете просчитать, рассмотрите вариант алюминиевого напыления в азотной атмосфере. Чем не вариант?

Сообщить

№14

Valery_Боровик

15.12.2016 13:45

Цитата, q

можно высадить пару мм нитрида алюминия

Лопатка, сделанная таким способом будет хрупкой. Её нельзя использовать в реальной турбине.
Для того, чтобы иметь минимальную хрупкость, материал должен иметь однонаправленную волокнистую структуру с достаточно низким сопротивлением неупругому сдвигу по границам. Ориентация структуры должна совпадать с направлением максимальных растягивающих напряжений в конкретном элементе конструкции.

Химический и фазовый состав материала определяют только температуру и среду, при/в которых этом материал может применяться. Возможность использования материала в качестве конструкционного при растягивающих напряжениях не зависит от хим/фаз состава.

Было бы здорово, если бы Путин, находясь в Ube (Japan), посетил компанию Ube Industries, где разработан лучший в мире конструкционный керамический SiC-based материал SA-Tyrannohex. :-))) и договорился с ними.

Сообщить

№15

Тектор

15.12.2016 15:37

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №14

Лопатка, сделанная таким способом будет хрупкой.

Я бы не согласился с таким утверждением, т.к. речь идёт не о керамическом изделии, а о пиролитическом. Пиролитический материал имеет слоистую структуру, причём слои расположены параллельно поверхности. Качество пиролитического материала и оценивают по силе на отрыв между этими слоями.

Сообщить

№16

Корректор

15.12.2016 16:59

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №14

Было бы здорово, если бы Путин, находясь в Ube (Japan), посетил компанию Ube Industries, где разработан лучший в мире конструкционный керамический SiC-based материал SA-Tyrannohex. :-))) и договорился с ними.

Свой нужно делать. И желательно изначально предусматривать возможность формирования сложных конструкций на основе цифровой модели.

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №14

Лопатка, сделанная таким способом будет хрупкой. Её нельзя использовать в реальной турбине.

Армировать углеродом никто не запрещает.

Сообщить

№17

Valery_Боровик

15.12.2016 17:38

Цитата, q

имеет слоистую структуру

Слоистая структура - это правильно. Хотя хуже, чем волокнистая.
Для высокой трещиностойкости материала напряжение неупругого сдвига между слоями (волокнами) должно быть достаточно низким (примерно в 100 раз ниже прочности слоя/волокна).

Цитата, q

Свой нужно делать.

Изучение чужого опыта - это один из элементов КУЛЬТУРЫ.

Цитата, q

Армировать углеродом никто не запрещает.

"Армировать" химическим элементом - нельзя.
Под армированием обычно понимают введение в структуру материала существенно неравноосных несущих элементов, берущих на себя нагрузку и снижающих концентрацию напряжений в окрестности дефектов в армируемом материале.

Сообщить

№18

Корректор

15.12.2016 17:54

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №17

"Армировать" химическим элементом - нельзя.

Волокно естественно. В какой форме, сказать не могу. Не специалист. Но читал про подобные материалы. Помнится ВИАМ занимался исследованиями композитов в керамической матрице.

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №17

Изучение чужого опыта - это один из элементов КУЛЬТУРЫ.

Если изучить чужой, то в обязательном порядке.

Сообщить

№19

Valery_Боровик

15.12.2016 18:39

Цитата, q

Волокно естественно. В какой форме, сказать не могу. Не специалист.

При армировании волокнами (чешуйками) с хим.составом, отличным от матрицы, возникают проблемы химического взаимодействия и различных коэффициентов термического расширения волокна (чешуйки) и матрицы. В этом смысле, одинаковый хим.состав армирующей компоненты и матрицы - проще. А конструкционный материал из одних несущих элементов волокон или чешуек (без матрицы) - это вообще идеальный вариант.

Сообщить

№20

Корректор

15.12.2016 19:29

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №19

А конструкционный материал из одних несущих элементов волокон или чешуек (без матрицы) - это вообще идеальный вариант.

Значит если я вас правильно понял, вы хотите получить примерно такую конструкцию: http://fea.ru/news/6266
Ну или так: http://fea.ru/news/6440
Правильно понял?

Сообщить

№21

Valery_Боровик

16.12.2016 10:20

Цитата, q

Правильно понял?

- 50/50
Направление создания материалов и конструкций, механически подобных биологическим материалам и конструкциям считается (и не только мной) главной задачей механики (материалов) этого века.
Материалы, на которые я пытаюсь обратить Ваше внимание, называются "bio-inspired structural materials (ceramics)". Модель такого материала легко представить в виде пучка волокон (проволоки) спрессованного при пластическом деформировании волокон. Давление прессования прикладывают перпендикулярно оси пучка. После прессования, сечения волокон в пучке превращаются в почти правильные шестиугольники (как карандаши). Прочностью на сдвиг границ волокон управляют температурой прессования, длительностью, покрытиями и др.

Современные промышленные 3-D принтеры позволяют получать изделия любой формы. НО структура, получаемого на них материала, состоит из примерно равноосных частиц (зерен). Получаемая на них керамика такая же хрупкая как традиционная сантехническая керамика или стекло.

Сообщить

№22

Корректор

16.12.2016 11:20

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №21

Модель такого материала легко представить в виде пучка волокон (проволоки) спрессованного при пластическом деформировании волокон. Давление прессования прикладывают перпендикулярно оси пучка. После прессования, сечения волокон в пучке превращаются в почти правильные шестиугольники (как карандаши). Прочностью на сдвиг границ волокон управляют температурой прессования, длительностью, покрытиями и др.

И такая структура в данном случае максимально близка к кристаллу нитрида алюминия. Говоря проще, стоит задача создать волокна представляющие собой кристаллы исходного материала и одновременно сформировать из этих волокон конечное изделие.
Задача "простенькая" примерно как сложить дизайнерский домик из алмазных стержней. Вот потому я сразу и вспомнил про технологию получения алмазов по газофазной технологии.
Обратная сторона давления и температуры, это возбужденное состояние атомов. Тогда почему сразу не пойти другим путем. Воссоздание таких температур и давлений задача фантастической сложности. Но можно привести атомы исходного вещества в возбужденное состояние жестким ультрафиолетом или иной мощное электромагнитное излучение. Задача сложная, но смотрится значительно реалистичней. Мне так кажется. Но я точно не специалист в области кристаллографии и теории твердого тела.
Современные мощные лазеры легко создадут локально и нужную температуру и нужно давление. Весь вопрос во времени существования таких условий. И с помощью лазера можно формировать любые структуры и с очень большой скорость.
Я просто предлагаю присмотреться к хорошо известной технологии CVD синтеза алмазов.

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №21

НО структура, получаемого на них материала, состоит из примерно равноосных частиц (зерен). Получаемая на них керамика такая же хрупкая как традиционная сантехническая керамика или стекло.

Даже хуже чем вы думаете. Там еще внутренние напряжения. Но почему не посмотреть с другой стороны - как CVD синтез. Чем не вариант?
Или поступить как HRL Laboratories. Формируем используя материал посредник, а потом выжигаем и кристаллизуем воздействуя температурами близкими к температуре плавления.

Сообщить

№23

Valery_Боровик

16.12.2016 11:57

Цитата, q

почему не посмотреть с другой стороны - как CVD синтез

Я говорю о реально существующей технологии получения конструкционной SiC керамики SA-Tyrannohex. Никаких лазеров, CVD и пр.алмазных стержней.

Подобные материалы я получал из углеродных волокон, из стеклянного (базальтового) волокна, металлической проволоки. Фото их микроструктуры приведены в моих статьях. (не знаю как сюда вставить картинки). Я занимаюсь изучением механики деформирования и разрушения материалов этого класса.

Сообщить

№24

Корректор

16.12.2016 12:37

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №23

Я занимаюсь изучением механики деформирования и разрушения материалов этого класса.

Мне просто интересна возможность создания "3д-принтера" (будет явно мало общего) способного формировать изделие произвольной формы при одновременном формировании структуры материала.
Если научиться формировать кристаллическую структуру в процессе синтеза электромагнитным излучением, то на этом фоне формирование произвольной формы (3д-принтер), просто мелкое дополнение.
Вот и спрашиваю, кто проводил эксперименты по формированию SiC или AlN лазерным излучением. Кто-то явно занимался. И чем все закончилось. Возможно ли на этой технологии сделать 3д-принтер.

Сообщить

№25

Valery_Боровик

16.12.2016 13:41

Мне попадались статьи, где описывалась технология и результаты 3-D печати струйным плоттером, в котором чернило с нанотрубками выдавливалось из микросопла, движущегося по заданной траектории. При этом нанотрубки ориентировались по направлению движения. Чернило при контакте с воздухом или УФ лампой полимеризовалось и становилось матрицей. Многократными проходами наращивали образец нужной толщины.

Попадались также статьи Toshihiro Ishikawa (разработчика керамики SA-Tyrannohex), в которых описывался процесс кристаллизации аморфного предшественника керамики под действием лазерного излучения. Я не изучал их подробно, поскольку это не реально для меня. Я думаю, что он тоже делал эту работу с перспективой выхода на новую технологию 3-D печати деталей из конструкционной керамики.

Для получения ориентированной структуры при 3-D печати металлических сплавов, только что нанесенную, еще горячую, каплю металла пластически деформируют роликом. Это исследовательские работы. Промышленных принтеров с такой функцией, по-моему, еще нет.

Сообщить

№26

Корректор

16.12.2016 17:23

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №25

Чернило при контакте с воздухом или УФ лампой полимеризовалось и становилось матрицей. Многократными проходами наращивали образец нужной толщины.

Это самое очевидное. И давно существует. Но промышленного применения пока особо не имеет.

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №25

Я не изучал их подробно, поскольку это не реально для меня.

Почему? Лазеры доступны.

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №25

Я думаю, что он тоже делал эту работу с перспективой выхода на новую технологию 3-D печати деталей из конструкционной керамики.

Вот такие перспективы и интересны. Совершенно очевидно, что изготовить вашу деталь из прессованных волокон обычным способом невозможно. А значит нужно ее формировать методами аналогичными "3д-принтерам". Вот только технология нужна. А пока ее нет.

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №25

Для получения ориентированной структуры при 3-D печати металлических сплавов, только что нанесенную, еще горячую, каплю металла пластически деформируют роликом. Это исследовательские работы. Промышленных принтеров с такой функцией, по-моему, еще нет.

Тоже читал. Но это явно не вариант. Но можно попробовать использовать магнитное поле для направленной кристаллизации. И опять все зависит от технологии. Я конечно не специалист, но почему не попробовать подать избыточное количество энергии для образования плазменного облака, а облако прижать электромагнитным полем. Вот вам и температура и давление для формирования кристалла. Почему не попробовать?

Сообщить

№27

Valery_Боровик

17.12.2016 10:28

Цитата, q

Почему? Лазеры доступны.

Дело не в доступности лазеров. Дело в недоступности у нас полимерных предшественников керамики, которые после сшивки (окисления) и перехода в стеклообразное состояние способны кристаллизоваться под воздействием лазерного излучения.

Цитата, q

изготовить вашу деталь из прессованных волокон обычным способом невозможно.

Странный получается разговор.
Я говорю, что сам делаю это из доступных мне волокон и даю ссылки на человека, который делает лопатки, болты и др. детали из волокнистой SiC-керамики. А Вы пишете, что это невозможно.

Цитата, q

Я конечно не специалист, но почему не попробовать подать избыточное количество энергии для образования плазменного облака, а облако прижать электромагнитным полем. Вот вам и температура и давление для формирования кристалла.

Я участвую в этом обсуждении для того, чтобы Вы поскорей стали СПЕЦИАЛИСТОМ.

Цитата, q

Почему не попробовать?

Бессмысленных вариантов бесконечное множество. Все не перепробуешь.
А правильный вариант решения задачи, возможно, только один.

Сообщить

№28

Андрей_К

17.12.2016 12:27

Цитата, Корректор сообщ. №26

можно попробовать использовать магнитное поле для направленной кристаллизации

Кроме магнитного поля есть еще звук.
Звуковые волны могут оказывать давление и их можно фокусировать.
А бывает еще "звуковая левитация" при помощи которой можно транспортировать мелкие частицы.

Цитата, q

почему не попробовать подать избыточное количество энергии для образования плазменного облака, а облако прижать электромагнитным полем

Зачем нужно еще что-то "прижимать магнитным полем" если при образовании плазменного облака уже возникнет давление (от ударной волны).
Между прочим, самое высокое давление при исследовании физики сверхвысоких давлений получают при помощи тех же лазеров - создавая ими микровзрывы вещества - так были установлены рекорды давлений при которых не только алмазы образуются но металлический водород и т.п.

Сообщить

№29

Корректор

17.12.2016 15:10

Цитата, Андрей_К сообщ. №28

Зачем нужно еще что-то "прижимать магнитным полем" если при образовании плазменного облака уже возникнет давление (от ударной волны).
Между прочим, самое высокое давление при исследовании физики сверхвысоких давлений получают при помощи тех же лазеров - создавая ими микровзрывы вещества - так были установлены рекорды давлений при которых не только алмазы образуются но металлический водород и т.п.

Знаю. Но только вы учтите, что для получения кристалла нужно это процесс взрыва сделать достаточно продолжительным. Так что это позволит формировать внутреннюю кристаллическую структуру материала. На мой взгляд задача немыслимой сложности.
Вот уговариваю заняться специалистов. Но пока мне предлагают заняться самостоятельно. :) При моем сегодняшнем объеме знаний, на одну постановку задачи мне потребуется 20-30 лет. :)))

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №27

Я говорю, что сам делаю это из доступных мне волокон и даю ссылки на человека, который делает лопатки, болты и др. детали из волокнистой SiC-керамики. А Вы пишете, что это невозможно.

Я же не спорю, что возможно. Но на мой взгляд важно разработать промышленную цифровую технологию. Аналогичную 3д-принтерам. И позволяющую создавать сложные объекты. Я не утверждаю, что абсолютно прав. Но как понимаю турбинные лопатки пока по этой технологии формировать не научились.
Насколько знаю, сегодня масса ресурсов брошено на разработку непрерывного углеродного волокна методом прямого синтеза. На мой взгляд, это родственные задачи.

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №27

Бессмысленных вариантов бесконечное множество. Все не перепробуешь.
А правильный вариант решения задачи, возможно, только один.

И даже спорить не буду. Я просто интересуюсь, можно ил такое теоретически. Если возможно, то кто эту задачу может решить.

Сообщить

№30

Андрей_К

17.12.2016 19:05

Цитата, Корректор сообщ. №29

вы учтите, что для получения кристалла нужно это процесс взрыва сделать достаточно продолжительным

А что мгновенной кристаллизации не бывает?
Вот смотрите какая интересная технология:
http://www.findpatent.ru/patent/208/2083272.html

Цитата, q

В камере типа алмазной наковальни поддерживается давление от 5 до 50 ГПа, зависящее от возможностей камеры, а импульс лазерного излучения нагревает очень узкий скин-слой графита до температур 1000 К, достаточных для превращения графита в алмаз. Вследствие больших градиентов температуры в скин-слое и высокой теплопроводности алмаза происходит аномально быстрое охлаждение слоя и превращение его в прозрачный для лазерного излучения алмаз. Длина волны лазерного излучения должна попадать в область прозрачности алмаза от 0,2 до 5 мкм. Следующий лазерный импульс должен нагревать следующий слой графита и превращать его в алмаз, т.е. лазерное излучение стимулирует прорастание прозрачного алмаза в непрозрачный графит. 1 ил.

Это же описан практически 3Д принтинг!
Так можно выращивать алмазы любой формы: в т.ч. с внутренней структурой.
Мне кажется что ажурная алмазная конструкция, заполненная каким ни будь наполнителем должна иметь уникальные свойства.

Сообщить

№31

Корректор

18.12.2016 13:06

Цитата, Андрей_К сообщ. №30

Это же описан практически 3Д принтинг!
Так можно выращивать алмазы любой формы: в т.ч. с внутренней структурой.
Мне кажется что ажурная алмазная конструкция, заполненная каким ни будь наполнителем должна иметь уникальные свойства.

Это скорее подсказка как делать волокна. Углеродные волокна. Ну или керамические.
Весь вопрос в длине волны.

Сообщить

№32

Андрей_К

18.12.2016 13:31

Цитата, Корректор сообщ. №31

Весь вопрос в длине волны.

Да длина волны совсем ни при чем.
Авторы патента рассчитывали на одну закладку - поместить кусок графита в печь и потом переплавить его на кусок алмаза.
Про то, что можно прямо внутри печи накладывать графит поверх обработанного лазером материала они не подумали.
Если же материал накладывать по методу 3Д принтинга, то нет необходимости просвечивать алмаз (или другой материал) насквозь и подбирать длину волны.
И охлаждение - если обрабатывать за раз мизерные объёмы вещества, то и охлаждаться они будут мгновенно.
И судя по патенту лазер это позволяет - не думаю что теплопроводность алмаза тут играет большую роль - похоже быстрое охлаждение идет из-за малой толщины обрабатываемого лазером слоя.
Ну а если все же важна теплопроводность вещества, то что мешает обложить будущие волокна графитным каркасом и запекать эти волокна внутри алмазной "формы" - небось так создаваемое давление будет еще больше, а когда предмет будет напечатан, то ненужный уже алмаз можно выжечь.

Сообщить

№33

Корректор

18.12.2016 15:53

Цитата, Андрей_К сообщ. №32

Про то, что можно прямо внутри печи накладывать графит поверх обработанного лазером материала они не подумали.

Вы давление видели? 3д-принтер тут не получится.
А вот над волокном можно подумать. Просто представьте углеродное волокно как волновод. Весь вопрос для какой длинны волны прозрачно углеродное волокно и при каких условиях может быть волноводом.
Описанная вами технология, это разновидность зонной плавки. Вот и приспособить ее под волокно.
Просто сама идея интересная - тепловыделение именно на границе сред.

Сообщить

№34

Андрей_К

18.12.2016 17:42

Цитата, Корректор сообщ. №33

Вы давление видели? 3д-принтер тут не получится.

Кроме механических манипуляторов есть и другие способы доставки вещества.
Можно просто засыпать поверхность графитом, помогая звуком и вибрацией.
При помощи вибрации можно транспортировать вещества и равномерно тонким слоем размазывать их по поверхностям.
И без всяких там механических рук.
Или электростатикой.

Сообщить

№35

Корректор

18.12.2016 17:52

Цитата, Андрей_К сообщ. №34

Кроме механических манипуляторов есть и другие способы доставки вещества.
Можно просто засыпать поверхность графитом, помогая звуком и вибрацией.
При помощи вибрации можно транспортировать вещества и равномерно тонким слоем размазывать их по поверхностям.
И без всяких там механических рук.

Ну да. Вот найдите мне того кто решит эту задачу. Мне решение нужно уже вчера.
Такое решение открывает возможность равномерной укладки на большой поверхности. Большой!!!
Кроме того, обеспечивает плотность укладки материала. Что означает качество спекания материала.
И реально применить можно завтра. В теории все красиво. А мне нужно конкретный ОКР по этой тематике.

Цитата, Андрей_К сообщ. №34

Или электростатикой.

Статику забудьте. Тут скорее вопрос как от нее избавиться. Например банальный вопрос - смена материала в рабочей зоне. Представляете как сегодня происходит замена материала?

Сообщить

№36

Андрей_К

18.12.2016 19:45

Цитата, Корректор сообщ. №35

Ну да. Вот найдите мне того кто решит эту задачу

Ну а чего там сложного?
Звуковые колебания одной выделенной частоты образуют узоры (фигуры Хладни) - что говорит о том что звук реально двигает сыпучее вещество.
Следовательно, белый шум должен равномерно распределять любой сыпучий материал по ровной поверхности.
Подключаете источник белого шума к корпусу и вуаля.

Цитата, q

Например банальный вопрос - смена материала в рабочей зоне.

Создаём звуковое колебание такой частоты, чтоб диаметр элементарной ячейки узора совпал с диаметром рабочей зоны и тогда все вещество переместиться из центра к краю, где может быть ссыпано в специальные канавки.

Сообщить

№37

Корректор

18.12.2016 20:40

Цитата, Андрей_К сообщ. №36

Следовательно, белый шум должен равномерно распределять любой сыпучий материал по ровной поверхности.
Подключаете источник белого шума к корпусу и вуаля.

Прекрасно. А теперь сделайте это. ОКР пожалуйста. :))) Размер поля 600х600 мм.

Сообщить

№38

Андрей_К

18.12.2016 22:11

Цитата, Корректор сообщ. №37

А теперь сделайте это. ОКР пожалуйста

Я не тактик, я стратег.

Сообщить

№39

Корректор

18.12.2016 22:50

Цитата, Андрей_К сообщ. №38

Я не тактик, я стратег.

Уважаемый стратег, о необходимости этого ОКР я знал еще год тому назад.
Кроме того, должен вам сообщить, что патент на алмазный 3д-принтер уже существует. Если мне память не изменят, числится он за Lockheed Martin Corporation.
И температуры там меньше и давление атмосферное.
Так что с вас стратегический план по поиску исполнителя ОКР на устройство акустической укладки и выравнивания. Начнем с 600х600 мм.
А вот зонная лазерная плавка для производства волокна очень может пригодиться. Кристаллизация на границе сред, это идея хорошая.

Сообщить

№40

Андрей_К

18.12.2016 23:41

Цитата, Корректор сообщ. №39

план по поиску исполнителя ОКР

Да обратитесь в любой технический ВУЗ.
Сейчас там идет множество всяких программ по стимулированию студентов и сотрудников к научной деятельности.
Дают гранты, выделяют фонды ... студенты ищут чего бы такого поисследовать, а лаборатории по 3Д печати открываются как грибы.
Модная тема ...

Сообщить

№41

Корректор

19.12.2016 09:42

Цитата, Андрей_К сообщ. №40

Да обратитесь в любой технический ВУЗ.
Сейчас там идет множество всяких программ по стимулированию студентов и сотрудников к научной деятельности.
Дают гранты, выделяют фонды ... студенты ищут чего бы такого поисследовать, а лаборатории по 3Д печати открываются как грибы.
Модная тема ...

Мне нужен ОКР, а не "идея". Конкретное оборудование.

Сообщить

№42

Андрей_К

19.12.2016 09:48

Цитата, q

Конкретное оборудование.

А это в магазине продается - звуковые динамики любого размера.

-1

Сообщить

№43

ash

19.12.2016 10:49

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №17

Слоистая структура - это правильно. Хотя хуже, чем волокнистая.Для высокой трещиностойкости материала напряжение неупругого сдвига между слоями (волокнами) должно быть достаточно низким (примерно в 100 раз ниже прочности слоя/волокна).

Сейчас научились ткать из угле и стеклонитей необходимую структуру армирования. Как простой пример - стеклотканевый чулок, который используют в изоляции проводов. Только в основе самого чулка высокомодульная нить. Натягивая такой чулок на оправку можно получить профиль совершенно разных сечений. Если я всё правильно помню, шведы предлагают специальное ткацкое оборудование для 3D-армирования.
В общем, идей армирования лопаток предостаточно. Вопрос в финансировании НИР и ОКР на эту тему. Лопасти вентилятора ТРДД, например, можно сделать месяца за 3-4. Примерно вот так:

При этом и крутка и профиль может быть любой. Можно и металлический комель интегрировать. С лопатками компрессора надо здорово повозиться да и оборудование недешёвое пока.

Сообщить

№44

Valery_Боровик

19.12.2016 12:03

Цитата, q

идей армирования лопаток предостаточно

Сама идея АРМИРОВАНИЯ, применительно к конструкционным материалам с предельной весовой эффективностью, постепенно умирает. Дело в том, что она предполагает композиционный материал, у которого есть матрица и армирующий компонент - волокна (чешуйки). Несущим элементом материала является армирующий компонент, а матрица выполняет функцию выравнивания напряжений между волокнами. Если эту функцию выполняют границы между волокнами, а матрица отсутствует, то весовая эффективность конструкционного материала наивысшая - он на 100% состоит из несущих элементов. В некоторых статьях матрицу называют "пассажиром".
Кроме того, классические модели разрушения композитов рассматривают матрицу, как компонент, приводящий к концентрации напряжений в материале. Для снижения концентрации напряжений в матрице, в неё добавляют армирующий компонент, который связывает берега трещины и препятствует её росту. Таким образом, жесткая (керамическая) матрица способствует существенно неравномерной нагрузке волокон по объёму элемента конструкции и соответствующему снижению эффективности армирующего компонента.
В верхней части страницы, после статьи, я привел примеры диаграмм деформирования и фото структур однокомпонентных (безматричных) однонаправленных волокнистых материалов.

Сообщить

№45

Корректор

19.12.2016 13:17

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №44

Таким образом, жесткая (керамическая) матрица способствует существенно неравномерной нагрузке волокон по объёму элемента конструкции и соответствующему снижению эффективности армирующего компонента.

Ну или другой вариант - углеродное волокно в стеклоуглеродной матрице. :)
Но вы говорите о задаче управления кристаллической структурой вещества. Говорите, об управлении самой молекулярной структурой. Может начнем с технологии менее амбициозных? Например с послойного формирования изделий и с придания слою материала заданных свойств. Тут уже пиролиз упоминался. Вполне "доступный" вариант. А в случае формирования изделия по цифровой модели, сама технология и производство получает качественно новые свойства. Кроме того, сама технология нанесения слоев может быть трехмерной, где слои находятся под произвольным углом друг к другу.
И совсем не обязательно думать только о полимерах посредниках. Возможен же и прямой синтез, как это делают и искусственными алмазами по технологии осаждения из газовой фазы.

Сообщить

№46

Valery_Боровик

19.12.2016 14:02

Цитата, q

вы говорите о задаче управления кристаллической структурой вещества ... управлении молекулярной структурой

До сегодняшнего дня я полагал, что пишу по-русски.
Я вообще ничего не говорил о кристаллической или молекулярной структуре.
Обращаю Ваше внимание на то, что деталь сложной формы (например, лопатки) можно формировать простым пластическим деформированием пучка волокон. Это традиционная, не дорогая, технология получения металлических лопаток и совсем не "амбициозная".
Разумеется, пучок волокон прессуют, когда они находятся в стеклообразном (пластичном) состоянии. Пиролиз стекла и образование керамики происходит после формирования изделия.

Сообщить

№47

Valery_Боровик

19.12.2016 20:02

Цитата, q

Натягивая такой чулок на оправку можно получить профиль совершенно разных сечений.

Я тоже представляю себе возможную технологию получения пустотелых керамических лопаток с волокнистой структурой в таком же виде. Правда, пока не пробовал её лично хотя бы на модельных стеклянных или углеродных волокнах. Но если решусь попробовать, то сейчас вижу только одну проблему - согласования КТР оправки и материала волокна. А обжим на оправке многослойного чулка из стеклянных волокон думаю не вызовет трудностей. Вероятно, проще всего делать обжим в засыпке, например, графитового порошка (квази изостатический режим).

Сообщить

№48

Корректор

19.12.2016 20:06

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №47

Я тоже представляю себе возможную технологию получения пустотелых керамических лопаток с волокнистой структурой в таком же виде.

Как будете делать основу?

Сообщить

№49

ID: 3027

19.12.2016 23:29

Уважаемый Валери.
По статье.
1.Хочу обратить внимание, что блок-схема авиационной газовой турбины и блок-схема газовой турбины для наземного использования, отличаются незначительно. С 1939 года использование газовых турбин началось одновременно и в энергетике и в авиации.
2.Предварительные расчеты показывают, что повышение КПД газовой турбины на 1% приводит к увеличению мощности турбины на такую же величину и повышает полезную мощность приблизительно на 3%.
3.Использование конструкционной керамики или композитных керамических материалов (ККМ) в конструкции ГТУ для производства электроэнергии также выгодно как и в авиации.
4.Есть ряд статей по теме: Применение авиационных ГТУ в энергетике

Объем рынка турбин для производства электроэнергии большой, большой интерес к новым разработкам, позволяющим увеличить рентабельность турбинных установок. Проще найти заинтересованных инвесторов для исследований и отработки конструкции и дальнейшего внедрения Ваших разработок. В статье я не увидел, что данные возможности Вами как-то рассматривались.

Сообщить

№50

ash

20.12.2016 08:47

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №47

согласования КТР оправки и материала волокна.

Оправка должна при нагревании расширяться. Снаружи должна быть жёсткая матрица - пресс-форма. Между матрицей и формуемым материалам наверное имеет смысл:

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №47

делать обжим в засыпке, например, графитового порошка (квази изостатический режим).

А можно и без засыпки.
Таким образом будем формовать изнутри наружу.
Это как один из вариантов.
Есть ещё несколько вариантов. Например, формовка в несколько раздельных стадий. Можно сначала отформовать жёсткую преформу, а уже потом на ней доформовывать остальные слои.

Сообщить

№51

Valery_Боровик

20.12.2016 17:53

Цитата, q

формовка в несколько раздельных стадий ... на ней доформовывать остальные слои

не пойдет.
Усадочные деформации разрушат либо новые, либо предыдущие слои.

И вообще, всё это имеет смысл обсуждать, когда появиться возможность свободно достать "зелёные" волокна (после сшивки/окисления (в стеклообразном состоянии), но не прошедшие пиролиза). Пока все фирмы/люди к которым я обращался по поводу "зеленых" волокон даже не ответили.

Сообщить

№52

Корректор

28.12.2016 10:25

А может не волокна, а слои? https://vpk.name/news/171570_razrabotannaya_tomskimi_uchenyimi_mnogosloinaya_keramika_dlya_raketostroeniya_uspeshno_proshla_ispyitaniya_v_institute_roskosmosa.html#m359095
Тогда пиролитический процесс и послойное формирование.

Сообщить

№53

Valery_Боровик

28.12.2016 13:14

Цитата, q

А может не волокна, а слои?

я говорю о НАИЛУЧШЕМ из возможных КОНСТРУКЦИОННОМ материале.
Слоистый конструкционный материал с достаточно низкой прочностью на сдвиг между слоями, конечно, лучше сплошного монолитного, но хуже волокнистого.
Слоистый материал по ссылке - это термостойкий теплозащитный материал, а не конструкционный.
Кроме того, если слоистый материал рассматривается в качестве конструкционного, то важна структура слоя. Он должен состоять из чешуек с перекрытием между ними в слоях примерно 20-40 толщины чешуек.
Но наибольшую весовую эффективность, всё-таки, показывает слоистый материал, каждый слой которого составлен из однонаправленных волокон. Ориентации волокон в смежных слоях отличаются на 10...90 град. Структура такого материала напоминает фанеру.

Сообщить

№54

ash

28.12.2016 13:57

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №53

Ориентации волокон в смежных слоях отличаются на 10...90 град. Структура такого материала напоминает фанеру.

Укладка 0-90 градусов? А 45 не нужно?

Сообщить

№55

Valery_Боровик

28.12.2016 14:26

Цитата, q

Укладка 0-90 градусов? А 45 не нужно?

направления укладки и количество слоев в каждом направлении определяются нагрузками, которые действуют на конкретный элемент конструкции в процессе эксплуатации.

Сообщить

№56

Корректор

28.12.2016 14:46

Цитата, Валерий Боровик сообщ. №53

Он должен состоять из чешуек с перекрытием между ними в слоях примерно 20-40 толщины чешуек.

Вообщем, стоит попробовать лазерное спекание. А "узор" можно сделать любой. Плотность укладки чешуек регулируем длинной волны. Или сразу создаем конструкцию или последующей высокотемпературной обработкой.
Предложение или пожелания по материалам и длине волны лазера есть?

Сообщить

№57

Valery_Боровик

28.12.2016 21:05

Цитата, q

или пожелания

хотелось бы увидеть что-нибудь из Ваших работ. А то, создается впечатление, что я попал не в ту палату.

Сообщить

Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!

Войти через ВКонтакте