Во время работы двигателя внутри турбины температура невероятно высока, огненная струя, вылетающая из реактивного сопла, наглядное тому подтверждение. На входе в турбину еще жарче, и чем горячее газ перед ней, тем мощнее и экономичнее работает двигатель.
Одним из важнейших параметров термодинамического цикла авиационных ГТД является температура газа перед турбиной. Ее повышение является главной тенденцией в совершенствовании рабочего процесса авиационных ГТД. Темп ее роста связан с развитием материаловедения и технологии, исследованиям в области газовой динамики и теории теплообмена с разработкой системы воздушного охлаждения лопаток.
Именно лопатки должны выдерживать высокие центробежные нагрузки, не деформируясь и не «сползая» со временем. Ползучесть недопустима, поскольку зазор между наконечниками лопаток и каналом, внутри которого они поворачиваются, должен быть минимальным по причинам эффективности работы, а любое перемещение наконечника наружу приведет к катастрофическому контакту. Лезвия лопаток также сталкиваются с дождем, градом, льдом, повторяющимися термоциклами в диапазоне высоких температур, обледенением, посторонними предметами и воздействием химических веществ, находящихся в воздухе
Возможность увеличения работы цикла благодаря повышению температуры газа перед турбиной позволяет повысить второй с важнейших параметр термодинамического цикла авиационных ГТД – степень повышение полного давления в компрессоре.
Целесообразность увеличения степени повышения давления определяется не только возможностью увеличить работу цикла, обеспечить наибольший удельный тягу и маленькие удельные расходы топлива, но и, в первую очередь, увеличением КПД лопаточных машин. Простое увеличение параметров цикла, без соответствующего роста КПД компрессора и турбины, не позволяет получить улучшение качества авиационного ГТД, соответствующего следующему поколению.
Мы живем в период «смены поколений двигателей». Сложная конструкция внутренней полости охлаждаемой лопатки в моторах прошлого поколения приводила к их термоусталостному разрушению при наработке только 30% ресурса.
Фактически, переход в следующее поколение обеспечивается существенным ростом КПД лопаточных машин одновременно с ростом температуры газа перед турбиной.
Для российского двигателя ПД-14 были разработаны монокристаллические лопатки турбины высокого давления с перспективной системой охлаждения, позволяющая турбине работать при температуре до 2000 К (1726,85°C). Пустотелая широкохордная лопатки изготовленв из легчайшего сплава - интерметаллида титана. Результат: КПД вентиляторной ступени удалось повысить на 5%
Лопатка двигателя ПД-14 – ключевая деталь турбины, непосредственно принимающая на себя высокое давление газа или продуктов сгорания. При малейшем отклонение от заданных параметров как по геометрии, так и по характеристикам применяемого сплава, происходит снижение КПД всей турбины.
Изолированная лопатка прошла весь необходимый цикл испытаний, прежде чем встать на двигатель. Опытные образцы жестко тестировали. Их ломали, рвали, трясли...
Это не первая и не последняя статья, рассказывающая о новых двигателях семейства ПД. Авиастроение сегодня, как один из самых высокотехнологичных секторов, испытывает серьезные трансформации. Это обусловлено, прежде всего, глубокими и быстрыми изменениями мировой экономики и новой природой конкуренции. И именно ПД-14 вывел отрасль на новый уровень. Годы работы институтов, предприятий привели к серьезному прорыву: создана конструкция и технология новой лопатки. Да и в целом, проект ПД-14 сохранил для России более 10 000 высококвалифицированных рабочих мест.
