Applicazione di materiali ceramici nei motori

2022-09-01

Essendo il "cuore" del veicolo spaziale, il motore svolge un ruolo chiave nello sviluppo della tecnologia aerospaziale. Il motore è un'apparecchiatura strategica di fascia alta complessa e sofisticata, ma il sistema di materiali in grado di soddisfare i requisiti di resistenza alle alte temperature, prestazioni stabili e lunga durata allo stesso tempo è molto limitato.
In questa fase, i materiali delle strutture ad alta temperatura come le camere di combustione e le turbine dei motori aerospaziali sono ancora dominati dalle superleghe. Dopo oltre 40 anni di sviluppo, la resistenza alla temperatura dei materiali metallici rappresentati dalle leghe monocristalline è stata notevolmente migliorata, ma è ancora lontana dalla temperatura di combustione del motore e nella nuova generazione di motori il divario sta gradualmente aumentando .
Essendo un materiale composito strutturale leggero e ad alte prestazioni, il materiale ceramico è ampiamente utilizzato nel campo delle alte temperature. Le sue eccellenti prestazioni alle alte temperature lo rendono uno dei materiali candidati a sostituire i materiali in superleghe nei motori aerospaziali, in particolare nei motori core.
Secondo un articolo apparso il 18 sul sito web russo "Izvestia", gli ingegneri russi hanno sviluppato per la prima volta al mondo la tecnologia per realizzare motori a razzo con la ceramica. Tali motori sono più resistenti alle alte temperature rispetto ai motori in metallo e sono quindi più efficienti.
Poiché i materiali ceramici sono meno densi, ciò consentirebbe al razzo di mettere in orbita più carico utilizzando meno carburante. Gli sviluppatori ritengono che ora la ceramica possa essere utilizzata per realizzare turbine per varie macchine termiche nel settore energetico.
"Abbiamo realizzato un motore campione grande quanto un palmo di mano", ha affermato il project manager di Ekipo per lo sviluppo della tecnologia di incollaggio ceramico. "Non c'è niente di insolito in questa cosa, ma nessuno al mondo ha mai costruito qualcosa del genere." Motori. Abbiamo imparato come giuntare la ceramica in modo che le giunture non siano evidenti e la sua resistenza non sia inferiore al materiale monopezzo.
Secondo i ricercatori, se il motore a turbina è in ceramica, la sua efficienza sarà superiore di oltre il 15% rispetto a quella del motore in lega.
I test hanno dimostrato che i prodotti ceramici realizzati con la nuova tecnologia possono resistere efficacemente al cosiddetto shock termico che si verifica nei motori a razzo a liquido, ovvero alla differenza di temperatura dalla temperatura ambiente a quasi 2.000 gradi Celsius in un secondo e mezzo. I rapporti dei test hanno mostrato che i campioni di motore sono sopravvissuti a più di 120 shock termici di questo tipo. Gli esperti sottolineano che i motori ceramici non sono solo per lo spazio. Può anche rivelarsi utile nella costruzione di macchine, come le fasce elastiche dei pistoni in ceramica marina.