Исследователи из Технологического центра Университета Роллс-Ройс (UTC) Кембриджского университета разрабатывают новые материалы для создания реактивных двигателей будущего.
В современных авиационных двигателях используются турбинные лопатки, изготовленные из суперсплавов на основе никеля, содержащих никель и алюминий, но с ростом требований к тому, чтобы самолеты работали быстрее, но с уменьшенными выбросами, этот материал в настоящее время достигает предела экстремальных температур и нагрузок, которые он может выдержать.
Как работает реактивный двигатель
Компоненты реактивного двигателя
- Рядом с передней частью двигателя находится компрессор, который представляет собой большое количество лопастей, которые всасывают тонну воздуха менее чем за секунду и сжимают его до пятидесятой от своего обычного объема. Затем его пропускают через сотни лопастей, вращающихся со скоростью до 10000 об / мин, которые нагнетают его в камеру сгорания под высоким давлением.
- В этот момент воздух движется со скоростью сотни миль в час. Топливо впрыскивается в камеру сгорания, где оно смешивается с быстро движущимся сжатым воздухом и воспламеняется. Получающиеся газы примерно на треть такие же горячие, как поверхность Солнца.
- Горячие газы затем возвращаются со скоростью почти 1500 км в час, чтобы привести в движение турбину, которая, в свою очередь, обеспечивает движение для вышеупомянутого компрессора. Каждая лопасть турбины генерирует мощность, эквивалентную тяге гоночного автомобиля Формулы-1.
- Оставшаяся энергия выбрасывается из форсунки в задней части двигателя, чтобы создать прямую тягу.
- В передней части турбовентиляторного двигателя расположен большой вентилятор, который также всасывает воздух.
- Часть этого воздуха забирается компрессором, но остальная часть обходит основную турбину и направляется к задней части двигателя, где она создает дополнительную тягу.
- Поскольку турбовентилятор использует вращающуюся турбину для привода компрессора и вентилятора, а турбина не может вращаться без воздуха из компрессора, ей нужна помощь для начала работы. Это делается с помощью сжатого воздуха, который вращает компрессор и вентилятор с такой скоростью, что при воспламенении топлива возникает достаточный поток воздуха, чтобы обеспечить подачу горячих газов назад и их взрыв.
- Чтобы продемонстрировать, как работает струя, поднесите шланг высокого давления к ладони - давление воды, брызгающей из конца, попытается оттолкнуть вашу руку назад.
Теперь, используя периодическую таблицу в качестве списка ингредиентов, команда исследователей из Кембриджского университета объединяет точное количество различных элементов, чтобы создать «супер» материал, способный справиться с еще более сложными условиями.
Доктор Говард Стоун, один из исследователей в команде, объясняет; «Даже незначительные корректировки количества каждого компонента могут оказать огромное влияние на микроскопическую структуру, и это может вызвать радикальные изменения в свойствах суперсплава. Это похоже на корректировку ингредиентов в торте - увеличение одного ингредиента может привести к получению одного востребованного свойства, но ради другого. Нам нужно найти идеальный химический рецепт ».
Теперь у них есть 12 патентов на Rolls-Royce, в том числе один, который использует смесь никеля, алюминия, кобальта и вольфрама для изготовления чрезвычайно прочного материала.
«Вместо того, чтобы приправить торт двумя основными ингредиентами, мы можем сделать его из четырех», - объясняет Стоун. «Это дает структуре еще лучшие свойства, многие из которых мы только открываем. Мы также изучали новые интерметаллические армированные суперсплавы с использованием хрома, тантала и кремния - никеля вообще нет. У нас пока нет окончательного баланса для достижения того, чего мы хотим, но мы работаем над этим ».
Чтобы узнать больше о том, как работают реактивные двигатели, и узнать, как команда разрабатывает новые «супер» материалы, посмотрите этот увлекательный видеоролик:
Откройте для себя более удивительные транспортные технологии в последнем номере журнала « Как это работает ». Он доступен у всех хороших розничных продавцов, или вы можете заказать его онлайн в ImagineShop. Если у вас есть планшет или смартфон, вы также можете загрузить цифровую версию на свое устройство iOS или Android. Чтобы никогда не пропустить выпуск журнала « Как это работает », подпишитесь сегодня!
Плюс взглянуть на:
Как развивался реактивный двигатель? Как самолет нарушает скорость звука? 5 главных фактов: реактивные двигатели