Jaxa F7 Turbofan 토토 배팅 사이트을 사용한 1400 ° C 클래스 CMC Shroud에 대한 데모 테스트

Watanabe Fumiaki, Yamanaka Shohei, Nakamura Takeshi

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Watanabe Fumiaki: 토토 배팅 사이트 기술 부서, 연구 및 엔지니어링 부서, 에어로 토토 배팅 사이트, 우주 및 방어 비즈니스 지역 관리자
Yamanaka Shohei: 토토 배팅 사이트 기술 부서, 연구 및 엔지니어링 부서, 에어로 토토 배팅 사이트, 우주 및 방어 비즈니스 지역
Nakamura Takeshi: 자재 기술 부서, 연구 및 엔지니어링 부서, 에어로 토토 배팅 사이트, 우주 및 방어 비즈니스 지역

JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency)는 F7-10 Turbofan 토토 배팅 사이트을 도입하여 실제 토토 배팅 사이트으로 사용 환경을 생산하여 일본에서 개발 된 새로운 AeroEngine 기술을 시연했습니다. 이 토토 배팅 사이트은 P-1 해양 순찰 항공기 용 ATLA (Acquisition, Technology & Logistics Agency)가 개발 한 고 우회율 Turbofan 토토 배팅 사이트입니다. 개발 과정에서 IHI는이를 설계하고 제조했습니다. NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization)가 의뢰 한 IHI는 CMC (Ceramic Matrix Composite) 슈라우드를 개발하여 1 400 ° C 클래스 온도 기능을 갖추고 JAXA와 공동으로 수행 된 데모 테스트를 통해 실제 토토 배팅 사이트에 장착 할 때 소리를 확인했습니다.

1. 소개

최근에, CO2 배출 감소에 대한 사회적 요구가 점점 더 증가하고 있으며, 에어로 토토 배팅 사이트의 연료 소비를 개선하려는 노력이 점점 더 중요 해지고 있습니다. 일본에서는 일본에서도 발전이 진행 중입니다. 새로운 모델을 개발하려면 매우 오랜 시간과 상당한 금액의 돈이 필요합니다. 특히, 에로 토토 배팅 사이트은 높은 신뢰성을 가져야하므로 새로운 기술을 도입하려면 다양한 테스트를 통해 적용 가능성을 확인하고 수용 가능한 수준으로 위험을 줄여야합니다. 토토 배팅 사이트 구성 요소는 실제 토토 배팅 사이트에 고유 한 고온, 하중, 진동 등이 조합 된 환경에서 사용됩니다. 따라서 이러한 조건을 포괄적으로 확인할 수있는 실제 토토 배팅 사이트 환경에서 테스트를 수행하는 것이 필수적입니다.

일본에서 개발 된 새로운 기술을 검증하기 위해 Jaxa F7 Turbofan 토토 배팅 사이트에 표시된그림. 1WA는 2019 년 일본 항공 우주 탐사 기관 (JAXA)에서 기술 데모 테스트를 위해 도입되었습니다⁽¹⁾. F7 Turbofan 토토 배팅 사이트은 P-1 Maritime 순찰 항공기를 위해 ATLA (Acquisition, Technology & Logistics Agency)가 개발 한 고복 비율 Turbofan 토토 배팅 사이트입니다. IHI는 F7 Turbofan 토토 배팅 사이트 설계 및 제조를 담당했습니다. Atla와 Ihi는 Jaxa F7 Turbofan 토토 배팅 사이트을 Jaxa에 판매하기위한 상업적 이체 계약을 체결했으며 2019 년에 Jaxa에 도입되었습니다. Jaxa F7 Turbofan 토토 배팅 사이트은 일본의 새로운 기술 개발을 더욱 촉진 할 것으로 예상됩니다.

토토 배팅 사이트 연료 소비를 개선하기위한 효과적인 방법으로, 고압 터빈 성분의 내열성을 개선하여 냉각 공기의 양을 줄이고 터빈 흡입 온도를 증가시킬 것으로 예상됩니다. 일반적으로, 니켈 기반 및 기타 슈퍼 합금은 고압 터빈 물질로 사용되었습니다. 그러나 최근에 세라믹 매트릭스 조성 (CMC)이 더 큰 내열성을 위해 실질적으로 사용되었습니다. IHI는 수십 년 동안 CMC 재료 및 구성 요소를 개발해 왔습니다 (2). 2015 년부터 NEDO (New Energy and Industrial 기술 개발 조직)의 건설에서 우리는 세계에서 가장 높은 수준 인 1400 ° C 클래스 내열성을 갖춘 CMC 재료와 CMC 재료를 사용하는 고압 터빈 슈라우드를 개발했습니다. 그런 다음 2021 년에 Jaxa F7 Turbofan 토토 배팅 사이트에 장착 된 고압 터빈 덮개로 데모 테스트를 수행했습니다. 이 백서는 1 400 ° C 클래스 CMC Shroud의 개발 개요와 토토 배팅 사이트 테스트 결과를 설명합니다.

2. CMC 재료 시스템

세라믹 재료는 일반적으로 금속 재료보다 가볍고 내열성이 있지만 취성 파쇄 거동에 노출되었습니다. 따라서, 세라믹 재료를 AeroEngine 구성 요소에 적용하는 것은 어려웠으며, 이는 높은 신뢰성을 가져야합니다. CMC는 세라믹 섬유로 강화 된 세라믹으로 만든 복합 재료입니다. 재료에서 미세 균열의 전파는 보강 섬유에 의해 방해되기 때문에 금속 재료와 같이 전체적으로 연성 거동을 나타내므로 에어로 토토 배팅 사이트 성분에 적용 할 수 있습니다.

NEDO의 건축에서 IHI는 약 1 400 ° C에서 사용 견딜 수있는 재료를 개발하기 위해 다음 구성을 갖는 재료 시스템을 개발했습니다. 우리는 NGS Advanced Fibers Co., Ltd.의 Hi-Nicalon Type-S를 실리콘 카바이드 (SIC) 섬유, 섬유 인터페이스 코팅으로서, 3 차원 직조 직조로서 직물 구조로서 채택했습니다. 우리는 화학 증기 침윤 (CVI) 방법과 용융 침윤 (MI) 방법을 사용하여 희귀 원유 실리콘 기반 매트릭스를 사용하여 SIC 매트릭스를 만들었습니다. 구성 요소 모양으로 형성된 후, 희귀 한 지구 실리콘 기반 언더 코트와 하프니아 기반 탑 코트로 구성된 환경 장벽 코팅 (EBC)은 주류 가스에 노출 된 표면에 적용되었습니다.

우리는 최대 1 400 ° C의 재료 테스트를 통해 고압 터빈 덮개를 설계하는 데 필요한 다양한 CMC 재료 데이터를 획득했습니다.

3. CMC Shroud의 디자인

Nedo의 위탁에서 Ihi는 데모 테스트를 위해 1 400 ° C 클래스 CMC를 사용하여 슈라우드를 개발했습니다.그림 2전체 토토 배팅 사이트의 단면도를 보여줍니다. 이 논문에 설명 된 데모 테스트는 고압 터빈의 1 단계 슈로드를위한 것이었다. 터빈 슈로드는 터빈 블레이드의 외부 말초에 위치하고 주류 가스의 흐름 경로 표면을 형성하는 기능이 있습니다.그림. 3, 터빈 슈 로우는 고온, 고압 가스에 노출되며 열 부하, 열 분포, 차압, 진동, 주기적으로, 터빈 블레이드 (문지름)와의 접촉으로 인해 영향을받습니다. 따라서 터빈 슈로드는 그러한 환경에서 필요한 서비스 수명이 만족되도록 설계되어야합니다.

그림 4위의 요구 사항이 충족 될 수 있도록 설계된 CMC 슈라우드 지오메트리를 보여줍니다.그림 5and6열 분석 및 응력 분석 결과를 각각 표시합니다. 분석 결과에서, 우리는 최대 설계 온도가 1 355 ° C이고 슈라우드는 토토 배팅 사이트 테스트 조건에 충분한 강도를 가지고 있음을 확인했습니다.

4. 요소 테스트 및 구성 요소 테스트

IHI는 NEDO에서 구성시 1 400 ° C 클래스 CMC 슈라우드를 개발하고 토토 배팅 사이트 테스트 전에 다음 요소 테스트 및 구성 요소 테스트 (1) ~ (4)를 수행했습니다.

(1) 플랫 사양을 사용한 고온 가스 흐름 노출 테스트

(2) 문지름 테스트 블레이드와의 접촉 시뮬레이션

(3) 슈라우드를 지원하는 후크의 강도 테스트

(4) 슈라우드의주기 열 테스트

다음은 시험 (3) 및 (4)의 개요를 설명합니다.

4.1 후크 강도 테스트

슈라우드를지지하는 후크의 강도와 건전성을 확인하기 위해, 우리는 기하학, 토토 배팅 사이트 온도 및 실제 슈라우드 후크의 적용된 하중을 시뮬레이션하는 강도 테스트를 수행했습니다. 시험 온도는 920 ° C로 설정되었으며, 이는 열 분석으로 추정 된 토토 배팅 사이트 테스트의 후크 온도입니다.그림 7후크 강도 테스트의 구성을 보여줍니다.표 1테스트 조건 및 결과를 나열합니다. 정적 골절 테스트의 결과로, 우리는 두 종의 골절 하중이 대략 2 500 N이라는 것을 발견했습니다. 피로 테스트에서, 두 종의 종은 810 N의 시험 하중으로 1,000 사이클에서 골절되지 않았으며, 이는 토토 배팅 사이트 테스트에서 생성 된 하중과 동등한 테스트 부하와 동등했으며, 다른 두 종은 1 27 N의 하중에서 발생하지 않았으며, 1 27 N 이하의 하중에서 파괴되지 않았으며, 1 27 N 이하는 1 000 사이의 하중에서 골절되지 않았다. 토토 배팅 사이트 테스트. 하중은 각 시편에 단계적으로 적용되었고, 골절이 될 때까지 피로 테스트가 계속되었습니다.그림 8대표적인 예와 같이 골절 된 시편 번호 4의 모양을 보여줍니다. 1490 N의 시험 부하로 13 443 주기로 골절 된 시편 No. 4.이 테스트 결과는 슈라우드 후크가 충분한 강도를 가지고 있음을 보여줍니다.

4.2 실제 슈라우드를 사용한 순환 열 테스트

열 사이클링에 대한 실제 슈라우드의 소리를 확인하기 위해, 가스 버너로 슈라우드를 반복적으로 가열했습니다.그림 9주기 열 테스트 전에 CMC 슈라우드를 표시하고그림. 10테스트 구성을 표시합니다. CMC 슈라우드를 가열하여 주류 가스 흐름 경로 표면의 최대 온도가 1 400 ° C이고 약 2 분 동안 냉각되어 주기로 반복적으로 반복적으로 고정되었습니다.그림 111,000 사이클 후 및 2,000 사이클 후에 시편을 보여줍니다. 시험 후, 시편에서 국부 EBC 필링을 제외한 손상이 관찰되지 않았다. EBC는 로컬에서만 껍질을 벗기고 토토 배팅 사이트 테스트에서 발생하더라도 구성 요소의 기능에 영향을 미치지 않습니다. 우리는 토토 배팅 사이트 테스트를 진행하는 것이 문제가되지 않을 것이라고 결론을 내 렸습니다.

5. 토토 배팅 사이트 테스트

Nedo에 의해 보조금을 지급하고, IHI는 JAXA F7 Turbofan 토토 배팅 사이트에 장착 된 1400 ° C 클래스 CMC Shroud에 대한 JAXA와 공동 데모 테스트를 수행했습니다.그림 12토토 배팅 사이트 테스트 전에 CMC 슈라우드를 표시합니다. 토토 배팅 사이트 테스트가 수행되었을 때, 고압 터빈의 32 개 1 단계 슈로우 중 8 개가 CMC 슈로우로 대체되었습니다.그림 13터빈 케이스에 조립 된 CMC 슈로드를 보여줍니다.

토토 배팅 사이트 테스트는 2021 년 6 월부터 7 월까지 Jaxa의 Chofu Aerospace Center (Tokyo)의 지상 토토 배팅 사이트 테스트 시설에서 수행되었습니다. 토토 배팅 사이트이 고급 전력으로 유지되는 시간과 토토 배팅 사이트이 가속화되고 감속되는 시간을 포함하여 총 작동 시간은 대략 80 시간이었습니다. 테스트 조건은 다음과 같습니다.

• 총 작동 시간 : 약 80 시간
• 토토 배팅 사이트이 고전력으로 유지되는 시간 : 37 시간
• 스타트 업 수 : 39
• 유휴 상태에서 고전력 상태로의 사이클 수 : 227
• 고전 상태의 슈라우드의 주류 온도 : 1 300 ° C 이상

작동 테스트 중에, CMC 슈로드와 그 주변의 구성 요소는 약 10 시간마다 붕사로 관찰되어 문제를 확인했습니다.그림 14작동 중에 Borescope로 관찰 된 CMC 슈라우드의 상태를 보여줍니다.

토토 배팅 사이트 테스트 후 CMC 슈로드가 꺼내어 관찰되었습니다.그림 15및16테스트 후 CMC Shrouds의 모양을 표시하십시오. 테스트 후, 주변 주위의 슈로드 나 구성 요소가 없거나 압수되지 않았으며, 토토 배팅 사이트 테스트 전과 어셈블리 조건이 변경되지 않았습니다. 외관 관찰의 주요 결과는 다음과 같습니다.

• 껍질과 같은 손상이 주류 가스 흐름 경로 표면을 통해 EBC에서 관찰되지 않았습니다.
• 슈로드의 전체 표면은 갈색 빨간색으로 변색되었고, 구성 요소 분석에 따르면 주류 가스에 포함 된 CA, MG, AL, FE 및 기타 물질이 준수 된 것으로 나타났습니다.
• Hook와 같은 인접 구성 요소와 접촉하는 영역에서 놀라운 마모가 관찰되지 않았습니다.
• 소진, 칩 및 균열과 같은 손상은 슈라우드의 전체 표면에서 관찰되지 않았습니다.

토토 배팅 사이트 테스트 후 CMC 슈로드가 절단되어 내부 상태의 변경 사항을 확인했습니다.그림 17EBC 영역의 단면의 현미경 관찰 결과를 보여줍니다.그림. 17- (a), CMC 기판과 EBC 언더 코트 사이의 경계에서 균열이 관찰되었다. 또한,그림. 17- (b), EBC 탑 코트에서 균열이 관찰되었습니다. 이 균열은 토토 배팅 사이트 테스트 중에 발생한 것으로 결정되었습니다. 우리는 또한 현미경을 통해 CMC 기판 내부의 미세 구조를 관찰했습니다.그림 18슈라우드 표면 주변의 단면의 현미경 관찰 결과를 보여줍니다. 슈라우드 표면 근처의 일부 영역을 제외하고 내부 미세 구조에서 유의 한 변화는 관찰되지 않았다. 슈라우드 표면 주변의 일부 지역에서는 BN 코팅이 직물 인터페이스에서 산화되었습니다.

위와 같이, 우리는 토토 배팅 사이트 테스트 후 CMC 슈로드의 상태를 점검 한 결과 외관과 내부 구조에서 일부 변화가 관찰되었지만 슈라우드의 기능에 영향을 미치지 않았다는 것을 발견했지만 여전히 서비스가 가능하다고 결정되었습니다.

이 토토 배팅 사이트 테스트에서 1400 ° C 클래스 CMC Shroud는 실제 토토 배팅 사이트 환경에서 건전한 것으로 입증되었습니다.

6. 결론

이 논문은 1 400 ° C 클래스 CMC Shroud의 개발 개요와 JAXA F7 Turbofan 토토 배팅 사이트을 사용한 CMC Shroud의 데모 테스트를 설명했습니다. Jaxa F7 Turbofan 토토 배팅 사이트을 사용하여 개발 된 1400 ° C 클래스 CMC 재료로 만든 터빈 슈로드를 확인했습니다. 이를 통해 실제 토토 배팅 사이트 환경에서 확인하여 구성 요소 전용 검증에서 또 한 걸음 더 나아갈 수있었습니다. CMC 슈라우드를 실질적으로 사용하기 위해 장기 내구성을 확인하고 제조업을 개선하기 위해 노력할 것입니다.

Jaxa F7 Turbofan 토토 배팅 사이트을 사용하면 CMC Shroud와 같은 일본의 새로운 기술 개발을 촉진 할 것으로 예상됩니다. IHI는 새로운 기술을 개발하여 에어로 토토 배팅 사이트의 연료 소비를 더욱 향상시키고 에어로 토토 배팅 사이트의 CO2 배출을 줄이는 데 기여할 것입니다.

- 감사 -

JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) 및 인수, 기술 및 물류 기관 (ATLA)은 JAXA F7 Turbofan 토토 배팅 사이트을 소개하기 위해 열심히 노력했습니다. 1400 ° C 클래스 CMC Shroud는 2015 년부터 2015 년부터 끝나는 NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization)의 건설을 위해 개발되었으며, JAXA F7 Turbo 팬 토토 배팅 사이트 테스트는 2020 년에서 2022 년 사이에 JAXA와 공동으로 수행되었으며 NEDO가 보조했습니다. 이 백서에 설명 된 CMC Shroud 데모 테스트는 많은 당사자들의 지원으로 실현되었습니다. 우리는 그들의 지원을 위해 관련된 모든 사람들에게 감사를 표하고 싶습니다.

　　　　　　　　　　　　　

Vol.56 No.2