压缩加载陶瓷涡轮盘技术。

Pochari Technologies正在恢复被遗忘已久的涡轮发动机技术。随着单晶镍合金的发展，涡轮设计人员已经能够将涡轮进口温度提高到创纪录的水平。这样做的缺点是需要利用大量的压缩机排气，降低发动机效率。传统的工程陶瓷，包括氮化硅和碳化硅，由于对陶瓷基复合材料的关注而被部分遗忘。一个相对优雅和简单的设计是使用复合材料（碳纤维）箍举行离心力作用于叶片。传统的工程陶瓷具有不均匀的性能，使得它们无法承受当前涡轮盘设计中使用的传统配合条件下的集中力。与人们普遍认为的相反，碳化硅的抗拉强度为63000磅/平方英寸，足以承受拉伸载荷。主要问题是缺乏均匀性、低弯曲强度和高脆性。简单的（事后看来很明显），解决办法是加载叶片纯粹的压缩强度（在陶瓷蓬勃发展的地方），以利用这些材料的高温能力。涡轮进口温度接近3000华氏度是可行的碳化硅。叶片将压缩载荷转换为环向载荷。碳纤维参数安全壳环不暴露于高气体温度。有了这项技术，就有可能设计出柴油发动机效率（40%+）低于500马力的小型涡轮轴，从而使喷气式机组能够以1小时以上的航程推进。“陶瓷材料为高温应用提供了巨大的潜力。然而，这意味着，即使在未来，也有必要使用临界裂纹长度小、裂纹扩展速度快的脆性材料。因此，要确保高负载陶瓷部件的可靠性并不容易，要记住，对于反应粘结陶瓷，材料固有孔隙率的大小与临界裂纹长度的大小相同。提高陶瓷涡轮可靠性的解决方案可能是采用纤维增强箍环“R”的压缩加载转子设计。Kochendrfer 1980“一种叶片式转子，包括一个中心金属轮毂或转子体，带有多个陶瓷材料制成的转子叶片，其中叶片简单地位于转子体上，并由环绕叶片的碳纤维或陶瓷纤维线圈固定。为了形成线圈的支撑面，每个叶片在其径向外端具有横向部分，该横向部分部分部分为圆柱形，并且与其他叶片的横向部分一起形成线圈的基本圆柱形支撑面。尽管用于此类叶片的陶瓷材料（氮化硅、碳化硅、氧化铝等）在高温下（即超过l、lC）的物理性能比任何金属合金都要好得多，尤其是在承受压缩载荷时，但由于其相对脆弱性，它们很难与金属零件耦合，缺乏延展性，膨胀系数低。由于陶瓷材料缺乏延展性，转子运行过程中施加的驱动力导致负载集中在陶瓷叶片和转子金属体之间的部分耦合区域。这经常会导致这些零件断裂。目前用于将陶瓷叶片根部连接到燃气轮机金属转子体上的各种系统通常是不够的，因为这些系统包括具有直边和曲边的燕尾榫固定件，没有充分考虑到陶瓷叶片的刚性和相对脆弱性。由于目前陶瓷材料的制造技术仍然不能提供材料成分和结构的完全均匀性，这一问题更加严重，因此陶瓷材料的相邻区域的抗拉强度可以变化高达200%。因此，形成转子体的支承盘和陶瓷材料转子叶片之间依赖楔入作用的已知耦合类型并不令人满意“R Cerrato Fiat SpA，美国专利3857650A，1973”压缩结构陶瓷涡轮看起来是可行的。应考虑一种新的发动机气动循环，采用有效的工作翅片来抵消风阻损失，降低叶尖速度以增强气动力学性能，以及利用泄漏气体来增加推力的可能性。此外，涡轮叶片跨距内的倒锥度所提供的更有效的能量提取的前景应该是未来任何使用压缩结构陶瓷涡轮的发动机的涡轮设计师最感兴趣的。还必须认真考虑材料性能数据和基于这些数据的设计改进。陶瓷涡轮转子设计的“新颖”特征包括在所有运行条件下保持陶瓷部件处于压缩状态。目前，许多燃气轮机部件所用的陶瓷材料的抗压强度是抗拉强度的三到八倍。近年来，利用陶瓷在燃气轮机中的高抗压强度来改善陶瓷涡轮结构的完整性引起了工程师们的兴趣，早在1968年就有一项关于压缩结构陶瓷涡轮的专利和报告。涡轮叶片压缩设计可以大大提高陶瓷热段部件的可靠性。通过在陶瓷涡轮顶部散热片的外径处使用风冷、高强度、轻质旋转复合材料安全壳环箍，从而实现了这种性质的设计，进而支撑陶瓷涡轮叶片，使其紧靠涡轮。对压缩结构陶瓷涡轮的详细结构和热分析以及预期可比性能的简要描述”，P.J Coty，1983