Из чего были сделаны лопатки турбины J47?

Очень вероятно, что в турбинных лопатках J47 использовалось кованое железо с легирующими элементами из алюминия и титана. Турбореактивный двигатель General Electric J47 — это очень и очень старая конструкция — он впервые поднялся в воздух в мае 1948 года, всего через 11 лет после запуска первого прототипа газовой турбины Фрэнка Уиттла. Это был первый турбореактивный двигатель с осевым потоком, одобренный для коммерческого использования в Соединенных Штатах, и он использовался во многих типах самолетов. До прекращения производства в 1956 году было изготовлено более 30 000 экземпляров.

В этом отчете за 1970 год дается хороший обзор материалов, использовавшихся в первых газотурбинных двигателях.

В нем говорится, что ранние материалы для лопаток турбины были сплавами на основе железа, никеля или кобальта , как литыми, так и коваными. (т. е. там мы смесь материалов, но наибольший процент любого материала приходится на один из этих трех).

Сплавы на основе никеля упоминаются чаще всего. Они преимущественно используются сегодня, и их довольно много (см. табл. 5 в отчете 1970 г.). Но J47 настолько стар, что, скорее всего, в нем использовался только сплав на основе железа. В этом подробном отчете, посвященном разработке материалов, в разделе, посвященном лопаткам турбины, говорится:

....неуклонно растущие требования к рабочей температуре для авиационных двигателей привели к разработке деформируемых сплавов с повышенным содержанием алюминия и титана. [Но] проблемы с подделкой компонентов привели к тому, что это направление развития не вышло за рамки определенной степени. Состав деформируемых сплавов стал ограничиваться требованиями к горячей обработке. Эта ситуация привела к разработке литых сплавов на основе никеля.

Таким образом, сплавы Ni не использовались в очень ранних двигателях. Таким образом , весьма вероятно, что в J47 использовался сплав кованого железа, смешанный с алюминием и титаном . Это также подтверждается рис. 1 из документа Rolls Royce, упомянутого ниже (загрузка в формате PDF бесплатна), на котором показаны только деформируемые сплавы, использовавшиеся с 1940 по 1955 год:

Аналогичная цифра из отчета TBC, упомянутого ниже, показывает, что «суперсплавы» на основе никеля использовались по крайней мере с середины 60-х годов (то есть через десять лет после прекращения производства J47!).

В то время как основная составляющая материала с тех пор не изменилась, изменился метод изготовления, от ковки и ковки без ориентации кристаллов или зерен до литья с кристаллами, ориентированными вдоль оси лезвия (т.е. от ступицы до кончика, называется одноосным), до лопаток с монокристаллами. Кроме того, теперь выходит воздушное охлаждение с внутренними проходами и отверстиями на лезвии для обеспечения тонкой пленки охлаждающего воздуха над его поверхностью. Лопасти также имеют термобарьерное покрытие, то есть керамический материал, который в основном изолирует их от горячих газов. Первоначально TBC использовались для увеличения срока службы по сравнению со сроком службы, требуемым в проектных спецификациях (т. е. TBC не был необходим для удовлетворения требований к базовому сроку службы, но помог увеличить срок службы). В наши дни газы в некоторых двигателях такие горячие, TBC необходим только для того, чтобы соответствовать минимальному сроку службы проектной спецификации. В этом случае TBC известен какпремьер зависит . См. эту статью для подробного обсуждения TBC.

В этой статье дается очень хороший обзор развития технологий охлаждения турбинных лопаток компанией Rolls Royce.

Лопасти турбины J47-25 были изготовлены из кобальтового сплава S-816, который работает лучше, чем стальные сплавы, при температурах до 1600 ° F (1144 K), что примерно соответствует температуре входной турбины. Помните, что у этого двигателя не было никакого охлаждения лопаток, охлаждался только диск турбины. Вы можете прочитать больше в этом отчете NACA за 1956 год: https://ntrs.nasa.gov/citations/19930089188 .