Woraus bestanden die Turbinenschaufeln des J47?

Es ist sehr wahrscheinlich, dass die J47-Turbinenschaufeln Schmiedeeisen mit Legierungselementen aus Aluminium und Titan verwendeten. Der General Electric J47 Turbojet ist ein sehr, sehr altes Design - er flog erstmals im Mai 1948, nur 11 Jahre nachdem Frank Whittles erster Prototyp einer Gasturbine lief. Es war der erste Turbojet mit Axialströmung, der in den Vereinigten Staaten für den kommerziellen Einsatz zugelassen war, und wurde in vielen Flugzeugtypen eingesetzt. Mehr als 30.000 wurden hergestellt, bevor die Produktion 1956 eingestellt wurde.

Dieser Bericht von 1970 gibt eine gute Zusammenfassung der Materialien, die in frühen Gasturbinentriebwerken verwendet wurden.

Es besagt, dass frühe Turbinenschaufelmaterialien entweder Eisen, Nickel oder Legierungen auf Kobaltbasis waren , sowohl gegossen als auch geschmiedet. (dh, wir haben eine Mischung von Materialien, aber der größte Prozentsatz eines Materials war eines dieser drei).

Am häufigsten werden Nickelbasislegierungen genannt. Sie werden heute überwiegend verwendet, und es gibt ziemlich viele davon (siehe Tabelle 5 im Bericht von 1970). Aber der J47 ist so alt, dass höchstwahrscheinlich nur eine Legierung auf Eisenbasis verwendet wurde. Dieser umfassende Bericht zur Materialentwicklung sagt im Abschnitt über Turbinenschaufeln:

....die ständig steigenden Anforderungen an die Betriebstemperatur der Flugzeugtriebwerke führten zur Entwicklung von Knetlegierungen mit steigenden Gehalten an Aluminium plus Titan. [Aber] Bauteil-Schmiedbarkeitsprobleme führten dazu, dass diese Entwicklungsrichtung nicht über ein gewisses Maß hinausging. Die Zusammensetzung der Knetlegierungen wurde durch die Anforderungen an die Heißbearbeitbarkeit eingeschränkt. Diese Situation führte zur Entwicklung von Gusslegierungen auf Nickelbasis.

Daher wurden Ni-Legierungen in sehr frühen Motoren nicht verwendet. Von oben betrachtet ist es sehr wahrscheinlich, dass der J47 eine Schmiedeeisenlegierung verwendet hat, die mit Aluminium und Titan gemischt ist . Dies wird auch durch Abb. 1 aus dem unten erwähnten Rolls-Royce-Dokument gestützt (der PDF-Download ist kostenlos), das nur Knetlegierungen zeigt, die von 1940 bis 1955 verwendet wurden:

Eine ähnliche Abbildung aus dem unten erwähnten TBC-Bericht zeigt, dass Ni-basierte "Superlegierungen" mindestens seit Mitte der 60er Jahre verwendet wurden (was ein Jahrzehnt nach dem Ende der J47-Produktion ist!).

Während sich der Hauptbestandteil des Materials seitdem nicht geändert hat, hat sich das Herstellungsverfahren geändert, von geschmiedet und geschmiedet ohne Kristall- oder Kornorientierung zu gegossen mit Kristallen, die entlang der Achse der Schaufel ausgerichtet sind (dh von der Nabe zur Spitze, uniaxial genannt), bis hin zu Schaufeln mit Einkristallen. Außerdem tritt jetzt Luftkühlung aus, mit internen Durchgängen und Löchern auf der Schaufel, um einen dünnen Kühlluftfilm über ihrer Oberfläche bereitzustellen. Die Schaufeln haben auch eine Wärmedämmschicht, also ein keramisches Material, das sie grundsätzlich von den heißen Gasen isoliert. Ursprünglich wurden TBCs verwendet, um eine zusätzliche Lebensdauer im Vergleich zu der in den Konstruktionsspezifikationen geforderten Lebensdauer zu erreichen (dh die TBC war nicht erforderlich, um die Grundlebensdaueranforderung zu erfüllen, trug aber zu einer längeren Lebensdauer bei). Heutzutage sind die Gase in einigen Motoren so heiß, Die TBC ist nur erforderlich, um die Mindestlebensdauer der Designspezifikation zu erfüllen. In diesem Fall wird die TBC als bekanntprimär abhängig . Siehe diesen Artikel für eine detaillierte Diskussion von TBCs.

Dieser Artikel gibt einen sehr guten Überblick über die Entwicklung der Technologien zur Turbinenschaufelkühlung durch Rolls Royce.

J47-25-Turbinenschaufeln wurden aus S-816-Kobaltlegierung hergestellt, die bei Temperaturen von bis zu 1600 °F (1144 K), ungefähr der Einlassturbinentemperatur, eine bessere Leistung als Stahllegierungen erbringt. Denken Sie daran, dass dieser Motor keinerlei Schaufelkühlung hatte, nur die Turbinenscheibe wurde gekühlt. Sie können mehr in diesem NACA-Bericht von 1956 lesen: https://ntrs.nasa.gov/citations/19930089188