Срок службы термобарьерного покрытия, используемого на лопатках турбины самолета, может варьироваться от всего лишь 1000 часов до 10000 часов при полной тяге турбины, даже если покрытие наносится точно таким же способом. Поскольку срок службы непредсказуем, а отказ во время полета может быть катастрофическим, лопатки турбины подлежат замене на основе минимального расчетного срока службы.«Наша методика измерения деформации позволяет анализировать покрытия сразу после изготовления и определять лопатки турбины, которые прослужат дольше всех в самолете», — сказал руководитель исследовательской группы Эндрю Дж. Мур из Университета Хериот-Ватт, Великобритания. «В конечном счете, мы хотим разработать устройство визуализации, которое показало бы распределение деформации в покрытии всей лопатки турбины, информацию, которая будет использоваться для принятия решения о том, будет ли эта лопатка турбины введена в эксплуатацию».
В журнале Optics Express оптического общества исследователи продемонстрировали, что изменения показателя преломления, показателя скорости прохождения света через материал, можно наблюдать, когда кусок металла, покрытый керамическим термобарьерным покрытием, перемещается контролируемым образом. Исследовательская группа Мура сотрудничает с Rolls-Royce, ведущим производителем реактивных двигателей.«Если мы сможем сопоставить, как распределение деформации связано со сроком службы покрытия, то мы сможем определить, какие покрытия выйдут из строя в первую очередь и не должны использоваться в самолетах, а какие прослужат намного дольше», — сказал Мур. «Это значительно увеличит время между услугами, что принесет огромную экономию».Новый метод также может быть использован для прогнозирования срока службы покрытий, разработанных, чтобы быть более надежными или выдерживать более высокие температуры, что позволяет двигателям работать более эффективно.
Он также может найти применение в автомобильной и ядерной энергетике, где керамика также используется в качестве тепловых барьеров.Видеть сквозь непрозрачные материалыИспользование гигагерцового (ГГц) освещения было ключевым в новой технике, потому что эти длины волн могут проходить через некоторые непрозрачные материалы, такие как керамика, что позволяет проводить анализ изнутри материала.
С другой стороны, видимые длины волн можно использовать только для анализа поверхности непрозрачных материалов.Исследователи проверили свою технику на кусках металла, на которые нанесено такое же керамическое покрытие, что и на лопасти турбин Rolls Royce.
Они поместили детали в машину для растяжения, которая создавала деформацию, медленно вытягивая металл. Затем исследователи применили освещение с частотой ГГц (280–380 ГГц) во время процесса, которое проходило через керамическое покрытие и отражалось от металла под ним. Затем отраженный свет измеряли с помощью полярископа, чтобы определить, как показатель преломления керамики изменяется с приложенной деформацией. Хотя текущая оптическая установка команды позволяет получать только точечные измерения, исследователи говорят, что эту технику можно использовать с установкой визуализации для анализа всего лезвия.
«При освещении с частотой ГГц мы смогли увидеть изменения показателя преломления в зависимости от приложенной деформации», — сказал Мур. «Это показывает, что наш подход может быть применен для обеспечения качества в будущем».Недавно исследователи начали экспериментировать с использованием более высокочастотного освещения в терагерцовом (ТГц) диапазоне, которое могло бы улучшить пространственное разрешение метода.
В сотрудничестве с Крэнфилдским университетом, Великобритания, они также используют свою технику для измерения деформации металлических образцов с керамическим покрытием, которые подвергаются ускоренному старению. «Мы будем следить за тем, когда покрытия разрушатся, а затем сопоставим это с измерениями в ГГц и ТГц, которые мы сделали до процесса старения», — сказал Мур. «Это шаг к использованию нашей техники для определения того, какие покрытия выходят из строя в первую очередь».