Waarom kan ik geen complete straalmotor uit koolstofvezel bouwen?

Ik merkte dat de meeste straalmotoren zijn gemaakt van aluminium of metalen onderdelen. Koolstofvezel heeft echter een smeltpunt van 3500 graden celcius, ver boven metaal of aluminium. Kan ik een hele straalmotor uit koolstofvezel bouwen?

12
@immibis hey, all chocolate is always een optie.
toegevoegd de auteur Marek Grzenkowicz, de bron
Ik weet het niet van je, maar ik kan geen hele straalmotor uit materiaal bouwen.
toegevoegd de auteur Bruno De Fraine, de bron
Koolstofvezel verbrandt vrij gemakkelijk. Dus terwijl het bij een zeer hoge temperatuur smelt, komt het niet in de buurt van die temperatuur onder normale atmosferische omstandigheden - je zult gewoon veel dure koolstofdioxide krijgen, die niet zo goed in vorm blijft :)
toegevoegd de auteur Copo, de bron

3 antwoord

Nee, je kan het niet. Koolstofvezelcomposieten bevatten altijd een matrixcomponent die verschillende functionaliteiten biedt, maar (in een kleine notedop) hecht en houdt de vezels op hun plaats. Wat je krijgt is een zeer complex materiaal met veel lichtgewichtpotentieel, maar ook heel andere eigenschappenprofielen in vergelijking met metalen.

De meeste matrixmaterialen (thermoset, thermoplasten) zullen niet werken tot de motortemperatuur (verbrandingskamer) en degraderen/verbranden of smelten/verdampen/verbranden lang voordat ze zelfs een schamele paar honderd Kelvin bereiken (zeg 500 K). In feite zullen koolstofvezels niet zo goed werken in een geoxygeneerde omgeving met hoge temperaturen, en ook degraderen/verbranden.

Eén composietmateriaal dat werkt en al in motoren wordt gebruikt, zijn keramische matrixcomposieten, zoals (onder andere) b.v. C/C-SiC-structuren, maar dat zijn hele speciale dieren (en zelfs daar zijn de koolstofvezelonderdelen gevoelig voor verbranding). Vooral in termen van mechanische eigenschappen kunnen deze niet concurreren met superlegeringen.

Maar ook voor veel andere delen van de omgevingstemperatuur zijn metalen veel beter geschikt. Denk bijvoorbeeld aan een kogellager - dat helemaal in composiet doen zal niet echt goed werken (of helemaal niet).

28
toegevoegd
@corsiKa lol - ik vergat een passende inleiding: nee dat kan je niet ... anders wordt je gek op zelfvernietigende turbmachinery met een gevaarlijke smaak voor spontane, gewelddadige en rommelige desintegratie.
toegevoegd de auteur Marek Grzenkowicz, de bron
@Aron om zeker te zijn, ik veronderstel een goede oude verbranding. Hoe dan ook, bij nit-picking stelt de vraag zelfs alleen maar vragen over koolstofvezels (geen composieten), dus het antwoord daarop is beslist niet (tenzij je een turbomachine-hangmat of een zichzelf voortstuwend tapijt uitvindt), maar ik heb wat gezond verstand toegevoegd veronderstellingen.
toegevoegd de auteur Marek Grzenkowicz, de bron
Dus de motor zelf zou opbranden als brandstof voor de motor? "Je ziet Ivan ..."
toegevoegd de auteur Magus, de bron
Je neemt aan dat je een straalmotor MOET draaien bij temperaturen boven de ontledingstemperatuur van het koolstofcomposiet. Hoewel dat niet waar is, probeert men normaal een hoge verbrandingstemperatuur te handhaven vanwege thermodynamische efficiëntie.
toegevoegd de auteur ruds, de bron

Wat relevant is, is niet het smeltpunt, maar de temperatuur waarbij het materiaal zijn mechanische eigenschappen verliest (zoals stijfheid of elasticiteit).

De epoxy (het materiaal dat de vezels bijeenhoudt) zal gewoonlijk veel eerder verslechteren dan de vezels, waardoor het voordeel van het materiaal teniet wordt gedaan.

Er zijn studies om de weerstand tegen hoge temperaturen te verhogen, maar ik heb geen idee hoe dichtbij we zijn om ze toegepast te zien op kritieke componenten zoals de motoren.

Merk ook op dat meestal de bladen van de turbine en de verbrandingskamers gemaakt zijn van legeringen die speciaal ontworpen zijn om bestand te zijn tegen de hoge temperaturen in die delen van de motoren.

11
toegevoegd
Epoxy als een thermoharder smelt niet, maar degradeert/verkruimelt/brandt boven zijn maximale bedrijfstemperatuur, hoewel het algehele effect hetzelfde is: verlies van functie/stabiliteit.
toegevoegd de auteur Marek Grzenkowicz, de bron
@yankeekilo bedankt, bewerkt.
toegevoegd de auteur conmulligan, de bron

Toen ik 15 jaar geleden begon met mijn universitaire studies in de techniek, vertelde onze professor ons dat ze echt denken aan het bouwen van straalmotoren van dat materiaal!

Op koolstof gebaseerde materialen lijken het perfecte materiaal voor straalmotoren in bijna alle punten (hittebestendigheid, mechanische sterkte bij hoge temperaturen, gewicht, ...) met één belangrijke uitzondering:

Deze materialen verbranden wanneer ze in contact komen met hete lucht!

De professor vertelde ons dat er veel moeite en geld is besteed aan het zoeken naar een jas of lak die onderdelen op koolstofbasis uit de hete lucht zou beschermen. Hij vertelde ons dat er straalmotoren van dat materiaal zouden worden gemaakt als zo'n jas gevonden zou worden.

Hij vertelde ons ook dat tot die tijd geen geschikte jas werd gevonden - dit is duidelijk niet veranderd in de afgelopen 15 jaar.

8
toegevoegd
@eli Een normale vlamvertrager zal waarschijnlijk zelf de temperaturen in een straalmotor-kern niet overleven. Over het algemeen ga je ervan uit dat niets 'normaal' is bij het bespreken van straalmotoren.
toegevoegd de auteur pauldoo, de bron
Interessant, dus waarom werkt een normale vlamvertragende laag niet op koolstofvezel?
toegevoegd de auteur Dan Harper, de bron
@reirab lol, goed advies
toegevoegd de auteur Dan Harper, de bron
@reirab Een gemetalliseerde spuitcoating?
toegevoegd de auteur curious_cat, de bron
Als je de vraag hebt waarom sommige koolstofvezelmateriaal niet afbranden wanneer het in contact komt met een brandend stuk papier: het kan! Een of andere schoolmaat gooide per ongeluk wat brandend papier in een flessenbank van koolstofvezel en het brandde af ... Maar onze professor vertelde ons dat het grootste probleem het temperatuurverschil is. Het vinden van een jas die bij hoge temperaturen werkt, lijkt niet het probleem, maar de coating moet er zijn wanneer de motor aan het opwarmen of afkoelen is ...
toegevoegd de auteur WalyKu, de bron