Entwicklung einer Triebwerksklappe aus oxidkeramischen Verbundwerkstoffen

Abstract

Triebwerksbauteile auf der Basis von metallischen Hochtemperaturlegierungen erreichen bei ca. 1050 °C ihre thermische Einsatzgrenze. Bei höheren Umgebungstemperaturen, z.B. in der Brennkammer, müssen sie mit Luft aus dem Primärgasstrom gekühlt werden, was zu einer Erniedrigung des Wirkungsgrades des Triebwerks führt. Die Senkung des Kühlluftbedarfs wird durch die Verwendung hochtemperaturbeständiger Keramikwerkstoffe angestrebt. Im Rahmen eines Entwicklungsprojekts im Auftrag des WIWEB wurde ein neuer oxidkeramischer Verbundwerkstoff auf der Basis von Polysiloxanen und Al2O3•SiO2 Fasern sowie der Pyrolysetechnik weiterentwickelt. Ein weiteres Ziel der Entwicklungsarbeiten war die Herstellung eines triebwerksrelevanten Demonstratorbauteils, anhand dessen geeignete Fertigungstechnologien für die Herstellung von Strukturbauteilen in Originalgröße entwickelt werden sollten. In diesem Beitrag wird die Fertigungstechnologie des neuartigen Al2O3 / SiOC Werkstoffs erläutert und dessen mechanischen und thermischen Werkstoffeigenschaften mit den Kennwerten der derzeit verfügbaren, oxidischen Faserverbundkeramiken verglichen. Als Demonstratorbauteil wurde ein verkleinertes Modell einer Einlauframpe eines Hyperschalltriebwerks (siehe Bild) erfolgreich hergestellt. Die Einlauframpe wurde als lntegralbauteil in net-shape Technik realisiert. Dabei wurden insgesamt sieben Einzelkomponenten zu einem dünnwandigen, komplexen Strukturbauteil gefügt. Die Fertigung der Einlauframpe wird unter besonderer Berücksichtigung der Preformherstellung und der Fügetechnik beschrieben.