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Design and Manufacture of SiC/SiC Nozzle Guide Vanes With Environmental Barrier Coatings for High-Pressure Turbines

Süß, Fabia und Schöffler, Robin und Friedrich, Lion und Petersen, Anna und Vogel, Felix und Friess, Martin und Ebach-Stahl, Andrea (2024) Design and Manufacture of SiC/SiC Nozzle Guide Vanes With Environmental Barrier Coatings for High-Pressure Turbines. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power (147(2)), 021021-1. American Society of Mechanical Engineers (ASME). doi: 10.1115/1.4066436. ISSN 0742-4795.

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Offizielle URL: https://asmedigitalcollection.asme.org/gasturbinespower/article/147/2/021021/1205252/Design-and-Manufacture-of-SiC-SiC-Nozzle-Guide

Kurzfassung

Increasing the efficiency of jet engines is essential to meet the demanded climate targets. Ceramic matrix composites (CMCs) are strong candidates for aircraft applications because they withstand high temperatures, while their density is two-thirds lower than that of conventional nickel-based alloys. This leads to cooling air savings and a lower overall engine weight, resulting in a potential reduction of emissions. To investigate the potential benefits and manufacturing techniques required for the introduction of CMC to the high-pressure turbine (HPT) of a modern jet engine, the geometry of a nozzle guide vane of an existing turbine was redesigned considering ceramic specific constraints. Then, the liquid silicon infiltration (LSI) process was used to manufacture silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide (SiC/SiC) nozzle guide vanes (NGV). Hi-Nicalon S woven fabric was used together with a chemical vapor infiltration (CVI)-based fiber coating. The outer surface of the vane was ground to meet the requirements for surface roughness, and geometric and positional tolerances. Cylindrical, laser-drilled cooling holes were introduced for trailing edge cooling. In the final step, an environmental barrier coating (EBC) system consisting of yttrium disilicate (Y-DS) and yttrium monosilicate (Y-MS) layers was applied using physical vapor deposition (PVD) processing. Wind tunnel testing under technology readiness level (TRL) 4 will be performed and vane performance will be evaluated.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/211465/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Design and Manufacture of SiC/SiC Nozzle Guide Vanes With Environmental Barrier Coatings for High-Pressure Turbines
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Süß, FabiaFabia.Suess (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5016-5781NICHT SPEZIFIZIERT
Schöffler, RobinRobin.Schoeffler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0931-9021175355545
Friedrich, LionLion.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Petersen, AnnaAnna.Petersen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4819-4994NICHT SPEZIFIZIERT
Vogel, Felixfelix.vogel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friess, MartinMartin.Friess (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ebach-Stahl, Andreaandrea.ebach (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 Oktober 2024
Erschienen in:Journal of Engineering for Gas Turbines and Power
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1115/1.4066436
Seitenbereich:021021-1
Verlag:American Society of Mechanical Engineers (ASME)
ISSN:0742-4795
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Ceramic matrix composites, CMC, SiC/SiC, nozzle guide vanes, Liquid silicon infiltration, CVI fiber coating
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Komponenten und Emissionen
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie
Institut für Antriebstechnik
Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie > Keramische Verbundstrukturen
Institut für Werkstoff-Forschung > Hochtemperatur-und Funktionsschutzschichten
Hinterlegt von: Süß, Fabia
Hinterlegt am:09 Jan 2025 16:11
Letzte Änderung:13 Mär 2025 10:07

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