고객이 직면한 과제
제트 엔진 터빈은 수년간의 작동 및 수백만 마일의 공중에서 극한의 온도 환경에서 완벽하게 작동해야 합니다. 열 차단 코팅은 이를 가능하게 하는 기술 중 하나입니다. 이러한 얇은 세라믹 소재 층은 열을 거의 전달하지 않으므로 터빈 블레이드가 매우 높은 온도를 견딜 수 있으며 제트 엔진이 더욱 효율적으로 작동할 수 있습니다.
열 차단 코팅에 대한 고급 연구는 현재 올랜도의 센트럴 플로리다 대학에서 진행 중입니다. 이 학교는 고도로 숙련된 인력을 개발하고 항공 우주 산업을 위한 새로운 기술을 설계하기 위해 설립된 주정부 지원 연구 기관인 FCAAP (Florida Center for Advanced Aero-Propulsion)의 파트너 대학입니다. UCF에서 기계, 재료 및 항공 우주 공학과의 연구원들은 열 장벽 코팅 산화물의 변형 진화를 연구하여 터빈 성능을 개선하는 데 도움이 될 통찰력을 얻고 있습니다.
Seetha Raghavan 박사는 특정 열 및 기계적 하중에서 열 장벽 코팅의 산화물 층의 거동을 분석하는 데 전념하는 학생 팀을 이끌고 있습니다. 이 팀은 열 및 기계적 하중을 받는 시편의 현장 측정을 얻기 위해 분광기와 고에너지 X 선을 모두 사용합니다. 이 접근 방식을 통해 Raghavan 박사의 팀은 고강도 세라믹이 어떻게 실시간으로 파괴되는지 정확히 관찰 할 수 있습니다.
과거에는 변형이 있는 스펙트럼 신호의 관찰이 미세 탐침 기반 테스트 설정으로 제한되었습니다. 그러나 이러한 접근 방식은 고유한 공간 제약이 있기 때문에 까다로운 장비 통합 문제를 가지고 있습니다. 미세 탐침 공간에 맞는 특수 로딩 장비를 개발하려는 시도는 현재까지 최대 부하 범위, 제어 및 정확도가 저하된 시스템을 만들어 냈습니다.
이 문제를 극복하기 위해 Raghavan 박사는 광섬유 프로브가 있는 Renishaw 라만 분광기를 사용하고 이를 MTS 시스템과 결합하여 원격 비접촉 레이저를 통한 현장 로딩과 함께 정밀한 라만/광발광 데이터 수집을 허용하기로 결정했습니다. 그러나 이로 인해 또 다른 문제가 발생했습니다. 분광계와 로딩 시스템의 데이터는 상호 작용해야 했으며 두 데이터 스트림은 압축 또는 인장 중에 실시간으로 응력 매핑되어야 했습니다.
이러한 추가적인 문제는 열 장벽 코팅 자체의 산화물 내에서 높은 압축 변형의 특성으로 입증되었습니다. 압축 시험에서 변형으로 스펙트럼 피크를 보정하려면 다결정 알루미나의 비교적 작은 단면 시편에 큰 하중을 가해야 합니다. 이 시편의 압축 강도는 인장 강도보다 10배 이상 높기 때문에 고품질 데이터를 생성하고, 조기 파손을 방지하려면 압축 하중을 매우 균일하고 정밀하게 적용해야 합니다.
Raghavan 박사는 “우리는 여러 장비를 사용하는 복잡한 설정에서 우수한 제어 기능과 함께 정확하고 매우 안정적인 로딩이 필요했습니다."라고 말했습니다.
MTS 솔루션
이러한 요구를 충족하기 위해 Raghavan 박사는 트윈 컬럼, 50kN 테이블탑 디자인이 적용된 MTS Insight 50 시스템을 선택했습니다. 이 시스템은 분광학을 사용하여 열 차단 코팅 내 산화물의 변형 거동을 결정하는 데 중요한 자동 응력 맵이 생성되는 동안 연속 하중 뿐만 아니라 하중 유지 동안에도 고해상도 제어를 제공합니다.
“MTS Insight 50 시스템을 선택한 이유는 현장 분광법으로 고강도 세라믹을 응력 테스트할 수 있는 기능을 제공하기 때문입니다.”라고 Raghavan 박사는 말했습니다. "게다가, 우리는 이러한 복잡한 설정을 통합하는 방법을 이해하는 MTS 기술자와 협력함으로써 추가적인 이점을 얻습니다.”
전자 기계식 MTS Insight 하중 프레임은 UCF 팀의 요구 사항을 충족하는 데 필수적인 동급 최강의 TestWorks® 소프트웨어로 구동됩니다. 소프트웨어는 독점 분광계 소프트웨어와 원활하게 연결되어야 하며 스펙트럼 부하 플롯이 정확하려면 부하가 적용될 때 스펙트럼 신호가 정확히 기록되어야 합니다.
“MTS 기술자는 TestWorks 소프트웨어가 데이터 수집 시간과 일치하도록 하고 변형을 억제하도록 소프트웨어를 수정하는 데 특히 도움이 되었습니다.”라고 Raghavan 박사는 말했습니다. "그들은 우리의 정확한 사양에 맞는 이 새로운 계측 조합을 얻는 데 진정으로 관심이 있었습니다."
실험실의 기기 및 방법은 매우 정교하지만 컨트롤이 직관적이고 사용하기 쉬운 것이 중요합니다.
“부서의 선임 설계 담당 학생들은 이 새로운 계측을 위한 하드웨어 및 소프트웨어 통합 모듈을 개발하는 도전에 착수했습니다. 전체 MTS 솔루션은 선임 설계 팀이 계측기를 통합할 때 정말 도움이 되었습니다. TestWorks 소프트웨어를 파악하는 데 너무 많은 시간을 할애할 필요가 없었기 때문입니다.”라고 Raghavan 박사는 말했습니다. “정말 유연하고 학생들이 조작하기에 인터페이스가 간단합니다. 실험실 수업에도 매우 유용할 것입니다.”
고객 혜택
Raghavan 박사는 부서가 열 장벽 코팅에 대해 수행하는 연구가 전체 항공 우주 산업을 위한 보다 효과적인 구조 및 재료 특성화 도구로 이어질 것이라고 믿습니다.
"매우 흥미진진하고 떠오르는 기술입니다."라고 그녀는 말했습니다. “이러한 테스트 기능은 매우 정교한 비침습적 측정 방법을 제공하므로 현장 기계적 특성화 측면에서 크게 발전할 것입니다. 이 방법은 현장에서 고강도 세라믹 및 탄소 첨가제 복합재의 실시간 평가에 대한 강력한 잠재력을 보여줍니다. 또한 항공 우주와 광범위한 재료 과학 분야에 큰 영향을 미칠 것입니다.”
핵심은 TestWorks 소프트웨어와 MTS Insight 50 시스템을 사용하여 쉽게 달성할 수 있는 매우 정확하고 일관되게 적용된 하중으로 스펙트럼 피크를 보정하는 것입니다.
“우리 실험실은 신뢰할 수 있고 매우 정확한 로딩을 수행하며 고품질의 고해상도 하중 측정을 일관되게 제공하는 것이 필수적입니다. 이것이 우리가 MTS와 협력하기로 선택한 이유입니다.”라고 Raghavan 박사가 말했습니다.
정밀 하드웨어 외에도 MTS 기술자의 사전 예방적 접근 방식을 통해 연구소는 효과적인 테스트 솔루션을 빠르고 쉽게 만들 수 있었습니다.
Raghavan 박사는 “MTS 기술자들은 우리 프로젝트에 대해 흥분했습니다. “이 독특한 테스트 응용 분야가 필요한 것이 무엇인지 이해하는 데 정말 적극적이었습니다. 우리는 MTS 제품을 구매하기 전에 통합에 대해 광범위하게 논의했으며 MTS는 소프트웨어 호환성에 대해 분광기 시스템 제조업체와 직접 이야기하기도 했습니다. MTS는 우리의 목표 달성을 돕기 위해 모든 노력을 기울였습니다. 우리는 함께 비침습성 재료 특성화에서 가능한 것의 한계를 성공적으로 확장하고 있습니다.”라고 말했습니다.
