Víte, proč mají letadla okénka oblého tvaru? Vědci hledají materiály zaručující bezpečný let

 
Další 1 fotografie v galerii
Superslitiny dnes rozhodují o výkonu a životnosti motorů / Pixabay
Když nastupujeme do letadla, samozřejmě předpokládáme, že jeho součásti, od motoru až po poslední nýtek na trupu, spolehlivě vydrží náročné podmínky provozu. Každý defekt totiž může mít fatální následky.

K hledání a navrhování vysoce kvalitních materiálů, které snesou obrovské změny teplot a tlaků i namáhání v tahu, přispívají vědci na několika pracovištích Akademie věd ČR.

Letadlo stojí na letištní ploše se studeným motorem. Pak vzlétne, motor se rychle zahřeje na vysoké teploty a zatíží. Po pár hodinách přistane, motor opět zchladne – a tak stále dokola. Lopatky turbín přitom musí vydržet nejen obrovské teplotní rozdíly, ale také působení velikých odstředivých sil v důsledku velmi vysokých otáček a vibrací.

Rozkmitávají se, což může vyústit ve vznik trhlin a lomů. Povrch lopatek může navíc poškozovat nasávaný písek z pouští a sopečný prach. Trup letadla zase musí odolat nízkým teplotám a změnám tlaku vysoko nad zemí. V takových extrémech jen tak nějaký materiál neobstojí.

Víte například, proč mají letadla okénka oblého tvaru? Původně byla totiž okénka letadel hranatá – jenže v každém rohu obecně dochází ke koncentraci napětí. „V nýtovaných spojích tak vznikaly trhliny, které se postupně šířily, až se roztrhl plášť letadla a to spadlo,“ říká Jan Klusák z Ústav fyziky materiálů AV ČR. Právě proto se po několika takových haváriích začala okénka letadel dělat kulatá nebo oválná.

Dobrat se podstaty poškození a navrhovat nové lepší materiály se snaží právě v Ústavu fyziky materiálů AV ČR. Zabývají se mj. monokrystalickými niklovými superslitinami, které ani za vysokých teplot neztrácejí příliš ze své pevnosti. K dosažení co nejlepších vlastností se k nim přidávají další prvky, nejčastěji chrom, kobalt, hliník, titan, wolfram a tantal. Při hodně vysokých teplotách nastupují kobaltové slitiny.

Právě superslitiny rozhodují o výkonu a životnosti motorů, jejich spolehlivosti i maximální rychlosti letu, protože jsou osazovány do kritických míst turbíny s nejvyššími pracovními teplotami.

Aby superslitiny vydržely neustálé teplotní změny a mechanické namáhání, musí se chránit speciálními vrstvami, jež mají malou tepelnou vodivost, jsou odolné vůči korozi a teplotním šokům. Komplexními povrchovými úpravami se dá oddálit únava materiálu a jeho degradace, koroze, oxidace, důsledky dopadů částic nebo nečistot ve žhavých plynech a podobně.

Existuje několik typů povrchových úprav založených na různých technologiích. Patří mezi ně difuzní povlaky či vrstvy, kdy se na základní materiál neboli substrát nanese vrstvička obsahující prvek, jímž je potřeba hlavní materiál obohatit. Pak se vše vystavuje vysoké teplotě. „Atomy z povlaku difuzí částečně přejdou do substrátu – a z něj naopak přecházejí jiné atomy do povlaku,“ vysvětluje Karel Obrtlík z Ústavu fyziky materiálů AV ČR.

Nakonec mezi základním materiálem a povrchovou vrstvou přestane být ostré rozhraní a vytvoří se přechodná, tzv. difuzní vrstva. Tím se dál zvyšuje oxidační a korozní odolnost základního materiálu, popřípadě se zacelují povrchové vady.

Dále se využívají keramické povlaky nanášené na povrch cíleně zdrsněný tryskáním, ostrými korundovými částicemi apod. Díky tomu do sebe částečky povlaku a substrátu jakoby „zapadnou“ – vytvoří se mechanický zámek. Uvedené informace poskytla Akademie věd ČR.

 
Buďte první

Mohlo by vás zajímat

Reklama