Matériaux d’avenir pour turbines à haute température^*

Les composites ONERA face aux problèmes d’aubes

New materials for high temperature turbines

ONERA’S DS composites confronted with the blade problems

Office National d'Etudes et de Recherches Aéorospatiales (ONERA)

Résumé

Le problème des turbines à gaz plus performantes, sollicitées à plus haute température, nous renvoie immédiatement à la question : existe-t-il des matériaux nouveaux capables d’assurer une telle réalisation ?

Les composites réfractaires ONERA répondent à cette question. Ces matériaux ne constituent pas une découverte de laboratoire pour laquelle on chercherait une application ; au contraire, ils sont l’aboutissement d’une recherche de matériaux nouveaux destinés précisément à améliorer les performances et la fiabilité des turbines de demain.

On confronte les exigences requises d’un matériau pour aubes de turbomachines haute température avec les performances enregistrées sur les composites de solidification orientée Cotac. En particulier, après avoir précisé la structure et les propriétés des nuances 74 et 741, on évalue leur stabilité structurale à haute température, la tenue en fatigue thermique et mécanique, la résistance à l’oxydation et l’aptitude à la protection superficielle. L’importance du gain de température montre l’avantage immédiat d’utilisation de ces composites pour la confection d’aubes pleines non refroidies. Le problème d’aubes refroidies est également discuté.

Abstract

The problem of advanced aircraft turbines operating at higher temperature does immediately raise the question : are there new materials available required for such a realization ?

ONERA’s refractory DS composites answer the question. These materials are not laboratory invention looking for an eventuel application ; on the contrary, they represent the outcome of a research work directed precisely to new materials for better and more reliable turbine blades in advanced aircraft engines.

The needs required for a blade material in aircraft turbines operating at higher temperatures are compared with the actual performance as found on Cotac DS composites testing. The paper specifies the structure and the properties of the more fully developed 74 and 741 types. In particular, the high temperature structural stability, the impact of thermal and mechanical fatigue, the oxidation resistance and the coating capability are more thouroughly evaluated. The great benefit in operational temperature of these materials can be immediately exploited in the field of uncooled solid blades. The problem of cooling passages in DS eutectic blades is also outlined.