Hoogpresterende Mechanische Koolstofmaterialen voor Vliegtuig-zaaltoepassingen

Metallized Carbon Corporation, Ossining, New York

Moderne mechanische koolstofmaterialen worden gebruikt in een brede verscheidenheid toepassingen, waaronder vliegtuigtandwielkasten, lucht-turbine motorstarters, en hoofdas-zaals voor zowel vliegtuig-turbine-motoren als vliegtuig-hulpvermogen-eenheden (APU's). Deze zelf-smerende materialen zijn samengesteld uit fijnkorrelige electrografiet-substanties die geïmpregneerd zijn met exclusieve anorganische chemicaliën om hun smerende eigenschappen en oxidatiewerstand te verbeteren. Deze moderne koolstof-gebaseerde materialen zijn ideaal voor gebruik in vliegtuig-toepassingen vanwege hun lage wrijvingscoëfficiënt, lage slijtage bij hoge glijsnelheid, hoge thermische geleiding, en weerstand tegen oxidatie in hoge-temperatuur lucht.

Afbeelding 1. Mechanische zaalringen worden gebruikt om de klaarheid tussen de draaiende as en de stationaire behuizing in apparatuur zoals pompen en mengers te verzegelen, zodat vloeistof niet kan lekken door deze klaarheid. Deze verzegelingsmechanismen worden vaak aangeduid als "aszaals" of "pompzaals".

Vliegtuigtandwielkasten worden gebruikt om de rotatiesnelheid van de hoofdbijnaasmotor van zo hoog als 26.000 rpm te verlagen tot ongeveer 3.400 rpm, zodat de as systeemcomponenten zoals hydraulische pompen, generatoren en airconditioning-compressoren kan aandrijven. Om het oliesmeermiddel binnen de tandwielkast te verzegelen en te beschermen tegen lekkage op het punt waar de as de tandwielkast binnenkomt en verlaat, gebruiken de meeste vliegtuigtandwielkasten gezichtszaals. De gezichtszaals bevatten meestal een koolstof-grafiet stationaire ring en een siliciumcarbide of wolframcarbide draaiende ring. De ringen die de dynamische gezichtszaal vormen, zijn beide plat gelapt en met veren of magneten tegen elkaar gehouden, zodat vloeistoffen niet tussen de ringvlakken kunnen vloeien, zelfs als ze met hoge rpm tegen elkaar draaien (Afbeelding 1).

De twee ringen in relatieve beweging die de dynamische zaal vormen, zijn afgedicht aan de as of de tandwielkastbehuizing met statische zaalringen zoals polymeren O-ringen. Zaalontwerpers gebruiken spiraal-natten, rechte natten, en wiggen om een dunne film lucht of olie tussen de twee glijende zaalvlakken te kanaliseren of te pompen. Dit creëert aerodynamische of hydrodynamische lift, wat de wrijving en slijtage van de zaalvlakken aanzienlijk vermindert.

Lucht-turbine motorstarters gebruiken typischerwijs dezelfde koolstof-grafiet versus siliciumcarbide of wolframcarbide dynamische gezichtszaal materialen die in tandwielkastzaals worden gebruikt, maar de glijsnelheid is veel hoger. Deze lucht-turbine motorstarters zijn eigenlijk kleine turbines die de uitlaatgas van de hulpvermogen-eenheid gebruiken om de benodigde kracht te creëren om de hoofdbijnaasmotoren te starten.

De assnelheid op luchtmotorstarters kan zo hoog zijn als 180.000 rpm, of een glijsnelheid van ongeveer 1000 ft/s, wat bijna de geluidssnelheid is. De zaals worden ontworpen door vliegtuigzaalfabrikanten met wiggen en gasstroompassages om aerodynamische of hydrodynamische lift-off te produceren.

Afbeelding 2. Gezichtszaalringen met koolstof-grafiet primaire ringen, en koolstof-grafiet omtrekzaalringen worden gebruikt in vliegtuigmotoren hoofdaszaals om de luchtstroom en verbrandingsgasstroom binnen de motor te controleren.

Gezichtszaalringen, met koolstof-grafiet primaire ringen, en koolstof-grafiet omtrekzaalringen worden gebruikt in vliegtuigmotoren hoofdaszaals om de luchtstroom en verbrandingsgasstroom binnen de motor te controleren (Afbeelding 2). Ze verzegelen ook het oliesmeermiddel in de hoofdbijnaaslagers die de compressoras en de verbrandingsgasturbine-as vrij laten draaien. Zowel omtrek- als gezichtstype zaalringen worden gebruikt.

Voor omtrek hoofdaszaalringen worden koolstof-grafiet segmenten die met nauwe eindklaarheid passen in sleuven in de stationaire behuizing gebruikt. De koolstof-grafiet segmenten worden gespannen tegen een keramische of harde metalen coating op de draaiende as met een "garter" veer. Opheffende wiggen en gefabriceerde configuraties worden gebruikt om lift te creëren, zodat deze zaals op een aerodynamische of hydrodynamische film draaien. Draaisnelheden kunnen zo hoog zijn als 26.000 rpm, en temperaturen in de zaalringen kunnen oplopen tot 800 °F.

Hulpvermogen-eenheden (APU's) zijn kleine gasturbine-motoren die gebruikt worden om elektriciteit, airconditioning of kabinewarmte te creëren wanneer de hoofdbijnaasmotoren op de gate uitgezet zijn om brandstof te besparen. APU's bevatten koolstof-grafiet zaals die vergelijkbaar zijn met, maar kleiner dan, hoofdbijnaaszaals.

Olievrije, zelf-smerende mechanische koolstofmaterialen hebben een unieke combinatie van kenmerken die ze ideaal maken voor gebruik in zowel commerciële als militaire vliegtuig-zaaltoepassingen. De materialen zijn zelf-smerend, zelf-polijstend, en dimensionieel stabiel, wat een goede zaalmaat garandeert. De materialen zijn hittebestendig en hebben een hoge thermische geleiding, wat helpt wrijvingswarmte van het glijende oppervlak af te voeren. Bovendien zijn deze materialen gemakkelijk bewerkbaar tot exacte luchtvaart dimensionele toleranties, en ze kunnen geleverd worden gelapt en gepolijst tot een platheidsspecificatie van één helium lichtband.

Dit artikel werd geschreven door Glenn H. Phelps van Metallized Carbon Corporation. Voor meer informatie, Klik Hier