موتور توربوجت را می توان به سه بخش عمده شامل کمپرسور، محفظه احتراق و بخش توربین گاز تقسیم کرد. گاز با دمای نسبتاً بالا که از مراحل توربین فشار قوی یک موتور توربوجت از محفظه احتراق عبور می کند تأثیر مستقیمی بر عملکرد و راندمان توربین گاز دارد که ممکن است در دراز مدت طول عمر آن را به ویژه پره های توربین مختل کند. پره‌های توربین انرژی را از گاز با دمای بالا استخراج می‌کنند و انرژی جنبشی گاز جاری را به مراحل کمپرسور منتقل می‌کنند، جایی که نیروی رانش به جلو را فراهم می‌کند و محور توربین را می‌چرخاند که پره‌های فن کمپرسور فشار بالا و فشار کم را به حرکت در می‌آورد. با این حال، توانایی مواد برای مقاومت در برابر این دمای بالا بر اساس ویژگی‌های این گونه مواد است که می‌توان آن را به پیشرفت در انتخاب مواد، تکنیک‌های بهبود از نظر محافظت از سطح و خنک‌سازی و همچنین فرآیندهای تولیدی که این مقاله بر آنها استوار است نسبت داد. شاخص‌های مواد برای پره‌های توربین با فشار بالا (HP) برای تعیین موادی که می‌توانند در برابر تسلیم و شرایط خزش مقاومت کنند، هنگامی که در یک توربین گازی موتور توربوجت در معرض دمای بالای ۷۰۰ درجه سانتیگراد قرار می‌گیرند،
به عبارت دیگر، کمپرسور دارای تیغه های کم فشار و فشار قوی است که در کنار شفت مانند پنکه سقفی می چرخند. در مدت زمان کوتاهی که برای حرکت هوا از ناحیه کمپرسور کمپرسور به انتهای ناحیه کمپرسور بالا لازم است، هوا احتمالاً می تواند در فضایی با اندازه 20 برابر کوچکتر از دهانه ورودی فشرده شود . با خارج شدن از ناحیه کمپرسور بالا، هوا وارد محفظه احتراق می شود، سیلندر موتور احتراق داخلی که در آن هوا و سوخت با هم مخلوط می شوند، مشتعل می شوند و می سوزند. از کمپرسور، جریان هوای زیاد دیگری به سختی از مرکز محفظه احتراق عبور می کند بدون اینکه احتراق شود، در حالی که جریان سوم هوا که از کمپرسور خارج می شود برای خنک شدن به بیرون احتراق منتقل می شود در طی احتراق و احتراق مخلوط هوا و سوخت در محفظه احتراق، حجم بسیار داغی از گازها تولید می شود که برخی از آنها از طریق اگزوز از موتور خارج می شوند، در حالی که مقداری از گازهای داغ به داخل موتور توربین هدایت می شود. در یک موتور توربین گاز معمولی، یک محفظه توربین منفرد از یک دیسک یا توپی تشکیل شده است که مجموعه ای از پره های توربین روی آن نصب شده است همچنین محفظه احتراق یک موتور توربوجت حلقوی است و یک حلقه خروجی در پشت آن تعبیه شده است تا گاز خروجی خروجی از سیستم را کنترل کند. گازهای خروجی از محفظه احتراق در دمای حدود 1700 درجه سانتیگراد آزاد می شوند، در حالی که شفت با سرعتی بیش از 12000 دور در دقیقه می چرخد
به طور خلاصه، هوا از طریق مراحل کمپرسور موتور توربین گاز فشرده می شود، همانطور که از طریق ورودی هوا وارد می شود، دما و فشار هوای ورودی افزایش می یابد در حالی که حجم در طول فشرده سازی کاهش می یابد. دمای هوای فشرده با ورود و انبساط در محفظه احتراق (که بین مراحل توربین و مراحل کمپرسور قرار دارد) افزایش می‌یابد، جایی که مخلوط هوا و سوخت در آن احتراق می‌شود. مراحل توربین انرژی را از گازهای فشار بالا در دمای بالا استخراج می کند و انرژی جنبشی گاز جاری را به مراحل کمپرسور منتقل می کند، جایی که نیروی رانش به جلو را فراهم می کند و محور توربین را می چرخاند که پره های فن کمپرسور HP و LP را همانطور به حرکت در می آورد.
محفظه توربین از طریق یک شفت یا قرقره به محفظه کمپرسور (اعم از محوری یا گریز از مرکز) متصل می شود. پره های توربین یکی از اجزای مختلف تشکیل دهنده محفظه توربین یک سیستم توربین گازی هستند. عملکرد تیغه توربین با استخراج حداکثر انرژی از گازهای فشار بالا با دمای بالا که از محفظه احتراق خارج می‌شوند تا به محور کمپرسور کمک کند، عمل می‌کند، در حالی که در برخی سیستم‌ها، از توربین برای تولید نیرو برای سایر اجزای هواپیما نیز استفاده می‌شود. در نتیجه شرایط در حال کار توربین که پره های توربین را در معرض حرارت شدید قرار می دهد، موادی با استحکام نسبتاً بالا در دمای بالا و dطراحی پره‌ها با راه‌های هوایی هزارتویی و روش‌های دیگر مانند پوشش سد حرارتی، کانال‌های هوای داخلی و خنک‌سازی لایه مرزی برای اطمینان از طول عمر پره‌های توربین اتخاذ شده است. با این حال، شکست خستگی یکی از عواملی است که طول عمر پره های توربین فشار قوی ناشی از تنش های دینامیکی بالا ناشی از ارتعاش و تشدید در طول چرخه کار موتور جت را محدود می کند. برای جلوگیری از آسیب رساندن تنش های دینامیکی بالا به تیغه ها، از دمپرهای اصطکاکی در مناطق مستعد این عیب استفاده می شود پره‌های توربین در معرض شرایط عملیاتی بسیار سخت در داخل توربین گاز مانند دمای بالا، تنش‌های بالا و اثرات ارتعاش بالا قرار می‌گیرند که اگر پره‌ها به‌درستی برای مقاومت در برابر این شرایط طراحی نشده باشند، ممکن است منجر به خرابی موتور شود. علاوه بر این، چرخه چرخش پره‌های توربین بیش از ده‌ها هزار دور در میانگین (RPM) است و اغلب تیغه را در معرض تنش‌های ناشی از نیروی گریز از مرکز و نیروهای سیال قرار می‌دهند که می‌تواند منجر به خزش، شکستگی یا شکست تسلیم شود. مرحله اول موتورهای توربین مدرن واقع در کنار محفظه احتراق در دمای حدود 2500 درجه فارنهایت (1370 درجه سانتیگراد) کار می کند در حالی که توربین های اولیه در دمای حدود 1500 درجه فارنهایت (820 درجه سانتیگراد) کار می کردند ، موتورهای جت نظامی مدرن مانند Snecma M 88 می توانند تا سطح دمای حدود 2900 درجه فارنهایت (1590 درجه سانتیگراد) کار کنند. علاوه بر دمای کارکرد موتور توربین، رولز رویس [گزارش داد که مرحله پنجم توربین فشار ضعیف در دمای حدود 900 درجه سانتیگراد کار می کند، در حالی که توربین فشار متوسط مرحله 1 در دمای حدود 1200 درجه سانتیگراد کار می کند. و توربین فشار قوی مرحله 1 به ترتیب در دمای حدود 1500 درجه سانتیگراد کار می کند. این عملیات دمای بالا می تواند عملکرد پره های توربین و همچنین خود موتور توربین را تضعیف و محدود کند، در نتیجه آنها را مستعد خرابی خزش و خوردگی می کند، در حالی که ارتعاشات و رزونانس ها در موتور توربین می تواند منجر به خرابی خستگی شود . توربین پرفشار (HP) در معرض شدیدترین فشار هوا قرار دارد در حالی که توربین فشار پایین (LP) در معرض فشار هوای ملایم (سردتر) پایین‌تر قرار دارد. تفاوت در شرایط عملیاتی توربین HP و LP منجر به طراحی پره‌های توربین HP و LP شده است که با وجود اصول ترمودینامیکی و آیرودینامیکی یکسان، از نظر مواد و گزینه‌های خنک‌کننده بسیار متفاوت هستند ]. یکی از محدودیت‌های اصلی در موتورهای جت اولیه، عملکرد ضعیف مواد مورد استفاده در مناطق فشار بالا با دمای بالا (محفظه احتراق و توربین) موتور بود. در نتیجه، نیاز به مواد بهتر برای از بین بردن این عیوب، تحقیقات بیشتر در زمینه آلیاژها و فرآیندهای تولید را ضروری کرد و محققان در این زمینه مورد علاقه را برانگیخت تا چالش‌هایی را که منجر به فهرست طولانی از مواد و تکنیک‌های جدید می‌شود که باعث بهبود بیشتر می‌شود، کشف کنند.hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth semester of aerospace engineering
رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا