Die kritische Rolle der Oberflächenbeschaffenheit in strömungstechnischen Luft- und Raumfahrtanwendungen: Enthüllung ihrer Bedeutung für Wärmetauscher und Turbogehäuse.
Author: Mark Huffman, Aerospace and Defense , AddUp
Wärmetauscher: Optimierung der thermischen Leistung
In der Welt der Luft- und Raumfahrttechnik, wo Sicherheit und Zuverlässigkeit an erster Stelle stehen, können selbst kleinste Details erhebliche Auswirkungen haben. Ein entscheidender Aspekt, der oft unbemerkt bleibt, ist die Rolle, die die Oberflächenbeschaffenheit von Bauteilen und Proben spielt, insbesondere von solchen, die mit der Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Technologie hergestellt wurden. Die Oberflächenbeschaffenheit spielt eine entscheidende Rolle für das Ermüdungsverhalten von LPBF-Bauteilen und beeinflusst die Spannungskonzentration, die Rissausbreitung, die Eigenspannung, die Kontaktermüdung und die Probenvorbereitung. In diesem Blog gehen wir darauf ein, wie sich die Oberflächenbeschaffenheit auf die Ermüdung, die thermische Integrität und die aerodynamische Effizienz von LPBF-Bauteilen auswirkt, und heben ihre immense Bedeutung für die Luft- und Raumfahrtindustrie hervor.
Im Bereich der Wärmeübertragung ist ein effizienter Luftstrom entscheidend für einen optimalen Wärmeaustausch zwischen den Fluiden. Die Oberflächenbeschaffenheit der von LPBF gefertigten Wärmetauscherkomponenten spielt eine entscheidende Rolle bei der Erleichterung und Optimierung der Luftstrom, wodurch die Effizienz der Wärmeübertragung maximiert wird.
Eine glatte und gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit, die durch LPBF erreicht wird, reduziert Oberflächenunregelmäßigkeiten wie Rauheit, Grate oder Oberflächenfehler. Diese Unregelmäßigkeiten können den Luftstrom stören, was zu Turbulenzen und erhöhten Druckverlusten führt. Durch die Minimierung von Oberflächenunregelmäßigkeiten ermöglicht die LPBF-Technologie einen gleichmäßigeren Luftstrom über die Wärmeaustauschflächen.
Durch die verbesserte Oberflächenbeschaffenheit ermöglichen LPBF- Wärmetauscher einen besseren Kontakt zwischen der Flüssigkeit und den Wärmeaustauschflächen. Dieser verbesserte Kontakt fördert eine effizientere Wärmeübertragung, da er die Bildung von Grenzschichten minimiert.
Grenzschichten sind dünne Schichten aus stagnierenden oder langsam fließenden Flüssigkeiten, die sich entlang der Wärmeaustauschflächen bilden können. Diese Schichten wirken als Wärmeisolatoren und behindern die Effizienz der Wärmeübertragung. Indem die Grenzschichtbildung durch eine glatte Oberfläche minimiert wird, ermöglichen LPBF-gefertigte Wärmetauscher eine effektivere Wärmeabfuhr und Temperaturregelung.
Darüber hinaus trägt eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit, die mit der LPBF-Technologie erreicht wird, dazu bei, das Potenzial für Fouling oder Ablagerungen auf Wärmetauscheroberflächen zu verringern. Fouling tritt auf, wenn sich Verunreinigungen oder Ablagerungen auf den Oberflächen ansammeln, die Wärmeübertragung behindern und die Gesamtleistung verringern. Die glattere Oberflächenbeschaffenheit von LPBF minimiert die Anhaftung von Verunreinigungen und erleichtert die Reinigung, was eine langfristige thermische Leistung und Effizienz gewährleistet.
Turbo-Gehäuse: Verbesserung der aerodynamischen Effizienz
Turbolader sind entscheidende Komponenten in Antriebssystemen der Luft- und Raumfahrt, die die Leistung und Effizienz von Triebwerken steigern. Die Oberflächenbeschaffenheit von Turboladergehäusen wirkt sich erheblich auf ihre aerodynamische Leistung aus. Glatte und gut bearbeitete Innenflächen verringern die Reibung und verbessern den Luftstrom, was den Wirkungsgrad des Turboladers erhöht. Eine hochwertige O b e r f l ä c h e n b e s c h a f f e n h e i t minimiert Turbulenzen, Druckverluste und Energieverschwendung. Sie gewährleistet einen optimalen Gasfluss, was sich in einer verbesserten Motorleistung, Kraftstoffeffizienz und Gesamtleistung niederschlägt. Durch die sorgfältige Kontrolle der Oberflächenbeschaffenheit von Turboladergehäusen können Luft- und Raumfahrtingenieure die aerodynamische Effizienz verbessern, was zu einer besseren Motorleistung und einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt.
AddUp’s Lösung
Die Integration von feinem Pulver und einem Walzenbeschichtungssystem in AddUps LPBF-Technologie im FormUp350 kann die Oberflächenbeschaffenheit von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt revolutionieren. Durch die Verwendung von feinem Pulver mit kleineren Partikelgrößen und den Einsatz eines Walzenbeschichtungsgeräts für eine kontrollierte und gleichmäßige Pulverabscheidung können Hersteller eine hervorragende Oberflächenqualität erzielen, Spannungskonzentrationspunkte abmildern und die Ermüdungsbeständigkeit der mit der FormUp350 hergestellten Teile und Proben verbessern. Diese Fortschritte ebnen den Weg für eine verbesserte Zuverlässigkeit, Sicherheit und Leistung von Luft- und Raumfahrtkomponenten unter zyklischen Belastungsbedingungen.
Bei strömungstechnischen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt kann die Bedeutung der Oberflächenbeschaffenheit nicht hoch genug eingeschätzt werden. Ob bei Wärmetauschern oder Turbinengehäusen, die Optimierung der Oberflächenbeschaffenheit wirkt sich direkt auf die thermische Leistung, die aerodynamische Effizienz, die Grenzschichtabscheidung und die Korrosionsbeständigkeit aus. Wenn Hersteller in der Luft- und Raumfahrtindustrie Wert auf eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit legen, können sie die Wärmeübertragung maximieren, die Triebwerksleistung verbessern, die Kraftstoffeffizienz erhöhen, den Luftwiderstand verringern und die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit wichtiger Komponenten sicherstellen. Die sorgfältige Kontrolle und Optimierung der Oberflächenbeschaffenheit in strömungstechnischen Anwendungen der Luft- und Raumfahrt ebnet den Weg für sicherere, effizientere und zuverlässigere Flugzeuge und Antriebssysteme, was letztlich die Fähigkeiten und den Erfolg der Luft- und Raumfahrtindustrie fördert
