Modelling of Ball Impacts on Coatings and Erosion of Special Technique Components

Modelización de los impactos de las bolas en los revestimientos y la erosión de los componentes de técnicas especiales

Los vehículos militares especiales terrestres operan en condiciones extremas y requieren extensas mediciones para mejorar la durabilidad de todos los sistemas y materiales en sus subsistemas. Los revestimientos protectores suelen realizar esta función con gran éxito. Una de las necesidades más apremiantes de los vehículos especiales es el desarrollo de revestimientos de alto rendimiento para la protección contra la erosión de los componentes del motor (turbina, compresor, turbocompresor, componentes del intercooler, etc.). El enfoque presentado en este documento se basa en el uso de técnicas de simulación por computadora para modelar el comportamiento de los revestimientos en condiciones de erosión simuladas. Se utilizaron como criterios para describir la respuesta del revestimiento al impacto de las partículas la tensión de cizallamiento y la tensión plástica equivalente en la interferencia del sustrato del revestimiento. Este artículo trata de los resultados preliminares de la modelización, en cuanto a la selección de la gama de propiedades del material (espesor y tensión o deformación de las capas internas) y la estructura del revestimiento.

1. Introducción

La erosión de las aspas del compresor del motor es un problema grave para los vehículos que operan en zonas desérticas o que utilizan pistas de aterrizaje sin pavimentar, terrenos, etc. Los daños causados por la erosión de partículas, como arena, polvo o cenizas volcánicas, reducen la potencia del motor, disminuyen la eficiencia del combustible y, en efecto, acortan la vida útil del motor [1]. La experiencia militar en la Guerra del Golfo y en Afganistán demostró que la vida del motor podía acortarse a una fracción de su esperanza de vida útil diseñada en estos entornos.  En casos extremos, los daños por erosión extensos pueden llevar a la falla del motor [2]. Como medida de protección, se utilizan complejos sistemas de filtración para evitar que las partículas de erosión entren en el motor. También se emplean varios métodos para mejorar la resistencia a la erosión de los componentes del compresor del motor. Estos métodos incluyen procesos térmicos, por ejemplo, el endurecimiento en masa y el tratamiento criogénico de la superficie, como la implantación de iones y el procesamiento láser, y el uso de una capa protectora. Este último parece ser la opción más rentable hasta la fecha. En el pasado, pocas organizaciones participaban en el desarrollo o la producción de revestimientos resistentes a la erosión para motores. Sin embargo, en los últimos años, a medida que la cuestión de la resistencia a la erosión de los componentes de los motores se hizo más apremiante, podemos observar un renovado interés en este tema, y como resultado, más empresas se están comprometiendo. La fuerza motriz de este desarrollo es la posible aplicación de los revestimientos resistentes a la erosión a los equipos militares de las naciones de la OTAN.