- تقنية المعالجة الحرارية الجديدة تسمح بإعادة استخدام شفرات محركات الطائرات القديمة حتى 5,000 رحلة.
- تستخدم هذه التقنية الغاز المضغوط والحرارة لإصلاح الأضرار الدقيقة داخل الشفرات.
- يأمل فريق البحث في إطالة عمر الشفرات وتقليل الحاجة إلى تصنيع جديدة.
- المشروع يحمل اسم Second_Life، ويجمع بين عدة مؤسسات طيران ألمانية.
ابتكر العلماء الألمان نوعًا جديدًا من تقنيات المعالجة الحرارية، والتي من المتوقع أن تعطي شفرات محركات الطائرات القديمة حياة ثانية، مما يقلل من الحاجة إلى استبدالها باهظ الثمن، ويوفر المواد الخام الأساسية. تم اقتراح هذه الطريقة من قبل علماء جامعة رور، حيث تستخدم الغاز المضغوط والحرارة لإصلاح الأضرار الدقيقة داخل شفرات التوربينات الغازية. تشير التقارير إلى أن هذه التقنية يمكن أن تعيد الشفرات إلى حالتها الأصلية بعد 5,000 رحلة. وفقًا لفريق البحث، فإن هذه التقنية الجديدة تجعل الشفرات قابلة لإعادة الاستخدام حتى بعد تعرضها لضغوط ميكانيكية ودرجات حرارة قصوى تتجاوز 1,000 درجة مئوية.
هذه المبادرة هي جزء من مشروع مدته ثلاث سنوات يحمل اسم Second_Life، والذي بدأ في أغسطس 2026، ويجمع بين المركز الألماني للطيران والفضاء (DLR)، وخبراء إصلاح محركات الطائرات شركة لوفتهانزا للتقنية، وشركة Aalberts Surface Technologies المتخصصة في المعالجة الحرارية والمعالجة السطحية، وشركة أوتو فوكوس للمعالجة المعدنية.
التحديات القصوى لشفرات محركات الطائرات
تم تصميم شفرات محركات الطائرات للتعامل مع درجات حرارة قصوى، والتي قد تتجاوز أحيانًا 1,500 درجة مئوية، وحتى تتجاوز نقطة انصهار المواد نفسها. يمكن أن تتحمل هذه الشفرات سرعات تصل إلى 16,000 دورة في الدقيقة وقوى طرد مركزية هائلة، وعادة ما تُصنع من سبائك النيكل أحادية البلورة. تشكل ذراتها هيكلًا بلوريًا مستمرًا بدون حدود بلورية، مما قد يضعف المادة عند درجات الحرارة العالية. ومع ذلك، حتى هذه المواد تتدهور مع مرور الوقت. تؤدي الظروف القاسية إلى تغيير الهيكل الداخلي للشفرات، مما يضعف قوتها من خلال تشكيل ثقوب دقيقة داخلها.
عادةً ما يتم استبدال شفرات التوربين من المرحلة الأولى بعد حوالي 5,000 رحلة، وهو ما يعادل فترة خدمة تتراوح بين ثلاث إلى ست سنوات. "خلال فترة تشغيل التوربين، تتعرض الشفرات لضغوط الشد الناتجة عن قوى الطرد المركزية بسبب الحرارة العالية، وتتعرض لأضرار ما يُعرف بالتعب الزاحف"، كما يقول الباحث في الجامعة، الدكتور سيباستيان ويبر، أحد مؤلفي الورقة.
تطبيق تقنية الضغط الحراري المتساوي
لمواجهة هذا التحدي، استخدم العلماء طريقة تُعرف باسم الضغط الحراري المتساوي (HIP). تتضمن هذه العملية تسخين الأجزاء التالفة تحت ضغط غاز متساوي، ثم تبريدها بسرعة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى إغلاق الثقوب الدقيقة، واستعادة الهيكل الأصلي للمادة دون الإضرار بخصائصها أحادية البلورة. "سيتم استعادة التركيب المجهري والأداء الميكانيكي من خلال الضغط الحراري المتساوي، أو ما يُعرف اختصارًا بـ HIP"، أضاف الدكتور لويس بيك، عالم آخر شارك في هذه الدراسة.
لاختبار هذه التقنية، سيقوم فريق البحث أولاً بإعادة إنتاج أضرار شفرات التوربين في العالم الحقيقي في المركز الألماني للطيران والفضاء. سيعرضون العينات لدرجات حرارة عالية وضغوط ميكانيكية لتحفيز أضرار التعب الزاحف بشكل متحكم فيه. بعد ذلك، ستخضع هذه العينات لمعالجة الضغط الحراري المتساوي في جامعة رور، حيث سيحدد الباحثون أفضل ظروف المعالجة ويفحصون التغيرات في التركيب المجهري للمادة. ستقيم الاختبارات الميكانيكية اللاحقة ما إذا كانت هذه المعالجة قادرة على استعادة الأداء الأصلي للشفرات. الهدف النهائي لفريق البحث هو إثبات أن شفرات التوربين التالفة يمكن إعادة استخدامها بأمان بعد المعالجة وإعادة الطلاء.
تمتلك هذه التقنية القدرة على تقليل الحاجة إلى تصنيع شفرات توربين جديدة. "من خلال إطالة عمر شفرات التوربين، يمكننا تقليل الحاجة إلى الأجزاء المصنعة حديثًا واستهلاك الطاقة والمواد الخام المرتبطة بها"، كما اختتم ويبر في بيان صحفي.
المشروع المواصفات أقصى درجة حرارة 1,500 درجة مئوية سرعة دوران شفرات التوربين 16,000 RPM عمر الاستخدام 5,000 رحلة
التأثير المحتمل للتقنية الجديدة على صناعة الطيران
لا تقتصر هذه التقنية الجديدة على إطالة عمر شفرات محركات الطائرات فحسب، بل تساعد أيضًا في تقليل الطلب على المواد الجديدة في صناعة الطيران. مع تزايد الوعي البيئي، أصبح تقليل استهلاك المواد الخام والطاقة أمرًا في غاية الأهمية. من خلال هذه التقنية، يمكن لشركات الطيران تقليل تكاليف الصيانة وتأثيرها البيئي دون التأثير على السلامة. بالإضافة إلى ذلك، قد تدفع هذه الطريقة المبتكرة الصناعات الأخرى لاستكشاف تقنيات إصلاح مماثلة، مما يعزز الاستخدام المستدام للموارد.