초록
엔진 성능 혹은 효율의 극대화는 엔진 구성품들을 점점 더 극한의 환경에서 장시간 운용되게 요구하고 있다. 이를 위해 엔진 제작사 혹은 연구소는 초내열합금, 냉각 설계 최적화, 열차폐 코팅 개선 등의 노력과 동시에 재료 모델링, 유한요소해석, 최적설계 등의 수치 해석 기법을 적용하여 좀 더 정교한 설계 및 해석을 수행하고 있다. 본 연구에서는 연소기 뒤에 위치하는 1 단 고압터빈 노즐의 끝벽 냉각 설계와 열차폐 코팅에 따른 일방향 응고 재료인 1 단 고압터빈 블레이드의 저주기 피로 수명에 대한 영향을 고찰하고자 한다. 이를 위해 경계 조건인 고온 및 고압의 연소 가스에 의한 노즐 및 블레이드의 금속 온도는 복합 열 전달 해석을 통해 얻고, 이 결과를 받아 블레이드의 구조 해석 및 저주기 피로수명을 평가하여 노즐 냉각설계와 열차폐 코팅의 영향을 분석하였다.
High pressure nozzles and turbines of a gas turbine engine should be required to be operated under extreme operating conditions in order to maximize the performance. Engine manufactures have utilized nickel-base superalloys, enhanced cooling design, and thermal barrier coating techniques to overcome them and furthermore, material modeling, finite element analysis, optimization techniques, and etc. have been utilized widely for elaborate predictions. We aim to evaluate the effects on the low cycle fatigue life of the high pressure turbine blade caused by thermal barrier coatings and the cooling design of the endwall of the first stage turbine nozzle. To achieve it, the structural analysis, which utilized the results of conjugate heat transfer analysis as loading boundary conditions, was performed and then the results were the input for the assessment of low cycle fatigue life at several critical zones.
