Silniki turboodrzutowe to złożone układy mechaniczne, w których każdy komponent musi działać z najwyższą precyzją – szczególnie w warunkach ekstremalnej temperatury, ciśnienia i drgań. Jednym z mniej znanych, lecz niezwykle istotnych elementów, są mieszki sprężyste. Mimo niewielkich rozmiarów pełnią one kluczową rolę w zapewnieniu niezawodności i bezpieczeństwa całego układu napędowego.
W tym artykule przybliżamy, czym są mieszki sprężyste, gdzie się je stosuje i jakie materiały wykorzystywane są do ich produkcji – a także pokazujemy konkretne przykłady ich użycia w nowoczesnych silnikach odrzutowych.

Czym są mieszki sprężyste?

Mieszki sprężyste (ang. bellows) to elastyczne, cienkościenne rurki o harmonijkowej strukturze, zaprojektowane tak, aby mogły kompensować:

• drgania i przemieszczenia mechaniczne,
• zmiany długości wynikające z rozszerzalności cieplnej,
• zmienne ciśnienie wewnętrzne,
• a jednocześnie zachować szczelność układu.

Są to komponenty stosowane wszędzie tam, gdzie sztywne połączenia mogłyby prowadzić do pęknięć lub przecieków, szczególnie w pobliżu źródeł wysokiej temperatury lub wibracji.

Gdzie znajdziemy mieszki w silnikach odrzutowych?

W silnikach turboodrzutowych mieszki występują najczęściej w następujących układach:

• Przewody paliwowe – mieszki umożliwiają elastyczne połączenie między pompami paliwowymi, zaworami i dyszami.
• Układy olejowe – zapewniają niezawodność smarowania przy zmianach ciśnienia i temperatury.
• Układy powietrzne typu bleed air (gorące powietrze z kompresora) – mieszki kompensują drgania i przemieszczenia w przewodach doprowadzających powietrze do systemu ECS (klimatyzacji kabiny).
• Okolice komory spalania i turbiny – tutaj panują ekstremalne warunki, więc mieszki muszą być odporne na temperatury rzędu 800–1000 °C.

Dzięki zastosowaniu mieszków:

• zwiększa się żywotność układów rurowych,
• ogranicza się ryzyko przecieków i pęknięć spowodowanych zmęczeniem materiałowym,
• zachowana jest szczelność i elastyczność całego systemu

Z jakich materiałów wykonuje się mieszki sprężyste?

Dobór materiału do mieszków sprężystych jest kluczowy – muszą one pracować w trudnych warunkach środowiskowych, przy zachowaniu bardzo cienkich ścianek (zwykle <0,3 mm). Każdy materiał ma inne właściwości termiczne, mechaniczne i technologiczne, które warunkują jego zastosowanie w konkretnej sekcji silnika.
Poniższa tabela przedstawia zestawienie najczęściej wykorzystywanych materiałów:

Tabela charakterystyki materiałów mieszków sprężystych

Materiał	Temperatura pracy	Zalety	Wady	Typowe zastosowanie
Stal nierdzewna (AISI 321, 316L)	do 600 °C	Dobra odporność na korozję, łatwa obróbka, niska cena	Ograniczona odporność na pełzanie, utlenianie	Układy paliwowe i olejowe w chłodniejszych sekcjach
Inconel 625	do 980 °C	Wysoka odporność na utlenianie, pełzanie, zmęczenie cieplne	Wysoka cena, trudniejsza obróbka	Układy powietrzne bleed air, okolice turbin
Inconel 718	do 700 °C	Dobra wytrzymałość mechaniczna, odporność na korozję	Niższa temperatura pracy niż 625, wysoki koszt	Mieszki w pobliżu komory spalania lub gorących przewodach
Hastelloy X	do 1100 °C	Bardzo wysoka odporność na utlenianie i deformacje w wysokiej temp.	Bardzo wysoka cena, trudna obróbka	Krytyczne elementy w strefie gorącej (np. komora spalania)
Tytan (Ti-6Al-4V)	do 400–500 °C	Bardzo lekki, dobra odporność na korozję, dobra wytrzymałość	Słaba odporność na utlenianie powyżej 500 °C	Przewody powietrzne w przednich sekcjach, gdzie ważna jest masa
FeCrAl (Kanthal)	do 1300 °C	Ekstremalna odporność na temperaturę i utlenianie	Mała plastyczność, trudny w formowaniu, rzadko w lotnictwie	Mała plastyczność, trudny w formowaniu, rzadko w lotnictwie

Aby lepiej zrozumieć znaczenie mieszków sprężystych, warto przyjrzeć się konkretnym przykładom ich zastosowania w rzeczywistych jednostkach napędowych używanych w lotnictwie cywilnym.

Rolls-Royce Trent 1000 (Boeing 787)

Silnik Trent 1000 to wysokowydajna turbina dwuprzepływowa. W tym modelu mieszki pełnią kluczowe funkcje w strefach wysokiej temperatury oraz tam, gdzie występują znaczne różnice przemieszczeń termicznych.

Zastosowania mieszków:

• Układ bleed air: mieszki z Inconelu 625 do gorącego powietrza między kompresorem a systemem pokładowym.
• Paliwo: mieszki ze stali nierdzewnej w rejonie komory spalania.
• Turbosprężarka: kompensacja rozszerzalności cieplnej w przewodach gazów.

GE90-115B (Boeing 777)

Jeden z największych silników pasażerskich świata.

Zastosowania mieszków:

• Układ olejowy: mieszki kompensacyjne na przewodach smarujących.
• Układ pneumatyczny: Hastelloy X w strefie do 1000 °C.
• Przewody gazowe: ochrona przed zmęczeniem cieplnym i drganiami.

Pratt & Whitney PW1000G (GTF)

Nowoczesny silnik z przekładnią planetarną (Airbus A320neo, A220).

Zastosowania mieszków:

• Układ chłodzenia komory spalania: tytanowe mieszki dla redukcji masy
• Powietrze do przekładni: mieszki kompensujące temperaturę i ciśnienie
• Zasilanie paliwem: mieszki z Inconelu przy pierścieniowych podajnikach
  
  Inne przykłady
• F135 (F-35), EJ200 (Eurofighter) – wysokotemperaturowe mieszki wielościenne z Inconelu i Hastelloy X.
• APU (turbiny pomocnicze) – elastyczne mieszki w przewodach spalinowych i układach bleed air.

Podsumowanie

Choć mieszki sprężyste mogą wydawać się tylko dodatkiem do skomplikowanego systemu silnika odrzutowego, pełnią one kluczową funkcję dla niezawodności i bezpieczeństwa lotu. Ich obecność pozwala kompensować naprężenia termiczne i mechaniczne, zapewniając jednocześnie szczelność i długowieczność układów paliwowych, olejowych i powietrznych.

Wybór materiału i forma konstrukcyjna mieszków zależą od miejsca montażu, temperatury pracy oraz wymagań inżynierskich. To właśnie detale takie jak te decydują o efektywności nowoczesnych napędów lotniczych.