这款国产软件打破了国外垄断 对中国先进航空发动机研制意义重大

2019-03-14 13:05:21  北京日报  

航空发动机助力飞机上天,而为航空发动机提供动力的,正是其中的涡轮机和涡轮叶片。如果说,航空发动机是飞机的心脏,那么,涡轮叶片就是心脏的“心房”。目前,涡轮叶片广泛使用复杂空心结构的单晶叶片,以镍基高温合金制作而成,其铸造工艺代表了当今制造技术的最高水平。

这款国产软件打破了国外垄断 对我国先进航空发动机研制意义重大

航空发动机涡轮盘及涡轮叶片

单晶高温合金涡轮叶片是我国研制先进航空发动机的瓶颈之一,存在一些亟须解决的制造问题,如叶片合格率较低、复杂结构叶片研制困难等。在我国研制的爬坡过程中,有一款国产软件打破了跨国公司的垄断,将我国单晶叶片的研发周期缩短了三分之一,为先进航空发动机的研制提供了坚实的技术支撑。

3月初,这一由清华大学材料学院教授许庆彦团队与中国航发北京航空材料研究院等单位合作的“航空发动机高温合金叶片定向凝固多尺度建模与仿真技术及工程应用”项目,荣获北京市科学技术奖一等奖。

单晶叶片造价极其昂贵

在航空发动机中,涡轮盘呈圆饼状,周边以榫卯结构固定数条涡轮叶片,远看形似向日葵。别看这小小的涡轮叶片长度只有10厘米左右,能量却相当强大,它最高可承受1800℃高温,当转速达到1.2万转/秒时,离心力能达到18吨的载荷,相当于在薄薄的叶片尖上停着一辆伦敦巴士。

高温、高压、高速,外加腐蚀风险,如此恶劣工作环境,对涡轮叶片的材料和结构都提出极其严苛的要求。

目前的涡轮叶片采用镍基高温合金制造,其中含有镍、铝、钴、铬、钼、铼、钽、钛、钨等十几种元素;叶片还具有薄壁、空心、三维空间复合弯扭、截面突变等结构特征,最薄的地方仅有0.3毫米;复杂的内部冷却通道中还含有几十到上百个小的凸台/肋。

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