新技術(shù)破解航空發(fā)動機(jī)熱力處理難題

科技日報(bào)訊 （記者張?zhí)N）記者7月9日從大連理工大學(xué)獲悉，該校機(jī)械工程學(xué)院青年學(xué)生團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)新一代戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動機(jī)熱力處理難題，經(jīng)過3年技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)出多介質(zhì)高速射流分區(qū)可控的快速冷卻技術(shù)，為航空發(fā)動機(jī)中性能要求最高、制造難度最大的單體零件——高溫合金渦輪盤的制造提供了關(guān)鍵解決方案。

高溫合金渦輪盤是航空發(fā)動機(jī)中單體質(zhì)量最大、性能要求最高的熱端零件之一，直接決定發(fā)動機(jī)的推重比和壽命。目前，我國主要使用的是“被動受冷”式的油淬工藝，無法對渦輪盤的不同區(qū)域進(jìn)行梯度冷卻和組織調(diào)控。油淬過程還會產(chǎn)生明火和大量油煙，作業(yè)環(huán)境極為惡劣。

針對這一難題，大連理工大學(xué)“因材施熱”團(tuán)隊(duì)經(jīng)過數(shù)百次試驗(yàn)攻關(guān)，創(chuàng)新提出“高速多介質(zhì)射流+分區(qū)控冷”的新技術(shù)。該技術(shù)將微量冷卻水注入空氣射流，形成高速均勻的微細(xì)噴霧，結(jié)合液體冷卻能力強(qiáng)和氣體射流沖擊力大的雙重優(yōu)勢，提升冷卻速率，確保盤件芯部冷得透。不僅如此，團(tuán)隊(duì)還建立高速噴霧射流的計(jì)算機(jī)仿真模型，優(yōu)化噴嘴布局和射流參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對不同區(qū)域的精準(zhǔn)控溫，確保分區(qū)冷卻速率控得住；開發(fā)仿真系統(tǒng)，動態(tài)預(yù)測冷卻過程中的溫度變化和組織演變，確保梯度組織控得準(zhǔn)。

最終實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在1200℃極高溫冷卻過程中，盤形件最高冷卻速率可達(dá)每分鐘673℃，與國際現(xiàn)有技術(shù)相比，冷卻速率提高3.75倍，控制范圍提高5倍多，晶粒尺寸范圍提高4倍多，冷卻速率與組織控制精度達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

“我們的冷卻速率滿足了新一代航發(fā)渦輪盤的需求，接下來將繼續(xù)完善原理探究，加速實(shí)現(xiàn)研究成果的應(yīng)用和轉(zhuǎn)化。”相關(guān)負(fù)責(zé)人史津赫表示。