隨著航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展,高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力和國(guó)防能力的重要標(biāo)志。其中,渦輪葉盤作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心熱端部件,其性能直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的推力、效率和可靠性。我國(guó)在陶瓷基復(fù)合材料(CMCs)領(lǐng)域取得重大進(jìn)展,成功應(yīng)用于推重比高達(dá)15的整體渦輪葉盤,標(biāo)志著我國(guó)在高性能纖維及復(fù)合材料制造技術(shù)上邁入了世界先進(jìn)行列。
陶瓷基復(fù)合材料是以高性能纖維為增強(qiáng)體,以陶瓷為基體,通過先進(jìn)制備工藝復(fù)合而成的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料。與傳統(tǒng)鎳基高溫合金相比,CMCs具有密度低、耐高溫性能優(yōu)異、比強(qiáng)度高、抗氧化性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn),尤其適合在航空發(fā)動(dòng)機(jī)極端高溫、高應(yīng)力的惡劣環(huán)境下工作。采用CMCs制造的整體渦輪葉盤,能夠顯著降低轉(zhuǎn)子重量,提高渦輪前溫度,從而大幅提升發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比和燃油效率,是實(shí)現(xiàn)下一代高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)路徑。
本次突破的核心在于“高性能纖維及復(fù)合材料制造”環(huán)節(jié)。我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)攻克了連續(xù)陶瓷纖維(如碳化硅纖維)的穩(wěn)定制備、復(fù)雜構(gòu)件精密成型、高溫抗氧化涂層以及無損檢測(cè)等一系列核心技術(shù)難題。通過優(yōu)化纖維編織結(jié)構(gòu)、改進(jìn)基體致密化工藝(如化學(xué)氣相滲透、聚合物浸漬裂解等),成功制造出結(jié)構(gòu)完整、性能均勻、滿足極端工況要求的整體渦輪葉盤部件。該部件在模擬試驗(yàn)中表現(xiàn)卓越,驗(yàn)證了其在推重比15一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的可行性。
這一成果的取得,離不開國(guó)家對(duì)高端材料與先進(jìn)制造領(lǐng)域長(zhǎng)期、系統(tǒng)的戰(zhàn)略投入。它不僅是材料科學(xué)的勝利,更是多學(xué)科交叉融合——涉及材料學(xué)、力學(xué)、熱物理、精密制造等多個(gè)領(lǐng)域——協(xié)同創(chuàng)新的典范。它的成功,將有力推動(dòng)我國(guó)第六代航空發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)研工作,為未來高超音速飛行器、可重復(fù)使用航天運(yùn)載器等國(guó)之重器的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的材料基礎(chǔ)。
陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用將從渦輪葉盤逐步擴(kuò)展到燃燒室、噴管等更多發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件。隨著制造工藝的進(jìn)一步成熟和成本的降低,其應(yīng)用領(lǐng)域有望向民用航空、能源裝備等領(lǐng)域拓展。我國(guó)將繼續(xù)深化在高性能纖維、界面工程、規(guī)模化制造等層面的研究,鞏固并擴(kuò)大在這一戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),為全球航空動(dòng)力進(jìn)步貢獻(xiàn)中國(guó)智慧與中國(guó)方案。
推比15整體渦輪葉盤的研制成功,是我國(guó)向航空強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)道路上的一個(gè)重要里程碑。它昭示著,通過自主創(chuàng)新,中國(guó)完全有能力突破關(guān)鍵核心技術(shù)壁壘,在新材料這一戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)中占據(jù)制高點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)提供強(qiáng)大支撐。