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【金属拾光】设计—材料—制造三结合,科技攻关的典范 ——我国第一代航空发动机空心涡轮叶片研制中的科学创新精神
来源:金属研究所 科学家: 师昌绪 故事标签: 创新 发布时间:2022/11/30 14:19:10

空心叶片是在涡喷7发动机基础上设计的。这种叶片的特点是叶身长,而且从叶根旁边进气,这样给空心叶片的制造带来很大困难。首先是选用什么材料做型芯,芯子的直径从0.8-1.2毫米,长数十厘米,下边还有一个拐角。其难度在于如何定位,以确保在脱腊以后型芯不变位,以及在操作及浇铸过程中型芯不弯不断。为此,我们查阅了很多文献,均不得要领,因为在国外这是高度保密的技术。于是试了好几个方案:如钼丝、磷酸盐、石英管,还试用过上海冶金所研制的硫化铈型芯,但不是因型芯弯曲而露芯,就是因太脆而折断,还有就是无法脱芯。最后还是从美国一本杂志上看到一个出售不同规格的细石英管的商品广告得到启发。我们认定这是制作空心叶片型芯的石英管,于是下定决心,集中精力在石英管上下功夫。此时,正好金属所为开展定氢定氧装置的制造培养出一名技艺高超的玻璃工任师傅,这位任师傅能做出所需要的任何规格和形状的石英管。经过反复试验,并有设计及模具的配合,不到一个月就攻下了型芯这一难关。下一步就是用氟氢酸脱芯和超声波测壁厚及型芯定位的探索。用了不到一年的时间,终于在金属所简陋的铸造实验室里诞生了我国第一片9孔铸造空芯涡轮叶片。叶片经过606所的吹风试验,叶片表面完全达到降低100℃的要求,并于1966年11月在410厂生产出一台份铸造空心叶片,12月装机试车成功。在金属所发展的制造细石英管技术也转让给大连玻璃厂,为空心叶片的批量生产创造了条件。与此同时,三大孔锻造叶片在621及625所等单位的共同努力下,也于1966年4月通过了台架试车。两种叶片都达到了设计要求,但是经过设计所与制造厂的认真讨论,认为铸造9孔叶片较之锻造3大孔叶片在材料性能、制造工艺及价格等方面有更大的优点,于是决定采用铸造9孔空心叶片作为改型设计的涡喷7甲发动机的定型叶片。这样,使中国的涡轮叶片一步上了两个台阶:一个是锻造合金改为真空铸造合金,二是由实心叶片变为空心叶片。这是继美国之后第二个采用铸造空心叶片的国家,比美国(1961年)只晚了5年。记得1963年吴峰桥、周惠久、孙国英与我到英国ROLS-ROYCE发动机公司参观时,公司负责人鼓吹他们的锻造合金如何可靠,铸造合金如何不可靠,而今在这方面我们走在他们的前面。难怪80年代初,ROLS-ROYCE公司总设计师胡克教授在410厂看到我国自行创新研制的铸造空心涡轮叶片时,不无感慨地说:“单凭看到这一实际成就,就没有白来中国一趟。”因为他们用了8年时间才研制成功,而我们只用了一年。这不能不归功于科研、设计与生产三结合的科研体制。另一方面也显示各级人员的爱国主义精神和工作能力。

空心叶片从研制成功到工业生产完全放手整整经历了10年,中间曾在长期试车过程中发生过一次折断事故,后来在大批投产后,又发生过质量问题,但是都一一得到了解决。

1985年,我国第一代航空发动机涡轮空心叶片的研制获得国家科技进步一等奖。在评审会上,我前往答辩,在我讲完以后,没提任何问题就一致通过了。

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