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中國(guó)發(fā)現(xiàn)超級(jí)金屬：航空發(fā)動(dòng)機(jī)耐高溫主要材料
長(zhǎng)期以來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)一直都是我國(guó)航空工業(yè)中的一個(gè)短板?，F(xiàn)在，我國(guó)部分軍用飛機(jī)依然使用國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)，而在商業(yè)航空領(lǐng)域，C-919大型噴氣式客機(jī)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)也產(chǎn)自一家美法合資企業(yè)。 為了盡快補(bǔ)足這塊短板，國(guó)家一直在加大航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)力度。國(guó)務(wù)院印發(fā)的《中國(guó)制造2025》明確提出要“建立發(fā)動(dòng)機(jī)自主發(fā)展工業(yè)體系”，在十三五期間，我國(guó)又啟動(dòng)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)重大專(zhuān)項(xiàng)。如今，航空工業(yè)持續(xù)發(fā)力，正不斷縮小著與國(guó)際一流發(fā)動(dòng)機(jī)的差距。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)每秒散熱1700多度，唯有“錸”金屬不被熔化 在河北廊坊科技園，一款為無(wú)人機(jī)和商務(wù)機(jī)而設(shè)計(jì)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)正在進(jìn)行150小時(shí)試車(chē)，考核發(fā)動(dòng)機(jī)在各種狀態(tài)下技術(shù)性能和可靠性及壽命等綜合指標(biāo)。 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理所所長(zhǎng)朱俊強(qiáng)：150小時(shí)做完了，首飛保證就沒(méi)問(wèn)題了，可以到不同高度進(jìn)行試飛了，這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)基本定型。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)是當(dāng)今世界上最復(fù)雜的、多學(xué)科集成的工程機(jī)械系統(tǒng)之一，需要在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速和高載荷的嚴(yán)酷條件下工作，并滿(mǎn)足功率大、重量輕、可靠性高、安全性好、壽命長(zhǎng)等眾多十分苛刻甚至相互矛盾的要求，因此航空發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)的“皇冠”。我國(guó)雖然已經(jīng)是國(guó)際上為數(shù)不多的幾個(gè)可以獨(dú)立研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)家之一，但是航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能不達(dá)標(biāo)，一直都是中國(guó)航空業(yè)的一塊心病。 十三五期間，我國(guó)啟動(dòng)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)重大專(zhuān)項(xiàng)，航空工業(yè)持續(xù)發(fā)力，不斷縮小與國(guó)際一流發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的差距。 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理所輕型動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室實(shí)任徐綱：這一款渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)它的耗油率，它的壽命，這些指標(biāo)都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，國(guó)內(nèi)也是個(gè)空白，所有的零件都是自主設(shè)計(jì)，然后自主生產(chǎn)，尤其是像里面的高溫的單晶渦輪葉片，實(shí)際上就是可以說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)里面，加工的難點(diǎn)中的難點(diǎn)。 單晶葉片處于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中溫度最高、應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最?lèi)毫拥牟课?，是航空產(chǎn)品第一關(guān)鍵零件，它的鑄造工藝直接決定了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。 在這臺(tái)1000公斤推力的發(fā)動(dòng)機(jī)中心，核心部件就是眼前這60片單晶葉片。發(fā)動(dòng)機(jī)將空氣進(jìn)行壓縮之后壓入燃燒室，在有限的空間內(nèi)和燃料發(fā)生劇烈燃燒，產(chǎn)生猛烈的燃?xì)鈬娚淞鳎苿?dòng)這些葉片高速旋轉(zhuǎn)，讓看似單薄的零件迸發(fā)出驚人的動(dòng)力，每一片葉片輸出的馬力都相當(dāng)于一臺(tái)2.0排量的SUV汽車(chē)。 朱俊強(qiáng)：我們一千公斤級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)，它的高壓轉(zhuǎn)速都在三萬(wàn)多轉(zhuǎn)接近四萬(wàn)轉(zhuǎn)，大概的切向速度就是每秒種450米左右，溫度大概是1720多度。 為了防止熔化，工程技術(shù)人員把每一片葉片都制作成空心，中間還設(shè)計(jì)了一個(gè)精密而復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)帶走的熱量，可以在1/20秒、甚至更短的時(shí)間內(nèi)燒開(kāi)一壺水。但是在1700度的高溫之下，普通金屬還是不夠耐熱。生產(chǎn)單晶葉片，離不開(kāi)一種珍貴的稀有金屬-錸。 在成都航宇超合金技術(shù)有限公司，我們見(jiàn)到了單晶葉片生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的金屬——錸。這是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)最晚的天然元素，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)者是德國(guó)化學(xué)家，因此以萊茵河的名稱(chēng)命名為錸。它在地殼中的含量比所有的稀土元素都小，比鉆石更難以獲取。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的報(bào)告，全球探明的錸儲(chǔ)量?jī)H為2500噸左右，錸的價(jià)格跟白金的價(jià)格相仿，一克大概需要兩三百塊錢(qián)。 能夠提純錸金屬的，是成都航宇超合金技術(shù)有限公司的母公司，這是一家上市的礦業(yè)公司。2010年，這家公司在其下屬的陜西省洛南縣黃龍鋪鉬礦區(qū)礦山中斟探到錸，儲(chǔ)量達(dá)到176噸，約占全球儲(chǔ)量的7%，僅次于智利、美國(guó)、俄羅斯和哈薩克斯坦。近年來(lái)，隨著航空工業(yè)的發(fā)展，錸消費(fèi)量的年均增長(zhǎng)率為3%，雖然價(jià)格不菲，卻一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。
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