從火箭發動機到各類航發,各國都被啥「卡脖子」了?

從火箭發動機到各類航發,各國都被啥“卡脖子”了?這是一個很大的命題,又是一個很小的命題。首先,我們從長征九號講起。眾所周知,長征九號運載火箭是我國正在研製的新一代重型火箭,是“科幻級”的存在,未來將用於我國深空探測、載人登月和登火、空間基礎設施建設等任務,計劃在2028年至2030年首飛。這個,時間上,還有點遠,我們先來看看臨近的激動人心的消息。據長征九號火箭總設計師張智表示,作為中國新一代運載火箭中的一員,長征九號將於本屆珠海航展上向大家推介。就此,筆者想說說航空發動機。

可能你們也知道,不僅是火箭的發動機,所有的航空發動機都需要有耐高溫、抗蠕變等性能。而其中大家較為熟悉的航發應該是燃氣渦輪發動機中的渦輪風扇發動機,比如,渦扇-15(WS-15)等等。畢竟,渦扇-15可是我軍第四代戰鬥機J-20的“心臟”啊!

從火箭發動機到各類航發,各國都被啥“卡脖子”了?

殲-20

而講到航發,就得嘮嘮航發材料啊,沒有耐高溫合金材料的支撐,航發即使是作為“動力心臟”也是動不了分毫。說到這還得說說中國高溫合金開拓者之一——師昌緒。他是我國著名材料科學家,中國科學院、中國工程院資深院士,國家最高科學技術獎獲得者。他發展了中國第一個鐵基高溫合金,領導開發我國第一代空心氣冷鑄造鎳基高溫合金渦輪葉片,以及可用作耐熱、低溫材料和無磁鐵錳鋁系奧氏體鋼等,具有開創性。

話說,在不久之前,世界上能夠獨立研製高性能航發的國家只有美、俄、英、法等少數幾個國家。航發的技術門檻很高主要是因為很多國家都難以突破航發材料這一難關——航空航天要求發動機材料極具特殊性。而據早前俄媒報道稱,中國已經解決了WS-15的航發材料問題,攻克了最後一個難關,在不久的將來,所有先進發動機都有望自給自足。

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推測是搭載了WS-15發動機進行測試的殲-20戰機

雖然,報道稱,這WS-15的葉片上添加的是單晶錸,使其能夠承受1700℃的高溫而不熔化。但是,鎢還是大展身手了的,比如,碳化鎢耐磨塗層和鈮鎢合金塗層等可以作為發動機葉片的表面塗層材料,從而極大的提升發動機基體的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕和抗衝擊極限性能。也就是說,對於航發,鎢雖然佔據了“輕如鴻毛”的重量,但是卻發揮了“重如泰山”的作用——提升發動機的性能和延長其壽命。

此外,雖然鎢當不了“動力心臟”的主體組成部分,但是還是可以作為“手術刀”的角色出現,比如,航發的加工製造就用到了大量的高精密硬質合金刀具。對於航發極為重要的潤滑添加劑,鎢也能勝任。除了以上筆者從公開的資料所獲得的信息,其實,關於鎢在航發中的描述並不是特別多。當然,要是航發的幾個重要部件的材料,倒是略知一二,例如,鎢合金轉動軸、搖桿轉速控制器上的鎢合金配重塊、燃油調節轉控器上的鎢合金配重塊等。

從火箭發動機到各類航發,各國都被啥“卡脖子”了?

航空航天專用硬質合金刀

由此可見,從火箭發動機到各類航發,各國多遇到材料瓶頸了。當然,加工工藝也是一大難關。航發壽命短是硬傷,這可以通過材料來改進。而航發上葉片的加工工藝是需要經過特殊設計的。這是環環相扣的加工過程,不可分離,因而哪一個環節都必須無比的正確。也就是說,從葉片上可以大致的判斷出一個國家的航發加工水平。

最後,筆者想說的是,自1956年第一爐高溫合金試煉成功到今天,我國的高溫合金在風雨中走過了六十餘年,從無到有,從仿製到自主創新,合金的耐溫性能從低到高。而且,我國的加工工藝在穩步提升,新材料也在逐步的開發中,未來,鎢還是極有可能成為航發的配方之一。據悉,我國已經具備了高溫合金新材料、新工藝自主開發和研究的能力,可以解決航空、航天及其它工業部門生產和發展中所遇到的各種高溫合金材料問題。筆者相信,我們的材料學家等科學家的創造性是極強的,在不久的未來,我們將在航空發動機上取得更多成果。


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