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大連理工大學(xué)青年學(xué)生團(tuán)隊(duì)突破航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱處理難題
2025年07月11日 13:32:01
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：1516
近日，大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院青年學(xué)生團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)航空發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的推重比和壽命。目前我國主要使用的是“被動(dòng)受冷”式的油淬工藝，即將加熱完成后的渦輪盤直接浸入油槽，這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。同時(shí)，油淬的過程中還會(huì)產(chǎn)生明火和大量油煙，作業(yè)環(huán)境極為惡劣。
近日，大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院青年學(xué)生團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)航空發(fā)動(dòng)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(dòng)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。
針對瓶頸問題，大連理工大學(xué)一支由青年學(xué)生組成的“因材施熱”團(tuán)隊(duì)，數(shù)十次往返大連理工大學(xué)高性能精密制造全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和北京先進(jìn)高溫結(jié)構(gòu)材料國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過數(shù)百次的試驗(yàn)攻關(guān)，創(chuàng)新提出“高速多介質(zhì)射流+分區(qū)控冷”的新思路并形成三大技術(shù)：
1.將微量冷卻水注入空氣射流，形成高速、均勻的微細(xì)噴霧，巧妙結(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，提升冷卻效率，確保盤件芯部冷得透；
2.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)冷速控得住；
3.開發(fā)熱流固耦合仿真系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)預(yù)測冷卻過程中的溫度變化和內(nèi)部組織演變，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，冷速控制范圍提高5倍多，晶粒尺寸范圍提高4倍多，冷速與組織控制精度達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
團(tuán)隊(duì)的研發(fā)成果在小型渦輪盤的冷卻實(shí)驗(yàn)中，冷卻速度達(dá)到了新一代航發(fā)渦輪盤的需求，接下來研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)完善原理探究，同時(shí)爭取通過與企業(yè)、研究所的合作，實(shí)現(xiàn)研究成果的應(yīng)用和轉(zhuǎn)化。
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