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中国航空发动机有望打破依赖进口局面
http://www.cubn.com.cn/ 滚动新闻  2017年10月30日

■中国联合商报 记者 毕淑娟 北京报道
  作为飞机的心脏,航空发动机一直被称为现代工业皇冠上的明珠。它具有研制难度高、技术含量高、产业回报高的特点,是衡量一个国家综合科技水平、科技工业基础实力和综合国力的重要标志。
  长期以来,中国航空发动机主要依赖进口,成为制约中国航空产业发展的短板。如今,随着中国企业造出世界领先的航空发动机核心部件,中国航空发动机有望打破依赖进口的局面。
  
  打破美国垄断
  
  在河北廊坊科技园,一款为无人机和商务机而设计的航空发动机正在进行150小时试车,考核发动机在各种状态下技术性能和可靠性及寿命等综合指标。
  中国科学院工程热物理所所长朱俊强告诉记者:“150小时做完了,首飞保证就没问题了,可以到不同高度进行试飞了,这个发动机基本定型。”
  据中国科学院工程热物理所轻型动力实验室实任徐纲介绍,这一款涡扇发动机的耗油率、寿命指标都达到了国际先进水平,在国内也是个空白,所有的零件都是自主设计、自主生产,“尤其是像里面的高温的单晶涡轮叶片,实际上可以说是发动机里面加工的难点中的难点。”
  据记者了解,单晶叶片处于航空发动机中温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位,是航空产品第一关键零件,它的铸造工艺直接决定了航空发动机的性能。
  在这台1000公斤推力的发动机中心,核心部件就是这60片单晶叶片。发动机将空气进行压缩之后压入燃烧室,在有限的空间内和燃料发生剧烈燃烧,产生猛烈的燃气喷射流,推动这些叶片高速旋转,让看似单薄的零件迸发出惊人的动力,每一片叶片输出的马力都相当于一台2.0排量的SUV汽车,温度大概在1720多度。在1700多度的高温之下,普通金属是不够耐热的。生产单晶叶片,就一定离不开一种珍贵的稀有金属——铼。
  在成都航宇超合金技术有限公司,记者见到了单晶叶片生产中最为关键的金属——铼。这是人类发现最晚的天然元素,因为发现者是德国化学家,因此以莱茵河的名称命名为铼。它在地壳中的含量比所有的稀土元素都小,比钻石更难以获取。根据美国地质调查局的报告,全球探明的铼储量仅为2500吨左右。铼的价格跟白金的价格相仿,一克大概需要两三百元钱。它之所以价值连城,还因为它在航空和国防制造业中能发挥非常重要的作用。
  而能够提纯铼金属的,是成都航宇超合金技术有限公司的母公司,这是一家上市的矿业公司。2010年,这家公司在其下属的陕西省洛南县黄龙铺钼矿区矿山中斟探到铼,储量达到176吨,约占全球储量的7%,仅次于智利、美国、俄罗斯和哈萨克斯坦。近年来,随着航空工业的发展,铼消费量的年均增长率为3%,虽然价格不菲,却一直处于供不应求的状态。
  成都航宇超合金技术有限公司董事长张政告诉记者:“我们原来最初的想法是把铼生产出来,交给国内的用户。我们每年增加我们的收益,对上市公司就是一个很好的帮助。”
  据记者了解,美国是最大的铼金属消费国,控制着全球销售市场,一直处于垄断地位。由于铼可以广泛应用于喷气式发动机和火箭发动机,全球约80%的铼用于生产航空发动机,其在军事战略上具有重要意义。为了维持在航空工业的优势地位,美国和其它一些西方国家常年针对中国进行材料和技术封锁。
  成都航宇超合金技术有限公司副总经理宋阳说:“它有一些区域是限制中国人进入的,他们不希望这样的一些技术机密,或者是技术信息被中国所了解和掌握。”
  美国越是封锁,就越说明航空发动机的战略重要性,就越需要突破。为此,张政拍板做了一个重要决定:自己生产用于航空发动机的单晶涡轮叶片。
        
  造出航空发动机核心部件
  
  早在2012年7月,国务院发布的《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》,就将航空装备产业列为高端装备制造产业中的第一个项目,明确提出要突破航空发动机核心关键技术,加快推进航空发动机产业化。
  尽管国家层面大力倡导,然而生产设备的采购却面临着巨大的困难。国外巨头再次对中国进行技术封锁,生产设备中的关键环节——热处理炉因为西方国家的封锁卡了壳。
  据宋阳介绍,世界几大航空发动机生产企业所使用的,都是航空工业专用的一级热处理炉,温度差正负3度。但是因为西方国家的严密封锁,能够生产这类设备的厂商根本无法将设备销售给中国的企业,而国内的企业也只能生产二级炉,温度差正负5度。“从正负3度到正负5度,这一点点的温度差距,设备的结构热处理之后的效果差距是非常明显的。”宋阳说。
  然而,时间不等人,专家组只好另辟蹊径,尝试用电子行业的一级热处理炉来替代传统的航空工业一级热处理炉。这种跨行业的混搭在航空发动机的生产领域是一个前所未有的大胆尝试,成功与否谁都没有把握,幸运的是这个炉子比原来想象的,正负3度的偏差更低,它正负只偏差了2.1度,这几乎是比一级炉还要精密。
  虽然解决好了热处理炉的问题,但专家们紧绷的神经依然没有丝毫放松。因为整条生产线依然还差一台单晶浇铸环节最重要的设备——单晶炉。几经辗转,他们又找到英国一家单晶炉的供应商,提出了定制化要求。
  宋阳告诉记者:“刚开始的时候它对于一个中国的厂商能够生产单晶叶片持怀疑态度,他们更多是想卖一台设备到中国来,但是并没有想帮助我们把这件事给做成。”
  2015年7月22日,成都航宇第一批产品出炉,合格率一鸣惊人。这家英国专业的单晶炉制造商不由得对这位行业新入者刮目相看。张政告诉记者:“这个成品率高到这个炉子的生产商都很高兴,他专门飞过来跟我们庆祝了一次,他做了几十年的这个专业设备,实验性开炉的第一炉产品,做到全球最高的成品率。”
  宋阳感慨地说:“我觉得中国这么多年的这个经验,凡是国外对中国进行封锁的,靠着我们自己的自力更生艰苦奋斗,我们都能够在这个领域取得突破。”
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