新技術破解航空發動機熱力處理難題

科技日報訊 （記者張藴）記者7月9日從大連理工大學獲悉，該校機械工程學院青年學生團隊瞄準新一代戰鬥機的發動機熱力處理難題，經過3年技術攻關，研發出多介質高速射流分區可控的快速冷卻技術，為航空發動機中性能要求最高、製造難度最大的單體零件——高温合金渦輪盤的製造提供了關鍵解決方案。

高温合金渦輪盤是航空發動機中單體質量最大、性能要求最高的熱端零件之一，直接決定發動機的推重比和壽命。目前，我國主要使用的是“被動受冷”式的油淬工藝，無法對渦輪盤的不同區域進行梯度冷卻和組織調控。油淬過程還會產生明火和大量油煙，作業環境極為惡劣。

針對這一難題，大連理工大學“因材施熱”團隊經過數百次試驗攻關，創新提出“高速多介質射流+分區控冷”的新技術。該技術將微量冷卻水注入空氣射流，形成高速均勻的微細噴霧，結合液體冷卻能力強和氣體射流衝擊力大的雙重優勢，提升冷卻速率，確保盤件芯部冷得透。不僅如此，團隊還建立高速噴霧射流的計算機仿真模型，優化噴嘴佈局和射流參數，實現對不同區域的精準控温，確保分區冷卻速率控得住；開發仿真系統，動態預測冷卻過程中的温度變化和組織演變，確保梯度組織控得準。

最終實驗數據顯示，在1200℃極高温冷卻過程中，盤形件最高冷卻速率可達每分鐘673℃，與國際現有技術相比，冷卻速率提高3.75倍，控制範圍提高5倍多，晶粒尺寸範圍提高4倍多，冷卻速率與組織控制精度達到國際領先水平。

“我們的冷卻速率滿足了新一代航發渦輪盤的需求，接下來將繼續完善原理探究，加速實現研究成果的應用和轉化。”相關負責人史津赫表示。