科技自立自强之路:从一张草图到我国首个空心叶片

作者: 沈春蕾

来源: 中国科学报

发布日期: 2024-06-24 20:31:32

本文讲述了从1964年师昌绪接受研制空心涡轮叶片的挑战,到1965年成功试制出我国首个空心涡轮叶片,再到1966年装机测试成功,以及后续技术传承和发展的历程。这段历程体现了科技自立自强的精神,以及师昌绪等科研人员为国家科技进步不懈努力的决心。

从一张草图,到我国首个空心叶片,这是一段科技自立自强的历程。1964年寒冬的一天夜晚,时任航空研究院总工程师荣科敲开中国科学院金属研究所高温合金课题组负责人师昌绪的家门,带来一个在当时看来不可能完成的任务,希望金属所帮助研制航空发动机用的空心涡轮叶片。作为航空发动机的核心部件,涡轮叶片的承温能力直接决定发动机的工作效率。

国外研究发现,空心叶片可以通过内部冷却通道内的流动空气实现对叶片的冷却,由此提升叶片的整体承温能力。1961年,美国研制出空心涡轮叶片,其战机的飞行速度和作战性能大幅度提高。当时中国空军的主战飞机还是以苏联技术组装的歼-5,飞行速度只能达到亚音速水平。

当听荣科说国外已经有类似的产品时,师昌绪让他试着画出一张空心涡轮叶片的草图。拿着这张简单得不能再简单的草图,师昌绪当场表示愿意接受这个挑战。

很快,金属所时任领导迅速组织所内上百名科技人员,成立AB-1任务组,由师昌绪任组长,自此,空心涡轮叶片的攻关正式启动。任务组一开始就遇到一个大难题,如何在铸造的实心叶片中制出空心小孔?经过多次试验和讨论,任务组决定集中精力在石英管上狠下功夫。在金属所上下的集智攻关之下,1965年8月,师昌绪等人在简陋的铸造实验室里试制出我国首个9小孔铸造空心涡轮叶片。

1966年11月,第一台套气冷空心叶片正式进行装机测试,然而,装机测试才运行了不到5分钟,伴随着一声爆炸声,叶片飞了,宣告了第一次试车的失败。但师昌绪等人顾不得懊恼,当即组成失效分析小组,深入寻找事故原因,接着紧锣密鼓地修改,很快实现了二次试车成功。

成功铸造空心叶片是一项开拓性成果,它使我国涡轮叶片的发展一步迈上两级台阶,由锻造合金改为真空铸造,由实心叶片改为空心叶片,也使我国成为世界上第二个成功采用精铸气冷涡轮叶片的国家仅比美国晚5年。

1991年,25岁的楼琅洪加入金属所,他参与的第一项工作就是36兆瓦级地面燃机一级动叶的国产化项目。

楼琅洪回忆说,“该叶片为13孔空结构,跟9小孔铸造空心涡轮叶片相似度很高,不仅延续了师昌绪先生当年设计材料制造一体化的攻关思维,还传承了空心叶片铸造的技术路线。”燃气轮机有重型和轻型两类,其中重型燃气轮机是能源领域核心装备,被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”。在今年的中关村论坛上,“300兆瓦级F级重型燃气轮机完成总装”被列为开幕式发布的十大成果之一。

在这台样机装载的所有透平叶片中,金属所科研团队研制生产的数量占70%以上。

因铸造空心涡轮叶片的研制和推广工作,师昌绪荣获2010年度国家最高科学技术奖。在师昌绪的这一生中,他一直铭记着:“为国家做点事,是人生的第一要义。”这句话也一直影响着金属所乃至中国科学院一代又一代的科研人员。

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