新技术破解航空发动机热力处理难题

科技日报讯 （记者张蕴）记者7月9日从大连理工大学获悉，该校机械工程学院青年学生团队瞄准新一代战斗机的发动机热力处理难题，经过3年技术攻关，研发出多介质高速射流分区可控的快速冷却技术，为航空发动机中性能要求最高、制造难度最大的单体零件——高温合金涡轮盘的制造提供了关键解决方案。

高温合金涡轮盘是航空发动机中单体质量最大、性能要求最高的热端零件之一，直接决定发动机的推重比和寿命。目前，我国主要使用的是“被动受冷”式的油淬工艺，无法对涡轮盘的不同区域进行梯度冷却和组织调控。油淬过程还会产生明火和大量油烟，作业环境极为恶劣。

针对这一难题，大连理工大学“因材施热”团队经过数百次试验攻关，创新提出“高速多介质射流+分区控冷”的新技术。该技术将微量冷却水注入空气射流，形成高速均匀的微细喷雾，结合液体冷却能力强和气体射流冲击力大的双重优势，提升冷却速率，确保盘件芯部冷得透。不仅如此，团队还建立高速喷雾射流的计算机仿真模型，优化喷嘴布局和射流参数，实现对不同区域的精准控温，确保分区冷却速率控得住；开发仿真系统，动态预测冷却过程中的温度变化和组织演变，确保梯度组织控得准。

最终实验数据显示，在1200℃极高温冷却过程中，盘形件最高冷却速率可达每分钟673℃，与国际现有技术相比，冷却速率提高3.75倍，控制范围提高5倍多，晶粒尺寸范围提高4倍多，冷却速率与组织控制精度达到国际领先水平。

“我们的冷却速率满足了新一代航发涡轮盘的需求，接下来将继续完善原理探究，加速实现研究成果的应用和转化。”相关负责人史津赫表示。