中國研究人員正在開發一種新的超合金冷卻技術,該技術可能顯著提升高溫渦輪引擎部件的性能和壽命。這一進展可能對中國的下一代軍用航空計劃產生重要影響。
根據中國國家媒體《科技日報》的報導,這項創新可能是實現高級噴氣引擎的重要一步,包括為第六代戰鬥機和未來的超音速平台設計的引擎。
位於中國東北部的大連理工大學正在研究超合金渦輪盤的製造方法,根據《南華早報》的報導。這些盤是噴氣引擎的關鍵部件,支撐渦輪葉片,並必須在飛行中承受高溫和強大力量。它們對於將燃料燃燒產生的熱能轉換為推動飛機的旋轉力至關重要。
大連團隊通過開發一種使用高速度水霧均勻冷卻鍛造金屬的方法,聲稱在晶粒大小分佈上實現了四倍的改進,冷卻速度比傳統方法快 3.75 倍。在一次實驗中,一個超高溫盤在 1,200°C (2,192°F) 下以每分鐘 673°C (1,243°F) 的速度冷卻,這在中國的冶金研究中是一個不尋常的數字。
項目負責人施金和表示:「這一冷卻水平滿足新一代航空引擎的需求。我們將加速這些成果的應用和轉化。」這一公告標誌著材料工程的重要一步,可能幫助中國縮小與西方國家在引擎開發方面的技術差距。
渦輪盤的性能影響引擎的推力、效率和壽命。這對於中國的第六代戰鬥機計劃和超音速平台,面臨指數級增長的熱負荷尤為重要。儘管報導未量化對操作引擎性能的影響,但中國國防分析師已經強調了這項技術對超音速推進的重要性。
在基於渦輪的複合循環 (TBCC) 引擎中,這是一種超音速飛行最有前景的架構之一,渦輪部分必須在過渡到拉姆噴射或超音速噴射時承受極端溫度。高性能超合金是使這類引擎可行的基礎。
中國在為其第五代隱形戰鬥機 J-20 開發可靠引擎方面面臨困難。WS-10 引擎存在局限性,而更強大的 WS-15 引擎的開發耗時較長。直到 2023 年 7 月,搭載雙 WS-15 引擎的 J-20 原型機才開始飛行測試,這距離 J-20 首次推出已經超過十年。
這些延遲突顯了中國在製造世界級引擎方面的「心臟病」,這是中國軍事圈中的一個口語表達。然而,隨著 DD6 超合金在 WS-15 中的成功應用,以及報導中提及的更具耐熱性的 DD9 超合金正在為未來引擎開發,中國顯然在材料科學、精密製造和推進設計等多個領域不斷推進。
北京已將引擎技術列為其軍事現代化路線圖中的戰略優先事項。如果大連的技術能夠規模化生產,則有望改善渦輪盤的壽命,降低引擎故障率,並支持一類新型高推力、耐熱的推進系統,這正是超音速打擊和第六代空中優勢平台所需的。
這些實驗室的突破是否能轉化為操作能力尚待觀察,但明確的信號是,中國正在加速其引擎開發,以迎頭趕上並在大氣邊界競爭。
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