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厉害了,航发有未“铼”!这家民企凭什么铸造出航空发动机最高的单晶叶片?(成都航宇)
送交者: x-file 2020-04-17 06:18:25 于 [世界游戏论坛]


铼比钻石更难以获取,价格高昂,2011年时平均价格高达每千克4575美元。镍铼高温合计可以广泛应用于制造喷气发动机的燃烧室、涡轮叶片和排气喷嘴。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,其在军事战略上有重要意义。其次,铼还是化工产业中重要的催化剂。

图2、通用电气的GE 7FA

镍高温合金加入铼后会提升其蠕变强度,铼合金一般含有3%至6%的铼。第二代合金的含铼量为3%,曾应用于F-16和F-15的发动机中。第三代单晶体合金的含铼量高达6%,应用于F-22和F-35的发动机中。铼合金还广泛应用于工业燃气涡轮发动机,比如GE 7FA。

随着民用喷气式客机的广泛应用,对于铼的需求也持续走高。例如CFM国际公司的CFM56高压涡轮(HPT)叶片便采用含量3%铼合金。

图3、单晶叶片示意图

美国《航空周刊(Space Week&Space Technology)》消息称,中国即将批量生产更为优秀的航空发动机。新发动机将适应更高的内部温度,拥有更出色的耐用性和性能,很可能装备在新型战斗机。与此同时,中国已经开始从国际市场上大量购买耐高温稀有金属材料,这种材料正是铼。

虽然,中国生产新型或改型发动机的具体消息没有进一步透露,但是该采购计划从2016年便陆续开始。航空发动机领域,军民不分家。该行为除了军事用途外,还将影响西方老牌航空燃气涡轮发动机制造商:罗伊斯·罗尔斯(罗·罗)、通用电气(GE)、普拉特·惠特尼(普惠)在民用航发市场的表现,这三家对于铼消耗占比为28%、28%和12%。其中Molymet与普惠达成价值6.9亿美元的铼供应协议,用于下一代Purepower发动机系列和F-135型军用发动机项目。

《航空周刊》还进一步报道,中国对铼的需求达到5吨/年的水平,这相当于全球产量的10%。假设洛克希德·马丁公司的F-35战机项目全力生产,普惠公司的F135发动机项目对铼的需求就会水涨船高。铼的应用标志着涡轮冶金技术的两大突破,它既能提升镍基高温合金的性能,还可用以制造单晶叶片的合金。

两项技术的应用能让涡轮保持在更高温度下工作,航发设计师就能加大涡轮压力,提升航发效率,亦或是发动机可以加快燃料燃烧速度,产生更大推力。工程师还可以将作业温度保持在较低水平,扩大实际作业温度和涡轮机最高容忍的温度差,延长设备寿命,提升航空发动机的耐用性和性能。

图4、《解放军报》相关报道

值得一提到是,我们的民企已经在航空发动机制造领域悄然发力,而且占据了上游的制高点。这一消息从前几日的《解放军报》上可以看出端倪,其用近一版的篇幅报道称,一家名为炼石有色的民营企业,依托对稀有金属铼的勘探发掘和含铼高温合金技术的应用,即将进军航空发动机领域,将为我国自主研发的航空发动机提供一流的单晶叶片。

2010年,技术人员在陕西省商洛市洛南县的钼矿中勘探到铼,矿钼储量为12.845万吨,伴生铼储量多达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。勘探出铼仅是万里长征第一步,如何掌握先进的铸造技术,并应用到航空领域,成为炼石有色董事长张政新的命题作文。

企业转型之路犹如滚石上山,张政清楚,他们不仅要承担市场风险,还要经历转型的阵痛,尤其是高端人才的短板。他深刻认识到,含铼单晶叶片是国外成熟技术,人才是制约中国在此领域突破的关键因素,而传统国营军工体制难以吸引相关海外高端人才。

为此,炼石有色成立了成都宇航,通过中组部“千人计划”引进了王立之,他先后供职于美国霍尼韦尔公司、英国史密斯宇航设备公司、美国GE公司航空系统部、英国罗·罗航空发动机公司。筑巢引凤,成都宇航以点带面的汇聚了一批相关航发专家团队。

人才、材料、技术、资本、政府支持和市场诉求,每个环节都可能是制约项目的关键因素。有了人才和技术,缺乏先进的设备让制造难以为继。于是他们又历经波折通过合法途径引进了先进设备,让产品线步入了正轨。

图5、被收购的加德纳公司

单一的铼产品并不具备竞争力,产品单一更会造成公司抗风险能力不足。航空业必须要到全球化的舞台上才有竞争力,在铼领域深耕多年的炼石有色决定出海历练,今年上半年更是斥资近28亿,收购加德纳公司(Gardner Aerospace)。

《航空周刊》报道,加德纳是欧洲最大的航空航天零部件和组件供应商。作为空中客车供应商之一,主要产品包括飞机的机翼前缘表层、发动机相关部件、起降设备、油泵罩等核心部件。其生产的零部件主要应用于宽体、窄体商用客机、直升机、引擎、其他飞行器、工业产品等。

加德纳在全球拥有超过1400名雇员,在英国、法国、波兰和印度有10家工厂。加德纳的财务稳健,预计下半年就会给炼石有色带来足量的业绩和现金流。此次交易不仅让炼石有色走向了国际,也将加德纳引入了中国。

不久前,加德纳航空全球旗舰工厂正式落户成都国际航空动力小镇。不远的将来,我们所乘坐的空中客车的飞机上将使用“双流造”的零部件,将为我国的航空零部件产业升级起到引领作用。

没有任何伟大的成就是轻松而一蹴而就,相比成立于1879年的通用电气、1906年的罗·罗和1925年的普惠,炼石有色在航空领域还是一名“新兵”,未来的发展道路肯定布满艰辛和荆棘。

各大航空发动机生产商为了寻求高性能材料耗费了无数金钱和时光,例如通用电气为了研制密度低耐高温的陶瓷基复合材料(CMC),它从1986年申请第一个CMC材料专利,到确认在LEAP发动机上使用陶瓷基复合材料制的涡轮罩环,用去了20年时间。普惠为了研发齿轮传统式涡扇发动机(GTF)更是耗资100亿美元。

一分耕耘,一分收获。应用GTF技术的普惠发动机将提升16%的燃油效率,还能减少50%的有害气体排放,还有75%的噪音减少量!

而这些核心技术是买不来的。

雄关漫道真如铁,而今迈步从头越。我们同样要对我国的航空发动机产业抱有信心和耐心。我国航发的发展不仅要有中国航空发动机集团等国有龙头企业,还要有深耕航空航天高端材料细分领域的民营企业。

就像《解放军报》中期望的那样,“相信,随着军民融合发展战略不断推进,民企参军热潮更加强烈,民企能够更好地发挥自身优势,为国防和军队现代化贡献更大力量。”返回搜狐,查看更多


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