不怕2400度高温 中国六代机,将使用太空叶片 | |
www.wforum.com | 2024-07-20 17:10:43 每日评述 | 0条评论 | 查看/发表评论![]() |
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“中国空间站超高温合金材料”取得了新的进展。这个项目是西北工业大学科研团队主导的,关键词“超高温合金”,这是什么技术,有什么用呢? 评论区经常看到一个说法“中国航天跟我月薪三千”有什么关系,今天的文字就可以反驳这种观点。 西工大这个“超高温合金”材料,其中包括了金属铌合金。 铌(Nb)原子序数41.是一种耐高温的金属,熔点高达2400多摄氏度,而如果跟其他元素融合到一起组成铌合金,不仅可以耐高温、耐腐蚀,而且在上千度高温的状态下,仍然具有非常好的力学特性。 所以超高温合金一般用在哪里?用在航空发动机的核心机上面,而涡扇发动机又是飞机的“心脏”。铌合金是其中一种,另外还有钴、钼、镍等元素合金。 (西工大铌合金,在空间站试验返回的样本) 比如说涡扇发动机的高压涡轮,是世界上工况最恶劣的零件,每分钟转速10000转以上,温度达到1800摄氏度。 尤其是咱们第六代战斗机使用的下一代发动机,理论推重比可能超过15.高压涡轮的进气温度可能达到2100摄氏度以上,已经远远超过了一般发动机的高温合金的熔点。 那如果你想搞第六代战斗机,就必须突破超高温合金的技术。 耐高温还只是迈过了门槛而已,涡扇发动机超高温合金材料,还有3个基本指标,一是高温强度,二是室温韧性,三是高温抗氧化性。 高温强度很好理解,一块铁烧红了就会变软,但是超高温合金不允许变软,2000度高温下依然要够硬; 室温韧性也很好理解,很多非金属陶瓷材料也能耐高温,但是在常温下却非常脆,撞一下就碎掉了,这也不行; 高温抗氧化性这个稍微抽象一点,大家看打铁的时候,总是有一层残渣掉下来,因为温度太高了,铁的表面跟空气中的氧气反应,变成氧化铁脱落。 六代机想象图 但是发动机的叶片在2000多度的高温下,依然要保持几乎不跟氧气反应,你想想这个要求有多难。高温不变软、不氧化,低温又不能变脆,这三个要求必须同时满足,简直太难了。 这还不是最难的,最难的是,要把这种超高温合金,非常精确地加工成高压涡轮叶片的形状,大家看这个叶片的剖面,必须精确符合翼型曲线,而且叶片里面还是空心的,有非常精密的管路,低温空气在里面循环,给叶片散热用的。 空心叶片 如果你想研制出更好的发动机,就必须对超高温合金材料进行彻底的分析研究,想办法找到更好的冶炼配方,从而提高这3个基本指标。 但是在地面上,想对两三千摄氏度的金属做物理特性研究,很困难,你可能连容器都很难找到,容器就算能扛得住两三千度的高温,容器跟实验材料接触的那个接触表面,也可能会在高温下发生反应,污染试验样本。 那怎么样避免容器跟实验材料接触呢? 科学家们就想到,地面上很难,但是到了太空就可以了,微重力环境下,铌合金可以悬浮在容器里面,根本就不接触容器表面,然后用微波或电磁感应加热到两三千度,这样就可以彻底避免容器耐高温和污染样本的问题。 (悬浮在微重力环境下的超高温合金) 所以从2021年9月份开始,西北工业大学的科研团队,挑选了三批超高温合金的试验样品,分别搭乘天舟三号、天舟四号、天舟五号货运飞船,进入了中国空间站。其中第一批样品当中就有36种不同配方的铌合金。 咱们空间站上面有两个专门的实验柜,一种是“高温材料科学实验柜”,还有一个“无容器材料实验柜”,给这些超高温合金,提供了绝佳的实验环境。 在航天员的操作下,西工大的研究团队拿到了很多宝贵的实验结果;实现了对铌合金在微重力环境下的加热、熔化、降温、过冷、凝固等一系列物理实验。 这就意味着,我们以后甚至可以把一些非常特殊的零件,放到太空环境下去冶炼、加工制造,可以在太空研究制造发动机的高压涡轮叶片。 那不光是第六代战斗机、隐身轰炸机,还有C919、C929这些民用客机,它们未来的国产涡扇发动机,都可能用上太空叶片。 除了这种铌合金,还有一种锆合金,这个更不得了,锆的原子序数是40.跟其他金属搭配做成锆合金,具有非常低的热中子吸收截面,而且非常耐腐蚀,用来做成核反应堆的燃料棒外壳。 也就是说你想造出性能更强大的核电站、核动力航母、核潜艇,就必须研究出更好的锆合金材料。 跟铌合金一样,从2021年开始,也有几十种不同配方的锆合金,被送上了中国空间站,科学家们不仅发现了跟地面上完全不一样的材料内部变化,更神奇的是,由于失重,锆合金融化和凝固的过程跟地面上也不一样了,出现了新的漩涡状组织结构,这些成果,以后就很可能会用到核电站、核航母的反应堆上面去。 (新的旋涡结构) 锆合金还有一个好处,就是耐磨、耐腐蚀,可以做成人造关节,未来可以拯救更多的病人。 那说到这里大家就可以做个总结了,中国空间站,那就是一个高科技的孵化器,以后我们可能在太空研究和生产很多稀有零件,应用在国防、生物医疗、计算机等关键领域。就像你打游戏升级装备,很多极其稀有的装备,可能必须在太空中才能研究出来。 所以说,只有发展航空航天这些高科技,才能为我们普通人的生存提供基础。发展高科技,把蛋糕做大,大水漫灌,缓解内卷,普通人的收入才有起码的保障。 如果我们不搞空间站,不开发太空资源,我们产业升级可能就很慢,你别说月薪3000的工作都保不住,很可能连和平的环境都保不住,“落后就要挨打”。 我们曾经错过了大航海时代,现在绝对不能错过航天时代,太空就是人类最后的边疆,我们必须勇敢探索,造福子孙后代。 |
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