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记者探访中科院西安光机所 揭秘航天器、飞机“心脏”中的关键核心技术

  央广网北京11月8日消息(记者朱敏)据中央广播电视总台中国之声《新闻晚高峰》报道,作为飞机和航天器的“心脏”,发动机是一种高度复杂和精密的机械,仅制造一台发动机便融合了众多高科技。

  在很长一段时间内,我国在生产飞机发动机等先进制造业方面短板突出,美日德等发达国家先进制造业的比重已超40%,但其装备对我国严密禁运。

  面对国际封锁,中国科学院西安光学精密机械研究所运用其研发的超快激光技术研制出工业化飞秒激光器,解决了传统加工方式难以实现的超精细、无损伤、无材料选择性等加工瓶颈,为航天器、大型飞机、汽车等战略性新兴产业领域提供重要的技术支撑,实现我国光子制造技术及装备0到1的突破。

  中科院西安光机所所属的一家企业制造现场,一台台高精密机械正在工作。机械虽大,但它加工的却是微小的金属叶片。而这片小小的叶片是用于航空航天动力系统上的关键零部件。西安光机所光子制造中心科研人员介绍,眼前的这台机器正在给叶片打孔,它运用的技术叫超快激光。他说:“超快激光也叫超短脉冲激光,它是一种最强硬的刀,不同于普通的激光,这种激光是一种不经过融化,会直接把材料汽化掉,类似于冰没有经过水而直接变成水蒸气这样一个过程。这里有一些叶片,叶片的气膜冷却孔就是我们制造的。你用手去摸它,没有任何缺陷,一般的加工很难做到这一点。”

  这项超快激光技术,由于其超短的作用时间,加工过程中理论上不产生热,因此称为“冷加工”,可解决传统加工方式难以实现的超精细、无损伤、无材料选择性等加工瓶颈,已成为各领域极端制造的最佳手段。作为极端精密的器件,航空航天发动机上一个微小的气膜孔都马虎不得。科研人员表示,如果气膜孔不够精密,对发动机的影响或许是致命的。“一方面寿命比较短,另一方面推力上不来。为什么叫气膜?因为它是从这个地方进入冷气,由于高速旋转,冷气从这个地方喷出来,贴着这个表面形成一个气膜,靠气膜隔绝外部的空气才能让它承受的环境温度能更高,环境温度越高,它最终的动力就越好。”科研人员说。

  西安光机所针对航空航天领域新一代叶片研制的高效超精细制造要求亟待解决的制造瓶颈,持续攻关,终于取得突破。

  西安光机所联合中科微精牵头负责中科院弘光专项项目“航空航天发动机极端精细制造装备”,目前已圆满完成第一阶段任务,转入第二阶段加速成果产业化。西安中科微精董事长、原西安光机所光子制造中心主任杨小君介绍:“在模块化、标准化、可靠性、稳定性改进设计的基础上,通过提升超快激光器及超快激光微加工装备性能,率先研制出三轴至七轴系列化飞秒激光高端精密制造装备,建成核心部件及系列装备中试生产线条,成功推广应用于航发集团、航天科工集团、立讯等70余家行业代表单位,解决了在研发动机三维构件复杂微结构精密制造‘卡脖子’难题,推动我国发动机自主研制进程。”

  杨小君表示,超快激光的广泛应用,使得我国在航空航天发动机关键零部件制造上,进入与国际先进水平并跑的阶段。他说:“从在航空航天应用这块来讲,我们的团队应该跟国际先进水平基本上处于并跑阶段。当然,在有些方面他们比我们优越,比如在半导体封装方面,我们跟国际上还是有差距。但我们在部分应用上也有自己的特色,甚至在有些指标运用上超越了国外的水平。比如微孔加工,我们在超深孔的加工上可以比国际的同行做得更深。整体上还是一个并跑的水准。”

  杨小君指出,下一步,西安光机所光子制造产业将聚焦国家重大战略工程和国民经济主战场精密制造“卡脖子”难题,采取“补短板、拓前沿”的发展策略,瞄准高端激光制造等领域。“建设中科院光子制造工程实验室,全面打通科研与产业桥梁,构建光子硬科技产业加速器,打造高端激光制造、光子芯片封装等新型光子制造产业。”他说。

  我国多地正在挖掘自身比较优势,瞄准“太空经济”,打造发展新引擎——这是吉林、海南、四川、湖北等地近来传递出来的新信号。在航天科技研发制造方面拥有比较优势的四川、黑龙江、湖北等地,也确立了面向太空发展航天产业的重要方向。

  重庆已逐渐走出自己的航空产业路,2018年5月17日7点33分,西部某发射基地,由中国民营企业零壹空间自主研制的OS-X型火箭“重庆两江之星”号首发成功。1月5日,重庆交通大学绿色航空技术研究院院士专家工作站在渝揭牌,中科院院士李应红助力重庆组建绿色航空技术研究院、重庆航空发动机零部件试验检测中心。

  11月16日,2018空天信息大会在杭州云栖小镇召开。参会者包括国内航天、航空领域的院士等专家,科研机构负责人,领军企业代表等。

  中科院西安光机所所属的一家企业制造现场,一台台高精密机械正在工作。机械虽大,但它加工的却是微小的金属叶片。而这片小小的叶片是用于航空航天动力系统上的关键零部件。

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