703所打破国外垄断、成功研发特殊功能风扇叶片侧记

文章来源:中国航天报 发布时间:2013-08-30
  日前,703所研发的特殊功能复合材料叶片已通过各项考核,产品完全满足使用要求,目前已通过验收并投入运行。这种应用于特殊环境下的叶片,将大大增强产品的运行效率,提升系统的综合性能。

  该所研发的叶片,使用的是碳纤维增强树脂基复合材料制造技术,该材料跨越专业的界限,在军民各个领域都有广阔的用武之地,其经济和社会价值都不容小觑。

  此前,这一材料制造的相关技术一直被国外垄断,703所的研发成果成功打破了这种垄断。

  这是一支初次涉足该领域的年轻团队,首次出击便胜过了从事该领域研究20余年的企业,他们是如何做到的呢?

  一切突破依靠创新

  703所研制的特殊功能叶片,较之国内以往的同类叶片,在技术上有了很大的飞跃,不仅能适应零下30℃的低温环境,而且还将转速适应能力较原先提高3倍,大大提升了叶片的工作性能,为实现更好的模拟效果提供了可能。

  “在叶片制造中,叶片力学性能和型面精度——也就是所谓的气动外形始终是一对难以调和的“冤家”,要保证产品力学性能,气动外形便达不到使用要求,要保证型面精度,力学性能便无法得到保证。”703所数字化制造中心主任游少雄说。

  该所数字化制造中心与结构复合材料研究应用中心的研发人员经过反复研究和试验,结合目前普遍使用的两种成型技术,创造出一种新的成型方法,彻底解决了力学性能和型面精度不可调和的矛盾,研制出的叶片既有足够的精度和强度,又具有优异的气动外形。在极端环境中运行时也不会变形。原理虽然看似简单,但研制人员坦言,其中的技术难度非常大。

  在进行技术创新的同时,研发人员还在材料上进行了新的尝试,新型碳纤维复合材料的使用让叶片“既轻又强”。“碳纤维复合材料密度小、模量高、抗变形能力强,比目前市场上普遍使用的玻璃钢材料更符合高质量叶片所需的特质。我们在使用碳纤维复合材料制造叶片时,从技术手段上有进一步的创新——在叶片内部填充高硬度的刚性泡沫,这更加减轻了叶片的重量。”结构复材中心研发组组长孙宝岗介绍道。

  在进行了一系列的创新之后,该所研制的特殊功能叶片综合性显著提高,在确保优异气动外形的同时,保证了叶片的强度,更大幅度地减轻了叶片的重量,大大节约了大系统运行时的电力消耗。游少雄介绍,制造的叶片投入使用之后,用户称赞说:“这是我们见过的最好的叶片!”

  重金难买的关键技术

  703所研制的特殊功能叶片打破了国外在这一领域的垄断。“这样的叶片国外报价非常昂贵,且对我国进行技术垄断和封锁,即使花重金从国外厂商购买,他们也不会将产品卖给中国用户。”游少雄说。该所自主研发生产的叶片价格远低于国外同类产品,更重要的是填补了我国在该领域的空白。

  “这种叶片目前虽然针对专业市场,但是关键技术的突破是最重要的,是具有战略意义的。”在孙宝岗看来,在这一领域能打破国外的垄断,拥有我们自己的技术,是当初着手研发该产品的最重要目的。

  此项技术的突破,还将为我国复合材料结构件研制提供思路和经验借鉴。“目前,复合材料结构件已广泛运用于火箭、卫星等重点宇航型号,在这些型号产品的关键部位发挥着重要作用,进一步提高复合材料构件在低温环境中的使用效果,对提升产品的综合性能具有重要意义。”孙宝岗说。

  该复合材料构件不仅能应用于叶片,还可以应用于其他各类低温环境,而密度小、模量高、强度高的特点,将会使这种复合材料构件大有可为,在型号产品中大展拳脚。

  据悉,703所还将开始研制在更加恶劣环境中使用的叶片,目前全世界只有2个团队掌握了制造这种叶片的技术,一个来自美国,一个是欧洲联合团队。产品研制成功之后,将进一步打破国外的技术垄断,提高我国复合材料叶片的研制水平。

  民用市场大有可为

  作为一种可使用于低温环境的复合材料构件,可以预见,703所自主研发的特殊功能叶片技术,未来在民用市场也将前景广阔。

  在飞机、船舶、鼓风机、风力发电机等大型设备上,这种复合材料构件将能完美适应极端低温环境,从而提升产品的综合性能,拓展产品的应用范围。

  该叶片的研发,是703所首次接触这个全新的领域,游少雄称承担此次艰巨任务的一个重要原因就是该所正在走军民融合发展之路,叶片研制结果吹响了703所“进军行动”的号角。另一个原因,就是想通过任务锤炼研制人员,研发团队的10多名成员大多为“80后”,经过此次任务的历炼,团队的研发能力、凝聚力都得到了提升,为将来承接更重大任务做好了准备。