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西工大取得「炸裂」式技术突破,中国战机又可以升级换代了

2024-07-22科技

导语

在中国空间站中,或许你早已习以为常,然而,这却是一位老师居然让学生们试验炼金术的地方,因为它的微重力环境可以使材料的内部结构变得不同。

西北工业大学的一位教授正是利用这一点,对超高温合金这一材料进行了研究,研究也取得了突破。

那么超高温合金作为谁的材料,我们又有什么用呢?

超高温合金的用处。

在现代航空发展历史上,航空发动机,特别是燃气涡轮发动机的发展历程也可以说是现代金属材料发展的缩影。

1941年,英国的维克托利亚女王街上,一架佛莱机注定将毫无生气的图画院暗淡的墙壁破开。

陈旧的内燃机嘶嘶作响,扇动着翅膀,带着火焰,仿佛来自神话中火焰神的凤凰,从阴暗的房间中钻了出来。

这是当年被英国政府征用,带着自家刚毕业的员工们做起军品的努力的英国科能航空公司的第二架全金属飞机,也是全世界第一架全金属飞机。

烤干的油漆在机翼的末尾留下红色的火炬。

这架飞机「单尾」有着鹅蛋型的轴体突然从地面这端冲起来,拉着一串拖尾烟,徐徐升空。

飞行器行业的「史前史」正式完结。

从此,人类的飞行就真正踏上了金属时代。

1941年,全金属飞机动力系统的蓝本也已完成了。

只不过就是一台内燃机,但是在这台机子里面,已经有了航空发动机的雏形。

燃气涡轮发动机的诞生,正是现代航空工业取得重大进展的产物,而在例如美国的F-22、F-35等新一代隐形战斗机中,所使用的航空发动机,就完全由燃气涡轮发动机构成。

在燃气涡轮发动机所发出的温度最高可以达到2000摄氏度,这就需要航空发动机零件有足够的耐高温能力,因此这个时候,超高温合金就有了用武之地。

在航空航天领域,超高温合金又被称为高温合金,可以说其名已经十分的昭示着它的用途,那就是在高温、气体流动环境下工作的时候,作为零部件材料使用。

因为空气与燃料在发动机的燃烧室中燃烧时的温度很高,有超高温合金修复方面的研究人员的统计分析,在飞机实际飞行时,飞机的发动机的工作温度很高,一般在1250摄氏度以上,甚至在1600摄氏度以上。

在航空发动机工作时,需要耐高温合金材料的占30%左右,这30%又大部分集中在转子,它占据转子的20%。

在国产高铁,现在速度最高的复兴号上,也是使用燃气涡轮发动机,而且地铁、高铁的路线和站点,大部分都是在比较狭窄的通道和路段中,空间十分狭小的地方,大部分都采用隧道,因为这样可以有效的节约空间。

地铁、高铁和飞机一样,带动的是八仙过海,各显神通,都在为人们的出行提供更便捷而舒适的出行环境。

在这些狭小的空间中,高铁、地铁的发动机在燃烧空气与燃料的过程中,同样也会形成非常高的温度,因此超高温合金在高铁、地铁等交通工具中的应用,也是不可或缺的。

在电力、石油化工等行业中,同样也需要使用燃气涡轮发动机,因此超高温合金,在其他高温环境的地方,也是十分的重要。

超高温合金的研究。

在中国空间站中,只要把装有样品的载体放入实验箱,机器人即可为它提供电力和耗材,能够在上面充分的完成实验研究。

这样的情况下,西北工业大学的张建华和他的团队,就可以在真正的无重力条件下,对超高温合金材料进行研究。

这种从无重力到有重力的转变,可以让研究人员看到不同的微观世界,可以想象成海洋生物,是生活在不同深度中的鱼类。

海中的鱼在地球上其实已经是无数了,但是往往人们对于它们的了解,却只是在深度较浅的水域中的鱼的种类和习性,正是因为不能进入海洋深处的原因。

显然,中国的空间站可以帮助我们更全面的了解这些有着无限可能的微观世界,帮助科研人员们在没有被深海压力限制的状态下,深入了解材料的特性。

或许有人会问,无重力会影响材料的研究吗?

事实上,宇航员在太空中做实验的时候,才会遇到真正的无重力,而大部分情况下,人类所处的都是微重力环境。

在微重力环境中,研究人员可以对材料的内部结构、热传导、液态流动等等进行无条件的观察,这对于材料科学而言,是一次非常宝贵的体验。

张建华教授所做的第一项无重力试验,正是控制铌合金的微观组织结构和宏观形状。

并且,张建华教授和他的团队已经对材料科学中相关的六种合金进行了实验。

由于这些合金不同于我们所熟悉的低熔点材料中的低温现象,在高温条件下,往往会出现流化状态,同时,由于密度差的原因,合金熔体的上部将比下部轻,致使熔融状态的材料在不受外力的作用下,也会出现液相表面的不平整现象。

在地球上,这是看不见的,但是只要一进入微重力空间,就会出现,张建华团队最终的实验结果也证实,材料流动的最大特点,就是「上悬下浮,上面薄下面厚」。

另一方面,高温条件会让液体部分的分子结构发生变化,处于极化状态,使材料部分原子的电子从熔液表面流向熔液表面,从而改变了边界的形态。

中国空间站未来。

我们似乎已经习惯了在太空中进行这种无重力环境的研究,然而目前为止,太空中的试验只是一枚银牌,过去的光辉是他的前牌,它的后边还有很多的备注牌,前方也有着未知的星辰等待着人们去探索。

人们自然不能无限制的重复使用这枚银牌,所以中国人民的太空梦并不会止步于此,前辈们的努力也并没有过去,而是值得我们回顾和继续努力的。

伴随着前辈们的努力,中国人的太空梦才会越来越成熟,人们的探索也会一发不可收拾。

因此从太空中,我们所收获到的,不仅仅是一个个神奇的实验结果,更重要的是为未来人类探索太空资源史无前例的经验。

而人们对于太空的探索,早已渗透进人们的骨血中了,从此之后的人类,难道还有什么挡得住的吗?

以少胜多,百战必胜,中国的太空梦也必定会如此。

还有一句话,没有最强,只有更强,在这片更加无垠的太空中,我们有着无数个更强者的等待和可能。

结语

中国空间站,是中国人民为了太空探索准备的一枚银牌,是人们最好的辅佐,而现在,它所带来的,正是前辈们用心灵和汗水凝聚成的经验,这是中国人民最自豪的,我们将继续进行太空探索,不断前行。

西北工业大学的张建华教授研究团队取得这项突破式进展,不仅为战斗机的性能升级和换代做出了重要贡献,也是为了更好地支持国家的重大战略需求,同时也为材料科学研究的发展做出了贡献。