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西工大取得「炸裂」式技術突破,中國戰機又可以升級換代了

2024-07-22科技

導語

在中國空間站中,或許你早已習以為常,然而,這卻是一位老師居然讓學生們試驗煉金術的地方,因為它的微重力環境可以使材料的內部結構變得不同。

西北工業大學的一位教授正是利用這一點,對超高溫合金這一材料進行了研究,研究也取得了突破。

那麽超高溫合金作為誰的材料,我們又有什麽用呢?

超高溫合金的用處。

在現代航空發展歷史上,航空發動機,特別是燃氣渦輪發動機的發展歷程也可以說是現代金屬材料發展的縮影。

1941年,英國的維克托利亞女王街上,一架佛萊機註定將毫無生氣的圖畫院暗淡的墻壁破開。

陳舊的內燃機嘶嘶作響,扇動著翅膀,帶著火焰,仿佛來自神話中火焰神的鳳凰,從陰暗的房間中鉆了出來。

這是當年被英國政府征用,帶著自家剛畢業的員工們做起軍品的努力的英國科能航空公司的第二架全金屬飛機,也是全世界第一架全金屬飛機。

烤幹的油漆在機翼的末尾留下紅色的火炬。

這架飛機「單尾」有著鵝蛋型的軸體突然從地面這端沖起來,拉著一串拖尾煙,徐徐升空。

飛行器行業的「史前史」正式完結。

從此,人類的飛行就真正踏上了金屬時代。

1941年,全金屬飛機動力系統的藍本也已完成了。

只不過就是一台內燃機,但是在這台機子裏面,已經有了航空發動機的雛形。

燃氣渦輪發動機的誕生,正是現代航空工業取得重大進展的產物,而在例如美國的F-22、F-35等新一代隱形戰鬥機中,所使用的航空發動機,就完全由燃氣渦輪發動機構成。

在燃氣渦輪發動機所發出的溫度最高可以達到2000攝氏度,這就需要航空發動機零件有足夠的耐高溫能力,因此這個時候,超高溫合金就有了用武之地。

在航空航天領域,超高溫合金又被稱為高溫合金,可以說其名已經十分的昭示著它的用途,那就是在高溫、氣體流動環境下工作的時候,作為零部件材料使用。

因為空氣與燃料在發動機的燃燒室中燃燒時的溫度很高,有超高溫合金修復方面的研究人員的統計分析,在飛機實際飛行時,飛機的發動機的工作溫度很高,一般在1250攝氏度以上,甚至在1600攝氏度以上。

在航空發動機工作時,需要耐高溫合金材料的占30%左右,這30%又大部份集中在轉子,它占據轉子的20%。

在國產高鐵,現在速度最高的復興號上,也是使用燃氣渦輪發動機,而且地鐵、高鐵的路線和站點,大部份都是在比較狹窄的通道和路段中,空間十分狹小的地方,大部份都采用隧道,因為這樣可以有效的節約空間。

地鐵、高鐵和飛機一樣,帶動的是八仙過海,各顯神通,都在為人們的出行提供更便捷而舒適的出行環境。

在這些狹小的空間中,高鐵、地鐵的發動機在燃燒空氣與燃料的過程中,同樣也會形成非常高的溫度,因此超高溫合金在高鐵、地鐵等交通工具中的套用,也是不可或缺的。

在電力、石油化工等行業中,同樣也需要使用燃氣渦輪發動機,因此超高溫合金,在其他高溫環境的地方,也是十分的重要。

超高溫合金的研究。

在中國空間站中,只要把裝有樣品的載體放入實驗箱,機器人即可為它提供電力和耗材,能夠在上面充分的完成實驗研究。

這樣的情況下,西北工業大學的張建華和他的團隊,就可以在真正的無重力條件下,對超高溫合金材料進行研究。

這種從無重力到有重力的轉變,可以讓研究人員看到不同的微觀世界,可以想象成海洋生物,是生活在不同深度中的魚類。

海中的魚在地球上其實已經是無數了,但是往往人們對於它們的了解,卻只是在深度較淺的水域中的魚的種類和習性,正是因為不能進入海洋深處的原因。

顯然,中國的空間站可以幫助我們更全面的了解這些有著無限可能的微觀世界,幫助科研人員們在沒有被深海壓力限制的狀態下,深入了解材料的特性。

或許有人會問,無重力會影響材料的研究嗎?

事實上,太空人在太空中做實驗的時候,才會遇到真正的無重力,而大部份情況下,人類所處的都是微重力環境。

在微重力環境中,研究人員可以對材料的內部結構、熱傳導、液態流動等等進行無條件的觀察,這對於材料科學而言,是一次非常寶貴的體驗。

張建華教授所做的第一項無重力試驗,正是控制鈮合金的微觀組織結構和宏觀形狀。

並且,張建華教授和他的團隊已經對材料科學中相關的六種合金進行了實驗。

由於這些合金不同於我們所熟悉的低熔點材料中的低溫現象,在高溫條件下,往往會出現流化狀態,同時,由於密度差的原因,合金熔體的上部將比下部輕,致使熔融狀態的材料在不受外力的作用下,也會出現液相表面的不平整現象。

在地球上,這是看不見的,但是只要一進入微重力空間,就會出現,張建華團隊最終的實驗結果也證實,材料流動的最大特點,就是「上懸下浮,上面薄下面厚」。

另一方面,高溫條件會讓液體部份的分子結構發生變化,處於極化狀態,使材料部份原子的電子從熔液表面流向熔液表面,從而改變了邊界的形態。

中國空間站未來。

我們似乎已經習慣了在太空中進行這種無重力環境的研究,然而目前為止,太空中的試驗只是一枚銀牌,過去的光輝是他的前牌,它的後邊還有很多的備註牌,前方也有著未知的星辰等待著人們去探索。

人們自然不能無限制的重復使用這枚銀牌,所以中國人民的太空夢並不會止步於此,前輩們的努力也並沒有過去,而是值得我們回顧和繼續努力的。

伴隨著前輩們的努力,中國人的太空夢才會越來越成熟,人們的探索也會一發不可收拾。

因此從太空中,我們所收獲到的,不僅僅是一個個神奇的實驗結果,更重要的是為未來人類探索太空資源史無前例的經驗。

而人們對於太空的探索,早已滲透進人們的骨血中了,從此之後的人類,難道還有什麽擋得住的嗎?

以少勝多,百戰必勝,中國的太空夢也必定會如此。

還有一句話,沒有最強,只有更強,在這片更加無垠的太空中,我們有著無數個更強者的等待和可能。

結語

中國空間站,是中國人民為了太空探索準備的一枚銀牌,是人們最好的輔佐,而現在,它所帶來的,正是前輩們用心靈和汗水凝聚成的經驗,這是中國人民最自豪的,我們將繼續進行太空探索,不斷前行。

西北工業大學的張建華教授研究團隊取得這項突破式進展,不僅為戰鬥機的效能升級和換代做出了重要貢獻,也是為了更好地支持國家的重大戰略需求,同時也為材料科學研究的發展做出了貢獻。