第二百一十三章 涡轮冷却

        肖卫国看了看会议桌边的三十余名技术人员，心里已经有了计较，昨天晚上他熬夜加班，总算是有了一个最好的解决办法，当然他只是从理论上知道，要最终实现解决涡轮叶片疲劳裂纹的问题，还是要靠在座的这些人。

        “各位设计师和工程师，你们辛苦了！”肖卫国感激地道，“为了风雷霆喷气发动机的研制你们付出了辛勤的汗水和努力，这些我们都看在眼里，记在心里。涡轮是喷气发动机当中热负荷和动力负荷最大的部件，所以在研制的过程中出现这样的问题也是再所难免的！毕竟我们这是在走别人从未走过的路。也许还会有更多的问题和困难在等着我们，但是只要我们认真想办法，是一定可以解决这些问题的。”

        说到这里，肖卫国拿起梅塞施密特面前的事故报告，大声道：“从你们的调查报告中，我已经发现了问题的根本所在。这次风雷喷气发动机涡轮叶片的裂纹不是由动力载荷导致的，所以解决这个问题的根本不在更换高温合金材料或是改进工艺。那么，这次风雷发动机在持久试车中产生的涡轮叶片裂纹究竟是什么原因产生的呢？大家可能没有注意到一个细节，那就是所有的裂纹都是穿过叶片的前缘或是后缘，并与叶片的边缘垂直！而且这一次裂纹主要集中在叶片的叶尖部位！这说明了什么呢？这说明引起裂纹的原因是热应力！”

        梅塞施密特都不知道肖卫国已经有了答案，听到他这样一说，顿时感觉这个问题似乎很快就将迎刃而解了，于是他很感兴趣地追问道：“菲利普，原来你早就有答案了啊！快说说看，为什么会是热应力导致的。咱们又有什么办法可以解决？”

        其余的技术人员也纷纷紧盯着肖卫国，他们很想知道，为什么肖卫国一来就知道了问题发生的原因，他们研究了好几天，却是一筹莫展，最后只能匆匆下了一个现在看来是严重错误的结论。实际上。这次肖卫国相当于是在给这些技术人员上了一堂生动的课，这样的机会可不多得，所以每一个人都认真地听，认真的记录着。

        肖卫国神情凝重地道：“大家要知道，影响高温涡轮转子叶片的低循环疲劳寿命的因素主要有热冲击产生的热应力、高速旋转离心载荷产生的拉伸力、气动力及金属材料性能等。涡轮叶片总寿命的大部分是在起动和停车过程中由于受瞬态热应力影响而损失的。所以由此看来，我们的基础试验研究做得还不够，所以才会出现这样的问题。那么解决这个问题最有效的办法是什么呢？不是使用新的高温合金材料，也不是靠降低涡轮前温度，相反今后我们要提高发动机的性能。主要就是靠提高涡轮前温度来实现。所以现在的问题来了，解决涡轮叶片疲劳裂纹的办法，就是要针对问题产生的原因来。既然是由于热应力导致的，又不能降低涡轮前温度，那么我们还可以通过其他的办法来降低涡轮叶片的工作温度嘛！”

        一名设计师突破激动地道：“我想到了！是不是可以引入冷空气，对发动机涡轮叶片进行冷却？而且，这个冷空气只能通过发动机涡轮叶片的内部，就像是活塞发动机的散热器一样！”

        肖卫国点了点头道：“你说得很正确！我们做为设计师和工程师。就是要多用发散性思维来思考问题。采用有效的冷却措施是发动机安全可靠工作的有力保证，也是降低高温材料成本的有效措施。今后我们要提高发动机的推力。主要就是靠提高发动机涡轮进口燃气温度来实现，但是高温合金材料的耐热温度总是有限的，这就要靠先进的设计来有效降低发动机涡轮特别是涡轮叶片的温度。我们的发动机涡轮叶片设计成中空，也就是为了对叶片进行冷却，但是目前我们的叶片冷却设计有问题，没有引入冷空气来对叶片进行冷却降温。这才产生了涡轮叶片疲劳裂纹。”

        梅塞施密特好奇地道：“菲利普，那我们应该怎么样设计，才能更好地对发动机涡轮叶片进行冷却呢？”

        肖卫国正色道：“我们要设计一套冷却系统。当然，对于冷却空气的引用，必须考虑到压力、流量和温度的问题。冷却空气可以从压气机中引出。不同级的空气压力是不同的，必须要保证冷却空气能够按一定的方向与速度，沿冷却表面进行流动，还要考虑排放冷却空气处的压力。冷却空气的流量取决于冷却的要求，需要全面考虑和设计调试，可以得用限流孔来调整和分流局部冷却空气量。冷却空气来自于压气机，每一级压气机的温度不同，有的本身就达到了二百多度，这样的空气就不适合用来冷却。”

        梅塞施密特点了点头道：“菲利普，你说的我也明白了。不过，仅仅是这一个冷却系统是不是能够充分保证发动机涡轮寿命达到设计指标呢？”

        肖卫国呵呵笑道：“其实这个冷却系统已经可以解决目前的问题了。当然，如果要使涡轮的寿命更长更有保证，也有其他的办法，不过那就不是一时半会可以用得上的，今后我们可以在后续的改进型号中应用那些新技术。我简单说说两个涡轮叶片疲劳强度提高的技术吧，一是表面强化，二是表面防护。”

        梅塞施密特好奇地道：“菲利普，你说说这两个技术具体是如何实现的吧!”

        “表面强化是提高涡轮叶片疲劳强度的有效方法之一，比如表面淬火和表面滚压。这些强化表面层的工艺措施可以提高涡轮叶片的表面硬度，从而减少涡轮叶片的表面损伤，而最主要的还是在涡轮叶片表面形成一层具有压缩残余应力的表面层。涡轮叶片的疲劳损坏是由其表面层所受的拉应力所引起的，表面层的残余压应力可以抵消一部分拉应力，从而使涡轮叶片的疲劳强度得到提高。涡轮叶片疲劳破坏一般都是从表面开始，而表面与高温燃气环境接触，这对疲劳强度影响很大。因此，采用合适的表面防护方法，使叶片表面与高温燃气环境隔离可以提高叶片的耐高温疲劳强度。涡轮叶片表面防护提高的措施研制一种高温涂层。”肖卫国侃侃而谈
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