材料學(xué)院許慶彥團(tuán)隊(duì)研究成果獲北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)
????????2019年3月1日上午，北京市委、市政府召開北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)，大會(huì)表彰了為首都經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)的科技創(chuàng)新成果和科技工作者。在本次科技獎(jiǎng)勵(lì)中，清華大學(xué)材料學(xué)院許慶彥研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研究完成的《航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫合金葉片定向凝固多尺度建模與仿真技術(shù)及工程應(yīng)用》項(xiàng)目榮獲北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
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許慶彥研究員在北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)現(xiàn)場 （金海鵬 攝）
????????航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的心臟，是國之重器。航空發(fā)動(dòng)機(jī)體現(xiàn)了國家的工業(yè)基礎(chǔ)、科技水平和國防實(shí)力，被譽(yù)為現(xiàn)代制造業(yè)的“皇冠”。其熱端部件（如渦輪盤和渦輪葉片）的制造技術(shù)直接影響和制約了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的水平。渦輪葉片的工作環(huán)境非常惡劣，溫度高達(dá)1700?C、轉(zhuǎn)速高達(dá)13000轉(zhuǎn)/分，對(duì)葉片的材料和結(jié)構(gòu)都提出了嚴(yán)格的要求。目前，渦輪葉片采用鎳基高溫合金制造。為了抵抗高溫、高速的惡劣工作條件，其組織已經(jīng)從等軸晶發(fā)展為柱狀晶和單晶，葉片結(jié)構(gòu)也原來的實(shí)心改變?yōu)楝F(xiàn)在的復(fù)雜空心結(jié)構(gòu)（為了進(jìn)行冷卻）。高溫合金中通常含有十幾種主要元素，而葉片又具有薄壁、空心、三維空間復(fù)合彎扭、截面突變等結(jié)構(gòu)特征，最薄的地方不到0.5mm，且液-固轉(zhuǎn)變不可視，導(dǎo)致其制造是難上加難。單晶葉片的制造被工業(yè)界稱為制造業(yè)“皇冠上的明珠”，代表了當(dāng)今的制造技術(shù)最高水平?！爸袊圃?025”和“兩機(jī)專項(xiàng)”將發(fā)展先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為國家重要戰(zhàn)略任務(wù)。單晶高溫合金渦輪葉片是我國研制先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的瓶頸之一，存在一些亟需解決的制造問題，如葉片合格率較低、復(fù)雜結(jié)構(gòu)葉片研制困難等。
????????許慶彥團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)率先開展了航空發(fā)動(dòng)機(jī)單晶高溫合金渦輪葉片建模與仿真的系統(tǒng)深入研究，研發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單晶高溫合金定向凝固多尺度模擬軟件系統(tǒng)。該獲獎(jiǎng)項(xiàng)目對(duì)單晶高溫合金渦輪葉片定向凝固過程開展了宏、微觀多尺度耦合建模，既能模擬宏觀的溫度場、溶質(zhì)場，以及介觀晶粒度，近能模擬枝晶的生長。項(xiàng)目成果已成功應(yīng)用于渦輪葉片的制造，是國內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)單晶渦輪葉片研制中首次應(yīng)用的國產(chǎn)軟件，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，打破了跨國公司的軟件壟斷，顯著提升了我國單晶渦輪葉片的制備技術(shù)水平，為先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。
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圖? 單晶葉片定向凝固過程多尺度耦合模擬
????????該獲獎(jiǎng)項(xiàng)目是由清華大學(xué)牽頭，中國航發(fā)北京航空材料研究院和中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司共同參與完成。材料學(xué)院許慶彥研究員為該項(xiàng)目的第一完成人。許慶彥研究團(tuán)隊(duì)長期致力于材料加工過程計(jì)算機(jī)建模與仿真方面的基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用工作，取得了一些重要研究進(jìn)展。目前項(xiàng)目成果在中國航發(fā)北京航空材料研究院、中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司等單位開展了工程應(yīng)用，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。該方面的研究受到國家重大研究計(jì)劃、各部委及企事業(yè)單位等的支持。
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