中國高超音速飛行器材料難題獲得突破

月亮灣拾貝 發佈 2023-04-01T16:38:22.324901+00:00

在很長的一段時間裡,熱障問題一直是個世界性的技術難題。2002年,范景蓮作為訪問學者在美國西北大學進修期間,美方曾經拋出百萬年薪,邀請范景蓮參加美國軍方六代機的材料研究項目。


高超音速飛行器在大氣飛行時,容易出現「熱障」問題。即表面在不斷升溫的情況下,飛行器會產生不同程度的不良反應。在很長的一段時間裡,熱障問題一直是個世界性的技術難題。


范景蓮就是我國攻克耐高溫材料的核心專家。2002年,范景蓮作為訪問學者在美國西北大學進修期間,美方曾經拋出百萬年薪,邀請范景蓮參加美國軍方六代機的材料研究項目。范景蓮拒絕了美方的邀請,並在進修結束後按期回國。從此,范景蓮開啟了不斷地填補我國航空材料領域空白的精彩人生。


㈠ 范景蓮的個人簡歷


1967年7月1日,范景蓮出生於湖南澧縣。1996年,范景蓮考入中南大學攻讀材料學博士,課題為難熔金屬鎢合金的研究,1999年獲得博士學位。


2002年作為國家高級訪問學者前往美國西北大學進修。現任中南大學教授、博士生導師,難熔金屬與硬質合金研究所所長,湖南省納米材料工程技術聯合研究中心副主任,長沙微納坤宸新材料有限公司董事長。


創新提出了「納米原位複合/微納複合」設計思想,開闢了「納米複合/納微複合高性能微細結構難熔鎢鉬複合材料」新領域,發展了納米/微納複合難熔鎢鉬材料製備技術與原理,開發出多種微細結構高性能難熔鎢鉬新材料。研究成果獲得國家技術發明二等獎1項,國家科技進步二等獎1項、省部級一等獎和二等獎各2項;申請或獲得國家發明專利65項、國際專利1項;出版專著2部、在國內外重要刊物和學術會議上發表論文近 300篇。


㈡ 攻克中國五代機殲-20材料難關


國際上對五代機定下的標準包括速度達到2馬赫速。殲-20是我國打造的第五代戰機。其中最棘手的是「熱障」問題,因為一直無法研製出新的耐高溫抗氧化材料,「熱障」成為我國的殲-20研製的攔路虎。


范景蓮回國後便著手解決高超音速飛行器遇到的熱障問題。經過數年的努力,她終於開創了「納米複合/納微複合高性能微細結構難熔鎢鉬複合材料」研究新方向,發明了高性能超高溫輕質難熔細晶鎢基複合材料。該材料具有抗高溫堅韌、長時間燒蝕和材料輕量一體化性能,其長時間抗燒蝕溫度達到2000攝氏度至3000攝氏度,足以滿足超高音速飛行器飛行的需求。使用該複合材料的殲-20,能以2.8馬赫的飛行速度持續巡30分鐘以上,成為了全球超音速巡航能力最強的戰鬥機。為此,范景蓮及團隊立下了汗馬功勞。


㈢ 繼續攻克東風17飛彈材料難題


剛剛攻克殲-20的材料難題,范景蓮又參與到東風17超高音速飛彈的材料攻關項目。


作為高超音速飛彈的東風17,必須長時間的保持極高的速度飛行在大氣層的邊緣,飛彈最前端承受的溫度最高。因此,其外面的耐熱材料必須足夠強,而傳統的金屬耐熱材料和陶瓷耐熱材料都達不到東風17的要求。


范景蓮帶領團隊在實驗室里通過成千上萬次的試驗,終於研製出滿足東風17飛彈性能要求的納米複合/納微複合高性能微細結構難熔複合材料,成功攻克了研製東風17飛彈的材料難題。


㈣ 六代機呼之欲出


就在各國還在竭爭取進入五代機領域之時,2022年11月5日美國突然對外宣稱,將試飛六代機。該新聞立刻引起全球範圍內的熱議。


讓人感到意外的是,美國急著發布的B-21機型是轟炸機,並不是嚴格意義上的六代機。所謂戰機代次,通常指的是戰鬥機。按照轟炸機的定義,第一代是B-52,第二代是B-1,第三代就是B-2,B-21最多只能算作四代轟炸機。究其原因,據說美國得知了中國即將發布轟-20,為了向世人宣示美國的戰機研究水平仍然是世界第一,便搶先發布B-21機型。


目前只有中美兩國有五代機服役。美國服役的第五代機有F-22和F-35。F22能在2.25馬赫速度下的超音速巡航時間超過了20分鐘。中國的五代機有殲-20,殲20在2.8馬赫速度下的超音速巡航時間超過了30分鐘。換句話說,殲20戰機成為了全球超音速巡航能力最強的戰鬥機。


六代機與五代機相比,有六大超越。


(一) 超扁平外形。六代機通過全翼身融合和大升阻比設計,使飛機在各種高度和各種姿態下的隱身性及機動性都得到了很好的兼顧。


(二) 超音速巡航速度將達到4馬赫。


(三) 超常規機動。六代機將具備超音速高機動和亞音速超常機動的能力。


(四) 超遠程打擊。六代機將在保持高隱身性的同時,更加注重遠程甚至超遠程打擊能力。


(五) 超維度物聯。能實現真正意義上的陸、海、空、天、電、網基於物聯網一體化操作。


(六) 超域界控制。未來的六代機,既可以是有人機,也可以是無人機。 通常無人機的續航時間是有人機的20倍,且機動性更強,打擊精度更高,應是六代機的主選方案。


㈤ 中國六代機的研發進度


中國戰機研製傳統是,服役一代,研製一代,預研一代。由此推算,中國已經開始六代機的研製。范景蓮不負眾望,又一次勇敢承擔起六代機的材料攻關任務。


范景蓮在尋找新式材料過程中,深受袁隆平院士研究雜交水稻方法的啟發,她開啟了「雜交金屬」的研究方法。她帶領團隊在實驗室里夜以繼日的嘗試,終於完成了「微納複合輕質難熔複合金屬」的製備。經過測試,范景蓮的微納複合輕質難熔複合金屬能耐受4000度的高溫。由此推算,我國的六代機如果釆用該種材料,甚至能輕鬆突破4馬赫的速度上限。


與此同時,我國六代機航空發動機技術也實現了突破,走到了世界同行的前列。有了這兩項關鍵領域的突破,我國六代機的性能和研發速度將遠超外界的預測。中國的超高音速飛行器研製水平在由跟跑進入到領跑新階段。

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