从一张草图，到我国首个空心叶片 | 科技自立自强之路

“什么是空心叶片？

我从来没听说过，也没见过。”

1964年寒冬的一天夜晚

时任航空研究院总工程师荣科

敲开中国科学院金属研究所

（以下简称金属所）

高温合金课题组负责人师昌绪的家门

他了解金属所一直在研发铸造高温合金涡轮叶片

因此他带来一个在当时看来不可能完成的任务

希望金属所帮助研制航空发动机用的空心涡轮叶片

作为航空发动机的核心部件

涡轮叶片的承温能力

直接决定发动机的工作效率

国外研究发现

空心叶片可以通过内部冷却通道内的流动空气

实现对叶片的冷却

由此提升叶片的整体承温能力

1961年，美国研制出空心涡轮叶片

其战机的飞行速度和作战性能大幅度提高

当时中国空军的主战飞机

还是以苏联技术组装的歼-5

飞行速度只能达到亚音速水平

（低于340米/秒）

美国有了，中国能干成吗？

当听荣科说国外已经有类似的产品时

师昌绪让他试着画出一张空心涡轮叶片的草图

拿着这张简单得不能再简单的草图

师昌绪当场表示

愿意接受这个挑战

▲铸造空心涡轮叶片的图纸。

很快

金属所时任领导迅速组织所内上百名科技人员

成立AB-1任务组，由师昌绪任组长

自此，空心涡轮叶片的攻关正式启动

任务组一开始就遇到一个大难题

如何在铸造的实心叶片中制出空心小孔？

常规的制孔方法是

在铸造模壳内适当位置预置一些细丝（又称型芯）

待叶片浇铸后

再用化学方法将这些细丝溶解掉

形成带有小孔的叶片

这对材料提出了严格的要求

不过当课题组试验了多种细丝材料后

小孔中的溶丝均未获得成功

正当众人为型芯材料的选择一筹莫展的时候

一本外国杂志上的细石英管广告

为大家打开了思路

广告里的石英管带有弯角

与叶片小孔上的弯角非常相似

经过讨论分析

任务组决定集中精力在石英管上狠下功夫

在金属所上下的集智攻关之下

1965年8月

师昌绪等人在简陋的铸造实验室里

试制出我国首个9小孔铸造空心涡轮叶片

1966年11月

第一台套气冷空心叶片正式进行装机测试

车间外围满了人

大家满心期待

然而，装机测试才运行了不到5分钟

伴随着一声爆炸声

叶片飞了

宣告了第一次试车的失败

但师昌绪等人顾不得懊恼

当即组成失效分析小组

深入寻找事故原因

接着紧锣密鼓地修改

很快实现了二次试车成功

成功铸造空心叶片是一项开拓性成果

它使我国涡轮叶片的发展一步迈上两级台阶

由锻造合金改为真空铸造

由实心叶片改为空心叶片

也使我国成为

世界上第二个成功采用精铸气冷涡轮叶片的国家

仅比美国晚5年

▲1968年，师昌绪（左二）、朱耀霄（左一）等在发动机制造厂检查发动机涡轮盘。

1991年，25岁的楼琅洪加入金属所

他参与的第一项工作就是

36兆瓦级地面燃机一级动叶的国产化项目

楼琅洪回忆说

“该叶片为13孔空结构

跟9小孔铸造空心涡轮叶片相似度很高

不仅延续了师昌绪先生

当年设计材料制造一体化的攻关思维

还传承了空心叶片铸造的技术路线。”

燃气轮机有重型和轻型两类

其中重型燃气轮机是能源领域核心装备

被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”

在今年的中关村论坛上

“300兆瓦级F级重型燃气轮机完成总装”

被列为开幕式发布的十大成果之一

在这台样机装载的所有透平叶片中

金属所科研团队研制生产的数量占70%以上

F级重型燃气轮机的进气温度约1450摄氏度

是目前国际、国内在役的主流机型

楼琅洪介绍

“我们突破了目前国内最大的该系列燃机的等轴晶

以及定向空心透平叶片的精密铸造技术。”

▲我国自主研制300兆瓦级F级重型燃气轮机首台样机总装下线。

因铸造空心涡轮叶片的研制和推广工作

师昌绪荣获2010年度国家最高科学技术奖

在师昌绪的这一生中

他一直铭记着：

“为国家做点事，是人生的第一要义。”

这句话也一直影响着金属所乃至中国科学院

一代又一代的科研人员

▲师昌绪。本文均为金属所供图

阅读全文请见

来源：中国科学报

责任编辑：王颖