启航工业二期工程已经竣工。
一排排高大整洁的厂房林立其中,带来一种极具享受的科技感。
今日不同往日。
动力系统研究院内,高压压气机转子台架测试间被合金隔板完全封闭。
外面是新搭建的SGI集群总控室。
韩栋站在王雷和李响的控制台后,面前的屏幕上,高压压气机叶片的实时形变模型正在运行。
叶片代号“青锋”,采用了启航的DZ-06A轻量化合金,叶尖部分嵌入了微米级的压电陶瓷驱动元件。
领航者一号的总设计师周士浦眉头锁着。
“韩总,压气机一万八千转每分钟,叶尖速度超音速工作,这是领航者一号核心机的最大挑战。”
“我们上次把响应时间压到了八十九微秒,叶片扭转精度零点八微米,但那只是预演。”
周士浦指着屏幕上叶片的模型。
“现在难点是,如何实现对气流的主动驯服,避免非稳态激波在跨音速区域形成。
燃烧室的浮动壁是毫秒级响应,压气机必须是微秒级。”
陆先进在旁点头。
“没错,八十九微秒里,材料自身的物理响应,占了三十微秒。”
“剩下的五十九微秒,是计算、传导、驱动的时间。
我们不能再压缩材料响应了,DZ-06A合金的极限就在那儿。”
王雷操作着控制台,调出SGI集群的算力分配图。
“计算中心这里,我们已经把所有与叶片无关的流场模型都降级了。
现在主要瓶颈,在于气流信息采集与指令生成之间的延迟。”
李响接话。
“周总工的测控系统发回激波信息,SGI要快速识别、预测路径,然后算出叶片需要扭转的角度和力度,这个过程,目前需要四十五微秒。”
“这四十五微秒,就是我们的死区。”
韩栋没有说话,他盯着屏幕上那个正在以万倍速度运行的流场模型。
气流冲击叶片,激波形成、脱落、再形成,叶片需要像呼吸一样,在十万分之一秒的时间尺度里完成自我调整。
秦远山轻叹一声。
“这种微米级的主动形变,稍慢一步,叶片就会被气流扯碎。”
他看向韩栋。
“材料端,我们遇到的第一个大问题,是驱动元件与DZ-06A合金的连接。
压电陶瓷元件需要被牢固地集成到叶片根部,但它与合金的热膨胀系数、弹性模量差异太大。
在极端转速和温度下,这个界面就是叶片最脆弱的地方。”
“一旦界面疲劳开裂,哪怕是一微米的裂缝,在超音速气流下也会被瞬间放大。”
陆先进拿出一块切片样品。
“我们试了所有超高精度的钎焊技术,焊缝致密度没问题,但应力集中始终无法避免。
韩总,这种主动形变,需要的是一个活的界面,不是死的连接。”
韩栋转头看向他们,逐一分析着。
“活的界面,我们已经做过了。”
他指的是浮动壁燃烧室的梯度材料。
“浮动壁的碳化硅到氧化铝,是通过原子尺度的梯度过渡,消除了界面应力集中。
但那是在静态下进行的定向沉积,而且是毫秒级响应。”
周士浦提出质疑。
“现在是压气机叶片,需要在锻造或精加工过程中完成驱动元件的集成。
它不是一个平坦的瓦片,而是复杂的扭曲叶型。
我们能用梯度技术把驱动元件嵌入进去吗?”
韩栋走近白板,指着复杂的流场图,在叶片的剖面,在根部标出了驱动元件的位置。
“我们需要更暴力的手段,用能量来改写材料结构。”
他看向精密制造中心的杨东伟和张志强。
“老杨,老张,烛龙焊机的电子束聚焦,能达到什么精度?”
杨东伟回答:“核心聚焦在零点五毫米以内,能做到。”
韩栋摇头:“不够。我要的是微米级聚焦,能量像针一样,瞬间穿透,但不影响叶片的主体晶格结构。
然后用它来完成驱动元件的动态集成。”
张志强迟疑:“微米级聚焦?那得是激光脉冲级别了。”
韩栋点头,他直接说出答案。
“激光冲击强化。”
“用超短脉冲激光,轰击驱动元件与合金叶片的结合面。
通过瞬间蒸发材料,产生高压等离子体,然后用约束层把这个冲击波锁在结合面内。”
陆先进反应极快,他立刻明白了韩栋的思路。
“利用激光冲击波,在结合界面生成一层高致密的残余压应力层,从而消除应力集中,并在原子尺度上实现粘合!”
“这比梯度生长更快,更适合高精度复杂曲面!”秦远山眼睛亮了。
韩栋点了点头。
“对。用激光冲击强化来创造一个类梯度的应力场,在驱动元件和叶片之间建立一个坚固的过渡区。
这样,驱动元件在微秒级频率下工作时,叶片根部就能扛住剪切应力。”
他转向王雷和李响。
“SGI集群立刻加入新的模型,激光冲击应力场多物理场耦合模型。
我们要算出脉冲激光的能量密度、作用时间和约束层厚度的最佳组合。”
王雷点头,但随后又指着控制台上的时间曲线。
“韩总,就算材料问题解决了,我们还有计算响应时间的问题。
四十五微秒的计算延迟几乎无法突破。
我们不能把预测建立在周总工的测控系统发回的全部流场信息上,数据量太大。”
周士浦也感到棘手。
“气流信息不完整,叶片的扭转指令,就没法精确。”
韩栋看向周士浦。
“流场信息太多了。”
他走到流场模拟屏前,指着叶尖附近的一小片区域。
“激波的形成,本质上是由近壁面的涡流结构引起的。”
“我们不需要预测整个压缩通道的气流,只需要预测叶片壁面附近,那不到十毫米的边界层内的涡流脱落时间和强度。
涡流脱落,就是激波形成的前兆。”
“周总工,把你的测控系统传感器阵列,百分之八十的采样频率,全部聚焦在边界层内的微小涡结构上。”
“王雷,SGI的算法也变。抛弃复杂的宏观流场,只做微观涡结构的实时追踪和预测,计算量能压下去多少?”
王雷快速在控制台上输入指令,跑了一个简化的算法模型。
“如果只追踪涡结构,计算量能压低百分之七十!
响应时间可以压到十五微秒以内!”
李响激动得拍了下手。
“十五微秒!加上材料响应和传导驱动的时间,我们能把总响应时间控制在五十微秒以内!”
“韩总,五十微秒,比目标一百微秒,快了一倍!”周士浦也露出了兴奋的表情。
韩栋看着屏幕,确认着这个新的技术路径。
“好。老陆、秦老,你们那边负责激光冲击强化工艺的验证和叶片结构微改。
老杨,老张,精密制造中心负责高精度激光脉冲系统的设计和制造。”
“王雷、李响,周总工,你们组成动态控制小组,务必在三周内完成算法修正和联调。”
……
接下来的三周,启航工业的研发中心再次进入疯狂模式。
SGI集群被推进到新的极限,不断模拟激光冲击波的传播与衰减。
陆先进和秦远山团队,在显微镜下研究DZ-06A合金与驱动元件界面的残余应力分布。
精密制造分厂,一台高能脉冲激光器被制造出来,其能量输出稳定性和聚焦精度达到了前所未有的水平。
……
二十天后,王雷报告,SGI集群的涡结构预测算法已经完成修正。
韩栋下令,进行叶片集成与动态扭转的联合测试。
在特种材料实验室,一块带有压电陶瓷驱动元件的DZ-06A合金叶片样件被固定在超高速试验台上。