만 미터 상공에서 C919 대형 여객기가 시속 900킬로미터로 구름층을 통과할 때, 젠-20 전투기가 초음속으로 하늘가를 찢을 때, 그 핵심 동력인 항공 엔진의 공기압축기와 터빈 날개는 인류 공업 문명에서 가장 가혹한 시련을 겪고 있다: 1700 ℃ 이상의 가스 작열, 분당 수만 회전의 원심력 당김, 고주파 진동과 산화 부식의 다중 협공.몇 센티미터 두께밖에 안 되는 터빈 날개는 손상으로 효력을 잃으면 엔진 전체가 정지되고 심지어 재앙적인 결과를 초래할 수 있다.

어떻게 엽편이"고온산화-원심력"결합환경에서의 손상진화를 정확하게 예측하고 통제할것인가?전 세계 항공 제조 분야를 괴롭히는 이'목막힘'난제는 중국 과학기술 기업인 상하이 허효일에 의해 자주적이고 혁신적인 기술 체계로 하나하나 격파되고 있다.

통점직격: 고온산화와 원심력, 무엇때문에 엽편의"치명적인 조합"인가?

항공 엔진 날개의 작업 환경은"극단적인 작업 상황의 집대성자"라고 할 수 있다:

고온 산화: 공기압축기 날개는 연소실 고온 가스 (온도 약 300-500 ℃) 에 직접 접촉하지 않았지만 장기간 산소를 함유한 압축 공기에 노출되면 표면 금속이 산화 반응을 일으켜 아삭아삭한 산화층을 형성한다;터빈 날개는 1500~1700 ℃ 의 가스 흐름에 직접 직면하여 단결정 고온 합금 + 열장벽 코팅 방호를 사용하더라도 산화는 여전히 기체를 천천히 침식하여 재료가 유실되고 역학적 성능이 떨어진다.

원심력 손상: 터빈 날개는 잎뿌리 장부를 통해 휠과 연결되며, 초고속 회전 (회전속도 30000회전/분 초과) 하에서 잎뿌리가 받는 원심 응력은 재료 굴복 강도의 60~80% 에 달하며, 장기 순환 적재는 저주 피로 균열을 유발하기 쉽다;더욱 위험한 것은 고온이 연화된 재료가 균열의 확장에 더욱 민감하고 산화층과 기체의 인터페이스가 균열의 원천이 될 수 있다는 것이다.

전통적인 연구는 흔히"고온 산화"와"원심력 손상"을 독립적인 요소로 간주하고, 각각 분석한 후 간단하게 중첩하지만, 실제 작업 상황 중 양자는 재료의 미시적 조직 변화, 응력 분포 재구성, 산화층-기체 인터페이스 실효 등 메커니즘을 통해 강한 결합 효과를 발생시킨다.예를 들어, 산화층의 두께 증가는 날개 표면의 응력 집중 계수를 변화시켜 균열의 발생을 가속화한다;원심력으로 인한 가소성 변형은 산화층의 완전성을 파괴하고 산화가 기체 내부로 침투하는 것을 촉진한다.이러한"1 + 1> 2"의 결합 손상으로 인해 날개 수명 예측 오차가 30% 이상에 달해 엔진의 신뢰성과 경제성을 제약하는 핵심 병목 현상이 되었다.

상해 하효일방안:"경험추측"으로부터"디지털쌍둥이"에 이르는 기술포위돌파

이 난제에 직면하여 상하이 하효일은 10여 년 동안 재료 실효 분석, 다물리장 결합 시뮬레이션 분야의 깊은 경작에 의탁하여 유엔 내 최고 항공원소는"고온 산화-원심력 결합 손상 분석 기술 체계"를 구축하여 미시적 메커니즘 해석에서 공정 응용에 이르는 전체 체인 돌파를 실현하였다.

핵심 기술 1: 다중 결합 시뮬레이션 플랫폼 -'가상 시험장'예행 손상 전 과정

전통적인 날개 손상 분석은"시행착오법"에 의존한다: 가공 샘플 → 고온 + 원심 실험 → 관찰 실효 → 수정 설계, 단일 시험 주기는 3~6개월에 달하고, 원가는 백만 위안을 초과한다.상하이 하효일이 자체 개발한 M-Couple 다물리장 결합 시뮬레이션 플랫폼은 컴퓨팅 유체역학 (CFD), 유한원 분석 (FEA), 사진 진화 모델 (Phase Field) 의 3대 모듈을 통합하여 가상 공간에서 고온 가스, 회전 응력, 산화 환경에서의 날개의 동적 인터렉션 과정을 정확하게 재현할 수 있다:

산화동력학 모델링: 실측 산화층의 두께, 성분 데이터를 바탕으로"온도-응력-산소분압"3장 결합의 산화속도 수정 방정식을 도입하여 서로 다른 작업 상황에서 산화층의 성장 법칙과 인터페이스 결합 강도를 예측한다;

원심응력진화: 고온에서 재료의 연변(시간과 관련된 가소성변형)이 엽근응력에 미치는 영향을 고려하여 엽편의 기하학적 비선형(예를 들면 장부접촉, 엽형꼬임)을 결합하여 응력집중구역의 응력폭치와 순환특성을 동적으로 모의한다.

손상 협동 진화: 위상 모델을 통해 산화층 인터페이스에서 기체로의 미세 균열의 확장 경로를 묘사하고, 동시에 거시적 응력장과 미시적 조직 퇴화 (예를 들어 결정계 약화, 제2상 입자 조화) 를 연결하여 최종적으로 균열의 발생 위치, 확장 속도 및 잉여 수명 예측을 출력한다.

이 플랫폼은 이미 모형 소용돌이 엔진 터빈 날개 검증에서 수명 예측 오차를 전통적인 35% 에서 8% 이내로 낮추고 시험 주기를 60% 단축하여 고객을 위해 연구 개발 원가를 천만 위안 이상 절약했다.

핵심 기술 2: 가속 시험 기술 -"시간 압축"에서의 빠른 검증

공정검증의 시효성수요를 만족시키기 위해 상해하효일혁신은"고온-원심복합가속시험시스템"을 개발했다.시험온도를 1800 ℃ 로 높이고 설계원심하중을 1.5배 가하는 등 시험매개변수를 최적화하여 손상기리를 개변하지 않는 전제하에 엽편의 자연로화시간을 수천시간에서 수백시간으로 압축한다.이와 동시에 온라인감시측정기술 (예를 들면 적외열화상계가 산화층의 두께를 감시하고 음성발사센서가 미균렬신호를 포착함.) 과 결부하여 실시간으로 손상진화수치를 채집하고 반포모의모형을 교체하여"시험-모의-수정"의 페환검증체계를 형성한다.

현재, 이 시스템은 이미 국내의 모 중점 모델 엔진 터빈 블레이드에 2000 + 시간의 가속 시험 데이터를 제공하여, 민항국의 1500 순환 수명 인증을 통과하도록 지탱하였으며, 원래 계획보다 8개월 앞당겨 증거 수집을 완료하였다.

핵심 기술 3: 재료-구조 협동 최적화-'능동 방어'식 손상 방지 설계

상하이 하효일은'손상 분석가'일 뿐만 아니라'솔루션 제공자'이기도 하다.결합 손상 메커니즘 연구를 기반으로 팀은"그라데이션 재료 설계 + 시뮬레이션 구조 최적화"의 손상 방지 전략을 제안했습니다.

경도 재료: 잎뿌리 구역에"고크롬 함량 항산화합금 + 희토류 변성 열장벽 코팅"을 채택하여 성분 경도 과도를 통해 인터페이스 응력을 감소시키는 동시에 코팅의"산소 차단 효과"를 이용하여 기체 산화 속도를 낮춘다;

생체모방구조: 조개의"벽돌-진흙"층상구조를 모방하여 엽체표면에 마이크로나노급 균열저항확장도랑을 설계하고 균열이 저응력경로를 따라 편전되도록 인도하여 균열의 확장속도를 40% 이상 낮춘다.

모형의 와축발동기 공기압축기 날개는 상해하효일방안의 최적화를 거친후 고온고주피로시험에서 균열의 발생시간을 500시간에서 1200시간으로 연장하여 국제동종제품의 선진수준에 도달하였다.

실험실에서 산업사슬까지: 상해하효일의"기술착지철학"

상하이 하효 1의 상하이 임항 연구 개발 기지는 한편으로는 가득 걸려 있다전문증서와 인증 보고서의 벽에는"논문을 장비에 쓰고 성과를 작업장에 남겨라"는 표어가 특히 눈에 띈다.단순한"기술수출"과 달리 상해하효일은 고객과의 심층적인 바인딩을 더욱 중시한다. 설계단계의 손상위험평가로부터 제조단계의 공예최적화건의, 복역단계의 상태감시측정서비스에 이르기까지 그 기술팀은 전반 과정에 참여하여 진정으로"전반 생명주기건강관리"를 실현한다.

상하이 하효일 기술총감 리훙위가 말했듯이"항공 엔진의 안전은'이론적 가설'을 조금도 용납할 수 없다.우리의 모든 기술은'시뮬레이션-시험-설치'의 3중 검증을 거쳐 고객이 손에 쥐는 것은 데이터 보고서뿐만 아니라'착지 가능하고 신뢰할 수 있는'솔루션"이라고 말했다.

결어:"중국심"을 수호하고 상해 하효일은 줄곧 길에 있었다

C919의"심장"에서 젠-20의 동력에 이르기까지, 군용 항공에서 민용 통항에 이르기까지, 중국 항공 엔진의 자주화의 길은 모든"작은 부품"의 기술 돌파를 떠날 수 없다.상하이 하효일은"고온 산화-원심력 결합 손상 분석"을 거점으로 하여 지렛대를 움직이는 것은 날개 수명의 향상일 뿐만 아니라 중국 항공 장비의"사용 가능, 좋은 사용에서 내구성"의 도약이다.

앞으로 상하이 하효일과 국내외 최고원소의 협력이 심화됨에 따라 그 결합 손상 분석 기술은 더 높은 온도 (2000 ℃ 이상), 더 복잡한 작업 상황 (예를 들면 변전속, 변부하) 으로 확장되어 차세대 고추중비 엔진, 수소연료 엔진의 연구 개발에 더 강력한 기술 지탱을 제공할 것이다.

전문적이어서 믿음직하다.

상하이하효일은 기술혁신을 필두로 항공엔진의"미시전장"에서 중국지조에 속하는 믿음직한 전설을 쓰고 있다.