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炼石航空魏钰:子公司成都航宇掌握多空腔单晶叶片研发工艺

发布时间:2020-02-24 21:10    来源媒体:证券时报

证券时报记者 朱凯

近期,航空发动机概念股迎来一波集体向好的风潮,航发科技(600391)、航发动力(600893)、炼石航空(000697)(000697)等公司股价频频大幅上扬。记者近日对相关产业企业进行了调研采访。

众所周知,全球具备研制高性能发动机能力的国家,目前只有美、英、法、俄4国。作为后来者,中国国产航空发动机虽然在民用航空领域的研发还需时日,但在军机领域,据介绍,“国产心脏”已经在先进机型上得到使用。

公开资料显示,美国在其“国家航空发动机关键制造技术推进计划”中曾这样表述:“这是一个新手难以进入的领域,它需要国家充分保护并利用该领域的成果,需要长期数据和经验的积累,以及国家大量的投资。”

近期,在国产航空发动机领域最值得欣喜的消息是,多款先进机型陆续进入量产期,炼石航空的单晶叶片量产订单,侧面验证了这一消息。为此,炼石航空副总裁、成都航宇董事长魏钰近日接受了证券时报记者采访。

航空发动机的“皇冠明珠”

航空发动机的工作原理,简而言之就是空气从进气道进入,经过压气机压缩,在燃烧室中与燃料相遇点火燃烧,产生高温高压燃气对涡轮叶片做功,之后从尾喷管喷出产生推力。这就决定了航空发动机热端关键部件需要在高温、高压、高转速、高负荷环境下工作,因此航空发动机高温叶片的研发需要闯过设计试验、材料工艺、涂层技术、制造技术等多重难关。

航空发动机叶片,按部件分为风扇叶片、压气机叶片和涡轮叶片。按运动方式又分为动叶和静叶。涡轮的静叶也称作导向器叶片,涡轮盘上的动叶也就是工作叶片。按工艺类别分,压气机叶片主要采用精密锻造工艺,涡轮叶片主要采用精密铸造工艺,如高压级一般采用单晶、低压级则使用定向晶或等轴晶等。

在航空发动机中,涡轮高温单晶叶片由于处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的工作环境中,而被列为关键件,并被誉为“皇冠上的明珠”。形象一点说,高压级涡轮叶片需要承温高达1700℃。

之所以用温度来举例,是因为涡轮叶片的性能水平,特别是承温能力,是一种型号发动机先进程度的重要标志。在一定意义上,也是一个国家航空工业水平的显著标志。

发动机推力的不断提高,是靠提高燃烧温度来实现的,需要采用承温能力愈来愈高的先进叶片。除了高温条件,热端叶片的工作环境还处在高压、高负荷、高震动、高腐蚀的极端状态,因而要求叶片具有极高的综合性能,这就需要叶片采用特殊的合金材料(高温合金),利用如“精密铸造加定向凝固”等特殊的制造工艺制成特殊的晶体组织(单晶组织),才能最大可能地满足需要。

复杂空腔单晶涡轮叶片,已经成为当前高推重比发动机的核心技术。正是先进单晶合金材料和复杂多空腔单晶叶片铸造技术的出现,使单晶高温叶片在当今最先进的军用和商用航空发动机上发挥着关键作用。

“中国版”量产单晶叶片

20世纪70年代以来,各国对多种材料和制造工艺进行过大量研究。但是,迄今还没有其他材料和制造技术能像单晶涡轮叶片这样成功解决大推重比发动机涡轮前温度等问题。据介绍,单晶涡轮叶片优异的耐高温性能,主要源自整个叶片只有一个晶体,从而消除了等轴晶和定向结晶叶片的多晶体结构,造成晶界间在高温性能方面的缺陷。

记者获悉,目前,民营企业炼石航空旗下子公司成都航宇,不仅研发了多种高温合金母材,还掌握了全球极少数企业才能掌握的复杂多空腔单晶叶片制造工艺研发和技术。

据公司公告显示,成都航宇在2019年取得了《装备承制单位资格证书》,标志着其研发能力、技术水平达到了军用装备采购标准,具备承揽相关军品业务的资格。随后,成都航宇公告了两份涡轮叶片合同订单,合计约1361万元。而在2020年1月,成都航宇再次公布了一份价值6505万元的单晶高压涡轮叶片新订货计划,此份订货计划正是继2019年向客户按合同要求交付的某型号航空发动机的单晶叶片小批量产品完成各方验证,试车合格后的延续量产订货计划。

交付成品叶片的全产业链

航空制造业的技术壁垒高、技术转移困难,若想成为行业翘楚,充分的高精尖人才储备是必要条件。

炼石航空副总裁、成都航宇董事长魏钰近日接受了证券时报记者采访。在谈及公司的人才优势时说:“成都航宇的科研技术团队由王立之、李沧晓两名专家领衔,以及40余名具有航空航天相关领域工作经验的中年技术骨干及青年工程师构成。他们具有扎实的学科基础、优秀的科研素养及丰富的实践经验。”

依靠人才优势,成都航宇的专家团队学习美英同步的单晶叶片精密铸造技术,设计了公司的工艺流程和管理体系。魏钰解释:“通过成熟的工艺路线、定制的核心设备,我们有效提高了单晶叶片的质量一致性、力学性能及产品合格率。目前,成都航宇的质量体系、生产体系和管理体系,均是以英国罗罗公司(Rolls-Royce)为标杆。”

“成都航宇是国内唯一可交付成品叶片直接装机的全产业链企业。”魏钰告诉记者,一个完整的单晶涡轮叶片被生产出来,最为核心的四大环节就是:高温合金、单晶叶片铸件、叶片机加、表面涂层。

据介绍,中国的单晶叶片市场主要来自于三方面:一是在研和预研机型,这是未来最大的爆发量;二是进口机型叶片的国产化替代;三是上一代发动机性能改进,将原来的定向晶叶片升级为单晶叶片,其次是发动机售后维修市场。

魏钰表示:“成都航宇参与了上述三个方面相关机型的科研和试制工作,技术能力和产品质量得到了有关单位的认可,在已参与的项目中保持了100%的研制成功率。按行业惯例,参与研发并通过了产品鉴定的单位会成为该机型的长期供应商。”

当然,母公司炼石航空的海外并购,也会给成都航宇带来产业协同优势。据悉,Gardner(加德纳公司)、NAL(北方航空)作为业内成名已久的企业,在国际市场联合开拓等方面也向成都航宇提供了许多帮助。

铼资源“黑天鹅”后续演变

近年发展的含铼单晶高温叶片,被用于新一代航空发动机中。据悉,成都航宇母公司炼石航空拥有占全球总储量7%的铼资源,原本应是巨大的资源成本优势。

近期,炼石航空的《采矿许可证》因新修订的《陕西省秦岭生态环境保护条例》而未能得到续期。这一停产检修消息,令优势面临丧失的可能。据公告显示,炼石航空已聘请律师向陕西省相关立法和执行部门提出异议。

这个问题后续发展存在以下3种可能性:其一,地方政府修正相关条例,允许炼石航空继续开采。其二,政府将矿产收归国有继续开采,允许炼石航空优先使用。其三,政府收回,给予炼石航空相应经济补偿。

另外需要注意的是,炼石航空副总经理王立之,近期被调整为航空业务总顾问。这位主导构建成都航宇技术团队和技术路线,使公司从科研走向量产的高层管理人员,未来的工作安排一直是外界十分关注的热点。

魏钰对此表示:“这标志着王立之先生在公司阶段性使命的完成,成都航宇的技术建设已经完成。作为技术专家的领头人,他现在去履行更加重要的任务,继续寻找、并购如加德纳航空这样的国际优秀标的。他作为全球航空制造业供应链管理的专家,将在炼石航空下一步的全球资源整合上发挥更大作用。”

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