圖：大涵道比發(fā)動機原理動畫

圖：軍用發(fā)動機開啟加力燃燒室動畫

2016年度，中國北航徐惠彬/宮聲凱團(tuán)隊研制的鈰酸鑭(LC)陶瓷熱障涂層（1300℃級別）獲得了國家技術(shù)發(fā)明一等獎。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在我國發(fā)動機產(chǎn)品中，據(jù)報道占國內(nèi)95%以上產(chǎn)量葉片均采用了該技術(shù)。根據(jù)我國官方報道的評價，該技術(shù)使“中國已經(jīng)趕上了國際最先進(jìn)的步伐。”

現(xiàn)代航空噴氣發(fā)動機的主要原理，是風(fēng)扇和壓氣機高速旋轉(zhuǎn)，吸入大量空氣并將其高度壓縮送進(jìn)燃燒室；然后與噴出的燃油混合進(jìn)行劇烈的燃燒，并生產(chǎn)出大量的高溫高速燃?xì)庀蚝蠓絿娚洌瑸轱w機提供前進(jìn)的動力。

圖：從上到下分別是渦輪噴氣發(fā)動機、小涵道比渦扇發(fā)動機（戰(zhàn)斗機就用的這類）、大涵道比渦扇發(fā)動機的簡單結(jié)構(gòu)示意圖。為了簡單直觀起見，圖中發(fā)動機省去了加力燃燒室等結(jié)構(gòu)。

而為了有效的驅(qū)動風(fēng)扇和壓氣機旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機又必須在燃燒室里，設(shè)置由高溫燃?xì)庵苯油苿拥臏u輪葉片，通過發(fā)動機軸系驅(qū)動風(fēng)扇和壓氣機。這樣一來，燃燒室、渦輪葉片、渦輪盤等部件，就要長期和高溫燃?xì)庵苯咏佑|。由于在非常高的溫度下工作，因此它們也被稱為發(fā)動機的熱端部件。

這些部件能夠承受越高的溫度，那么發(fā)動機燃燒室內(nèi)的燃燒就可以進(jìn)行的越是猛烈和持久；發(fā)動機也越是能做出更高的推力，更長久的壽命。為了做到這一點，這些熱端部件至少需要三個方面性能出色——能耐受更高溫度的部件基體材料，合理高效的冷卻設(shè)計，高耐熱、低導(dǎo)熱的隔熱涂層材料。

圖：現(xiàn)代噴氣發(fā)動機渦輪葉片

在基體材料上，以現(xiàn)代航空發(fā)動機渦輪葉片為例，它的合金成分一直是以鎳為主的高溫合金。由于工藝方法的不同，它又可以分為鍛造合金、鑄造合金、以至于現(xiàn)在流行的定向凝固合金（典型如AL-31F）、單晶合金（比如太行等）。目前最先進(jìn)的渦輪葉片都采用單晶葉片——整個葉片都是一個晶粒。但是只靠鎳基材料本身硬抗，能力也是有限的。比如要求150MPa下1000小時不斷裂，則單晶葉片做的再好也非常難以明顯超過1100度左右的水平。

圖：空氣首先在內(nèi)部和葉片進(jìn)行熱交換降溫

圖：空氣隨后從葉片上的孔洞中噴射出來，在葉片表面形成空氣膜。這些孔洞由激光打出。

圖：使用水流測試氣流孔是否加工正常

為了跳出單純材料本身熔點帶來的溫度限制，在上世紀(jì)60年代，英國羅·羅公司又開發(fā)了冷卻葉片——它將渦輪葉片做成空心的，將冷空氣從葉片中間通過去，主動降低葉片的溫度。現(xiàn)在的新型冷卻設(shè)計，已經(jīng)能夠在葉片表層形成一層溫度較低的氣膜，能夠降低300度以上的溫度。

圖：長期使用以后損壞的渦輪葉片，表面涂層大面積剝落

而第三個抵抗溫度的方法，就是在渦輪葉片的鎳基合金本體外面，添加一層能夠耐受極高溫度、但是導(dǎo)熱能力又特別差的涂層，這樣可以有效增加本體的耐受溫度和工作壽命。這種涂層同樣可以用于其它的熱端部件上——比如燃燒室、火焰筒、尾噴管等。目前的先進(jìn)發(fā)動機渦輪葉片，能在渦輪前溫度1700-2000攝氏度度下工作的，都是三種措施一起發(fā)揮作用才能做到，缺了哪一個都不行。

圖：太行發(fā)動機上現(xiàn)在也采用了這一成果

圖：科技部通知

目前還不清楚2016年國家科學(xué)技術(shù)獎的具體獎金額度，在科技部官網(wǎng)上只能找到2005年的相關(guān)通知；該通知中規(guī)定，特等獎的獎金是100萬/項，一等獎是20萬/項。如果目前仍然沿用該規(guī)定的數(shù)額的話，那么這一項發(fā)動機重大技術(shù)突破，應(yīng)該就是總獎金20萬，由北航的研究團(tuán)隊共同分享。