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潜心研制大国重器的每一颗“螺丝钉”

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  机电工程专家刘永红:
  潜心研制大国重器的每一颗“螺丝钉”

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  2017年7月2日,海南文昌航天发射场,长征五号遥二火箭实施发射,但火箭飞行至346秒时突发故障。经过层层排除,故障原因确定为芯一级液氢液氧发动机一分机涡轮排气装置在复杂力热环境下,局部结构发生异常,发动机推力瞬时大幅下降,致使发射任务失利。

  涡轮排气装置的设计图纸被更改,在原零件的基础上增添了5个导流叶片——设计图纸的大幅度修改,意味着现存的库存零件全部报废。生产新零件顿时迫在眉睫,且因零件材料要从不锈钢改为镍基高温合金,加工难度骤增。

  负责单位十分重视此次改进。所有具备火箭涡轮排气零件的车间聚在一起开会讨论。所有人都认为时间紧,如果用传统的机械铣削去生产零件,会延缓我国航天事业的发展,而且成本很高,会造成重大经济损失。

  研制成功后“蛰伏”了近一年,中国石油大学(华东)机电工程学院高端装备制造技术创新团队,研究开发出的电火花电弧复合高速数字化铣削技术及其数控机床,有了用武之地。

  团队负责人、机电工程学院院长刘永红曾想过,这项闷在实验室里研发了10多年的重大突破,总有机会用到我国的航空航天事业中,但他没料到机遇来得这么快。和传统方法相比,几块钱的石墨管代替了数百上千元的机械刀具,大大节约了成本,而效率则是原先的几十倍,突破一系列难题后,加工时间从24小时缩短到8小时以内。最终,在该技术助力下,中国运载火箭技术研究院首都航天机械有限公司各个车间按期完成零件生产。

  效率提高的背后是一个令刘永红骄傲的数字。通过这项技术,加工钛合金的速度可达21494mm3/min,而目前国际上已有的电火花铣削加工技术加工钛合金的最高速度仅为3000mm3/min。

  “我们在努力突破的都是关键核心技术。”刘永红表示,目前,国内机械装备领域普遍用的都是中低端技术,在向高端装备转型的过程中,对关键零部件“高寿命”的要求必然提升,这意味着“高强度、高硬度、高耐磨性”。大国重器中的“小东西”就是刘永红和团队“死磕”的对象,“再小的东西,如果核心技术掌握在别人手里,行业的产值再高也没多少利润,而且污染了环境,最重要的是容易被别人制约。”

  一旦一项“卡脖子”技术得以突破,对航天航空、汽车制造、油气开发等上天入地的领域,都将带来巨大变化。“在高端装备制造领域,零部件的制造应该是一个量变到质变的过程。”团队青年教师纪仁杰表示,“我们的加工技术还有很大的发展空间。”

  探索新的空间离不开创新。在刘永红的团队里,一周一次的例会既是项目推进的时刻表又是头脑风暴的中心眼。鼓励,是这位自诩“工作狂”的教授对待学生天马行空想法的基本态度,“千万不能因为学生想法幼稚就批评,一打击就没人敢想了”。

  纪仁杰带的博士生张凡正致力于新能源电池研究,促成这次“跨界”的正是刘永红的鼓励。

  “研究其实源于一个废品。”张凡在一次尝试用3D打印技术制造新型密封薄膜时,参数错误导致他得到了一团银黑色的花状物体,除了镍的材质,张凡对这个成品一无所知。他捧着这团“报废”的物体咨询刘永红,却意外得到建议,“这是一种很好的新现象,应该深挖这个点。”老师在科研领域的洞察力给了张凡信心,他不断在此基础上改进,最终得到了一个类似电极片的物体。张凡想到在校报上看过关于电解水制氢方面的文章,了解到应用范围,最终确立了向新能源电池领域探索的可行性。

  张凡渴望像团队的前辈一样,在看到我国大国重器“上天入海”的新闻时,“会因自己出了一分力而骄傲”。

  在团队青年教师蔡宝平看来,“我们研究的不仅是大国重器的‘螺丝钉’,某种意义上,我们研究的就是大国重器。”

  在1500米至3000米的深海里,高度大约30米的防喷器是海洋石油开采过程中预防井喷的最后防线。国内钻井平台使用的防喷器几乎都是从国外进口,成本高昂且容易受到限制,“这套东西对我们确实是一项‘卡脖子’的技术,如果对方不供应,整套钻井平台就会陷入瘫痪。”因此,刘永红和蔡宝平等团队成员花了近10年“死磕”该项技术,最终成功研发了3000米“水下防喷器组控制系统”,这一成果填补了我国海洋工程水下关键设备的空白,打破了国外技术垄断。

  “希望团队用青春换来的研究成果能尽快真正用于南海。”这是蔡宝平现在最大的愿望,在他看来,这项技术成功能带动一系列油气装备的突破,“能使我国油气装备慢慢实现国产化,掌握主动权在南海油气开发中太重要了。”

  中国青年报·中国青年网记者 梁璇 来源:中国青年报

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