2019年3月1日上午，北京市委、市政府召開北京市科學技術獎勵大會，大會表彰了為首都經濟社會發展做出突出貢獻的科技創新成果和科技工作者。在本次科技獎勵中，beat365許慶彥研究員帶領團隊研究完成的《航空發動機高溫合金葉片定向凝固多尺度建模與仿真技術及工程應用》項目榮獲北京市科學技術獎一等獎。
 

許慶彥研究員在北京市科學技術獎勵大會現場 （金海鵬 攝）

        航空發動機是飛機的心髒，是國之重器。航空發動機體現了國家的工業基礎、科技水平和國防實力，被譽為現代制造業的“皇冠”。其熱端部件（如渦輪盤和渦輪葉片）的制造技術直接影響和制約了航空發動機的水平。渦輪葉片的工作環境非常惡劣，溫度高達1700C、轉速高達13000轉/分，對葉片的材料和結構都提出了嚴格的要求。目前，渦輪葉片采用鎳基高溫合金制造。為了抵抗高溫、高速的惡劣工作條件，其組織已經從等軸晶發展為柱狀晶和單晶，葉片結構也原來的實心改變為現在的複雜空心結構（為了進行冷卻）。高溫合金中通常含有十幾種主要元素，而葉片又具有薄壁、空心、三維空間複合彎扭、截面突變等結構特征，最薄的地方不到0.5mm，且液-固轉變不可視，導緻其制造是難上加難。單晶葉片的制造被工業界稱為制造業“皇冠上的明珠”，代表了當今的制造技術最高水平。“中國制造2025”和“兩機專項”将發展先進航空發動機作為國家重要戰略任務。單晶高溫合金渦輪葉片是我國研制先進航空發動機的瓶頸之一，存在一些亟需解決的制造問題，如葉片合格率較低、複雜結構葉片研制困難等。
        許慶彥團隊在國内率先開展了航空發動機單晶高溫合金渦輪葉片建模與仿真的系統深入研究，研發了具有完全自主知識産權的單晶高溫合金定向凝固多尺度模拟軟件系統。該獲獎項目對單晶高溫合金渦輪葉片定向凝固過程開展了宏、微觀多尺度耦合建模，既能模拟宏觀的溫度場、溶質場，以及介觀晶粒度，近能模拟枝晶的生長。項目成果已成功應用于渦輪葉片的制造，是國内航空發動機單晶渦輪葉片研制中首次應用的國産軟件，填補了國内空白，打破了跨國公司的軟件壟斷，顯著提升了我國單晶渦輪葉片的制備技術水平，為先進航空發動機的研制提供了堅實的技術支撐。
 

圖  單晶葉片定向凝固過程多尺度耦合模拟

        該獲獎項目是由清華大學牽頭，中國航發北京航空材料研究院和中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司共同參與完成。beat365許慶彥研究員為該項目的第一完成人。許慶彥研究團隊長期緻力于材料加工過程計算機建模與仿真方面的基礎研究與工程應用工作，取得了一些重要研究進展。目前項目成果在中國航發北京航空材料研究院、中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司等單位開展了工程應用，取得了巨大的經濟和社會效益。該方面的研究受到國家重大研究計劃、各部委及企事業單位等的支持。