目前世界上最先进的是气膜冷却技术的应用，它可以大幅度降低对热障涂层和单晶叶片材料的要求。而所谓涡轮叶片气膜冷却，就是通过叶片的内部冷却通道将相对低温气体（约600℃）通过分布于叶片表面的气膜冷却孔喷射出来，在叶片表面形成包覆，隔离燃烧室喷出的高温高压气体。这种方法的缺陷是下游由于冷气的剥离，导致大面积的壁面温度接近于燃气温度，必须在叶片上打高密度的直圆孔才能实现冷却性能，这必然大幅降低单晶叶片结构强度和寿命。
美国的GE发动机公司早在上世纪80年代末就发现，采用用三维异型孔，就可以实现更优的冷却效果，冷却效率从直圆孔的0.3左右大幅度跃升到0.5以上，但对如何加工以及如何实现高度保密，从不公布任何细节和论文，据公开资料称GE发动机公司已经将异型孔气膜冷却技术用到和F-119竞争的F-120发动机上，以及第六代战斗机使用的变循环发动机上，LEAP-1C最新一代民用发动机上，大幅提高了发动机的可靠性。我国则由于自主加工母机的空缺和加工工艺的落后，长期未能突破复杂异型孔加工技术，先进冷却结构设计出来，也无法制作验证，叶片冷却效率迄今与西方国家存在30年的代差。
针对上述挑战我国科学家经过六年多持续攻关，近日成功完成“异形孔激光加工系统”及全套加工工艺的系统攻关。根据公开资料披露该加工系统打出的的“猫耳异型孔”，表现出卓越的大面积壁面降温能力，在涡轮前燃气温度为1940K（1667摄氏度）时，最小直径为0.5毫米“猫耳异型孔”可以将面积为400平方毫米左右的叶片表面温度降低150摄氏度，并且由于打孔的大幅减少，发动机涡轮叶片寿命反而会大幅增加，或者涡扇-15涡轮叶片材料不变，发动机推力提高20至40%。
由此看来该项技术将很快运用于涡扇-15发动机上使其寿命大大增加，发动机推力即将提高到20这一里程碑的档次，中国和欧美国家航空工业的差距将进一步减小，歼-20战机也许将换上新的强劲的国产心脏了。
作者：长弓阿帕奇
