来自德国弗劳恩霍夫材料和光束技术研究所（IWS）的FrankBrückner和Mirko Riede和英国罗尔斯-罗伊斯公司（RR）的Dan Roth-Fagaraseanu获得了2018年年度的“约瑟夫冯弗劳恩霍夫奖”。

弗劳恩霍夫材料和光束技术研究所的研究工作是与英国的罗尔斯-罗伊斯公司合作进行的。图片来源：英国罗尔斯-罗伊斯公司（RR）。

弗劳恩霍夫材料与光束技术研究所成功地提高了因温度过高而受到压力的飞机发动机部件的稳定性。据称，材料和光束技术研究所的激光材料加工技术能够显著降低飞机的煤油消耗量和二氧化碳排放量。研究人员们表示，结合采取进一步的措施，可以在飞行运营期间实现显著的成本节约。该研究项目是与英国发动机制造商罗尔斯-罗伊斯公司密切合作开发的。目前，采用新技术的第一台发动机已经投入使用。

现代飞机发动机中的燃烧室在燃烧过程中能够产生2000K以上的温度。该温度比所用材料的熔化温度高几百度，所以必须对热载荷高的部件的某些区域进行冷却，并在内部和外部提供特殊的热障涂层。经过多年的研究，材料和光束技术研究所的FrankBrückner教授和Mirko Riede教授开发了通过激光制造的微结构，延长了热障涂层的使用寿命，并有助于显著减少煤油消耗和污染物排放。

单模光纤激光器

材料和光束技术研究所的Brückner和Riede开发了微结构，显著延长了喷气发动机热障涂层的使用寿命。图片来源：弗劳恩霍夫研究所/ Juergen Loesel。

材料和光束技术研究所的技术核心是基于加丝增材制造的微观结构。这些材料用于在涡轮机部件上构建全新的热障涂层（TBC），并确保将金属抗氧化粘合促进剂层和陶瓷绝缘层夹在一起。材料和光束技术研究所的研究人员解决了组件快速膨胀和收缩过程中出现的另一个问题。膨胀在绝缘层中产生机械应力，这是由材料的不同膨胀程度引起的，这会导致陶瓷层中产生水平裂纹，并可能从材料上剥落。

因此微观结构将使陶瓷层中特别产生垂直分割裂纹，这将减少材料中的拉应力，从而防止形成可怕的水平裂纹。为了生成细丝微结构，研究人员必须进一步改进现有的生产技术。高精度单模光纤激光器产生的微结构可达30微米，微结构的柱状布置增加了绝缘层的膨胀公差。Brückner教授表示：“设计热障涂层的结构和精密制造工艺所需的知识不仅在实际实验中获得。除了实验以外，我们的计算机模拟和理论建模也在成功中发挥了重要作用。”

煤油使用量减少10％

新技术能够进一步提高喷气发动机的效率，同时提高燃烧温度。更高效的燃烧可使得发动机的燃油消耗降低10％，并减少温室气体排放。结合其他措施可大大降低大量成本，每架飞机每年大约能够节省290万美元。

材料和光束技术研究所的研究项目与发动机制造商罗尔斯-罗伊斯公司合作进行。由于罗罗公司的Dan Roth-Fagaraseanu博士的研究成果，他也被授予了今年的约瑟夫冯弗劳恩霍夫奖。图片来源：弗劳恩霍夫研究所/ Lumalenscape。

来自罗尔斯-罗伊斯公司和材料和光束技术研究所的研究员和工程师联合团队成功地将研究工作转化为符合航空业严格安全标准的生产制造过程。在2015年11月首次使用材料和光束技术研究所的技术试飞发动机后，欧洲航空安全局正式为其颁发了航空许可证。

自2018年2月以来，这些发动机已用于空客A350-1000的长途飞机。Trent XWB-97发动机是空客A350-1000机型的独家发动机提供商和这台发动机也是当今世界上效率最高的大容量发动机。材料和光束技术研究所表示，预计未来其他喷气发动机也将配备这种创新技术。

来源：http://optics.org/news/9/5/16

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