中国专利奖是我国知识产权领域含金量最高的奖项。10月14日,第十三届中国国际专利技术与产品交易会开幕式暨第二十四届中国专利奖颁奖大会在大连举办,29个项目获得中国专利金奖。
江苏大学鲁金忠教授团队“一种用于多种叶片激光冲击的变形抑制夹具”斩获金奖,现场领取了奖牌。
航空发动机是飞机的“心脏”,被称为“工业皇冠上的明珠”,同时也是衡量一个国家高端制造集成技术的标准。其中,叶片作为航空发动机的核心构件,其价值约占航空发动机的29%,在极端恶劣环境下,叶片承受交变载荷,极易产生疲劳失效和断裂。
“装夹装置作为叶片激光冲击强化过程中不可替代的环节,欧美国家对我国进行封锁,我们必须自主研发。”鲁金忠介绍,当前航空发动机涡轮叶片激光冲击强化装夹主要面临四个难题:叶身强化容易产生震颤和变形,叶片型面冲击轨迹规划难,表面加工精度要求高,尺寸形状差异大。
针对四个难题,团队提出发明一种用于多种叶片激光冲击的变形抑制装夹方法和夹具,可以根据叶片几何特征,进行叶根定位、叶身夹紧,同时又能抑制叶片变形。
基于这样的想法,团队最终采用磁吸式和组合设计,实现多种叶片快速装夹、灵活切换;多点感应柔性支撑,自适应叶片形状,抑制了强化过程中的叶片变形;叶身则采用柔带式夹紧,约束叶片悬垂末端,提升叶片的夹持刚度。
采用该发明技术强化的涡轮截面位置度、变形扭转角、表面粗糙度、疲劳寿命均达到或超过国际上最先进的LSPT公司的同类产品;对损伤涡轮叶片进行激光冲击绿色再制造,性能指标超过新的叶片,并节约生产成本75%至80%。
由多名院士和航空制造专家组成的专家组给出鉴定意见:该发明专利攻克了航空发动机涡轮叶片等关键件表面改性与保形控制难题,技术原创性强,具有自主知识产权,整体技术达到国际先进水平,其中形性调控技术达到国际领先水平。
目前,应用该发明技术的项目已经实现产业化实施,在多家行业头部企业得到应用和推广,产生了显著的经济效益。2020年1月至2021年12月底,合计应用单位6家,新增销售额6.25亿元,新增利润2.42亿元。
“以一个装置获评中国专利金奖,并不多见。”鲁金忠表示,团队为解决国家重大战略需求而设计的夹具,不仅仅是装置,还包括了快速定位、多点感应自适应和柔性装夹等方法。
江苏大学激光冲击强化学科方向自上世纪90年代初发展而来,历经三十余年的沉淀和发展,开发出多代激光冲击强化装备。该技术不仅可以应用于航空发动机涡轮叶片,在汽轮机过渡区叶片、燃气轮机叶片等薄壁件强化方面也有广泛的应用场景。
近年来,学校专利管理坚持“质量优先、转化导向”的原则,有组织地开展高价值专利培育工作,建立知识产权专员制度,实施重大科研项目的知识产权全过程管理,以产业需求为导向开展专利申请前评估,多方联动提升专利布局质量,联合地方产业园区推动农机、材料等优势学科专利转化,率先在高校中开展专利赋权改革、专利开放许可、专利分析等工作,实现中国专利金奖的连续突破。截至目前,学校已荣获中国专利奖15项,其中金奖3项、银奖1项,金奖数量并列全国高校第2位。
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