北京市科学技术委员会

2020年国家科学技术进步奖项目提名公示内容

一、项目名称：航空发动机单晶涡轮叶片定向凝固多尺度建模与仿真及其应用

二、提名单位：北京市

三、提名等级：

提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖

四、主要知识产权和标准规范等目录（不超过10件）：

知识产权（标准）类别	知识产权（标准）具体名称	国家（地区）	授权号（标准编号）	授权（标准发布）日期	证书编号（标准批准发布部门）	权利人（标准起草单位）	发明人（标准起草人）	发明专利（标准）有效状态
发明专利	定向凝固过程模糊控制变加热温度的仿真优化方法	中国	ZL2012 10511390.X	2015年 04月08日	1626618	清华大学	许庆彦,张航,唐宁,柳百成	有效专利
发明专利	单晶叶片生产的自适应变速抽拉仿真方法	中国	ZL2011 10362376.3	2013年 03月27日	1165349	清华大学	许庆彦, 张航, 唐宁, 柳百成	有效专利
发明专利	一种单晶叶片螺旋选晶器的压型模具	中国	ZL2012 102981 81.1	2014年 07月16日	1441331	中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司	孙长波,张泽海, 周君华, 尚伟, 李波	有效专利
发明专利	定向凝固叶片生产的自适应变速抽拉仿真方法	中国	ZL2011 10343695.X	2013年 05月22日	1200407	清华大学	许庆彦, 张航, 唐宁, 柳百成	有效专利
发明专利	液态金属冷却定向凝固过程中铸件温度的测量方法	中国	ZL2011 103199 38.6	2014年 04月16日	1384635	清华大学	许庆彦, 唐宁, 张航,柳百成	有效专利
发明专利	一种定向凝固叶片浇注系统用内置挡板的设计方法	中国	ZL2015 107713 22.0	2017年 07月04日	2538972	中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司	尚伟，孙长波，李波，周君华，张松胜	有效专利
发明专利	一种定向凝固叶片蜡模组合用镶嵌式底盘及其制备方法	中国	ZL2014 10611972.4	2016年 06月29日	2131429	中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司	孙长波,尚伟, 周君华, 邹建波, 史凤岭	有效专利
计算机软件著作权	64位windows环境下定向凝固过程多尺度模拟仿真	中国	2016SR113730	2015年 05月21日	1292347	清华大学		其他有效的知识产权
计算机软件著作权	高温合金叶片定向凝固宏/微观模拟软件V1.0	中国	2009SR BJ5040	2009年08月24日	BJ22 046	清华大学		其他有效的知识产权
计算机软件著作权	熔模铸造过程铸件铸型界面换热系数反算软件V1.0	中国	2017SR09372	2017年07月28日	1994656	清华大学		其他有效的知识产权

五、主要完成人情况（特等奖不超过50人，一等奖不超过15人，二等奖不超过10人）：

排序	姓名	对本项目主要科技创新的贡献	工作单位	完成单位	职称	职务
1	许庆彦	提出项目的总体研究内容和技术路线，对多尺度耦合建模、拉速自动优化、晶体竞争生长行为与机制、选晶器优化与设计准则、多尺度及枝晶生长模拟、杂晶等缺陷形成机制开展了深入研究，提出了射线追踪法、分层计算法及宏、微观耦合方法。发明了基于数值模拟的定向凝固自适应抽拉技术、变拉速技术等，并开展了工程应用。	清华大学	清华大学	教授	无
2	李嘉荣	对验证实验进行总体规划、设计与实施。开展了高温合金定向凝固过程的多尺度建模的实验验证、拉速自动优化、变拉速技术及其工程应用、枝晶组织模拟的实验验证等工作，并开展了定向凝固数值模拟技术在先进航空发动机单晶高压涡轮叶片研制中的工程应用。	中国航发北京航空材料研究院	中国航发北京航空材料研究院	研究员	副总工程师
3	孙长波	开展了单晶叶片选晶过程的实验研究、拉速自动优化、变拉速技术及其工程应用、实际涡轮叶片的多尺度模拟的实验验证工作。负责数值模拟结果与实验结果的对比分析。对实际生产的航空发动机几类空心定向及单晶高/低涡叶片等铸件进行了数值模拟与工艺优化。	中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司	中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司	研究员级高级工程师	无
4	陈仲强	提出定向/单晶涡轮叶片模拟及验证的总体实施方向和工作思路，对模拟过程及实际验证结果提出改进意见，确保了验证实验和工程应用的顺利实施。开展了单晶叶片选晶过程的实验研究、拉速自动优化、变拉速技术及其工程应用、实际涡轮叶片的多尺度模拟的实验验证工作。	中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司	中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司	研究员级高级工程师	总冶金师
5	金海鹏	开展了高温合金定向凝固过程的多尺度建模的实验验证、拉速自动优化、变拉速技术及其工程应用、枝晶组织模拟的实验验证等工作，并开展了定向凝固数值模拟技术在先进航空发动机单晶高压涡轮叶片研制的工程应用。	中国航发北京航空材料研究院	中国航发北京航空材料研究院	高级工程师	副部长
6	柳百成	对项目的研究内容和工作思路进行学术指导，对多尺度耦合建模、拉速自动优化、晶体竞争生长行为与机制、选晶器优化与设计准则、多尺度及枝晶生长模拟、杂晶等缺陷形成机制等开展了深入研究，并开展了工程应用。	清华大学	清华大学	教授	无
7	顾欣	制定现场实物浇注验证实验的技术方案、方案实施的技术协调，确保项目的顺利实施。开展了单晶叶片选晶过程的实验研究、拉速自动优化、变拉速技术及其工程应用等工作。针对实际生产的航空发动机几类空心定向及单晶高/低涡叶片等铸件进行了数值模拟与工艺优化。	中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司	中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司	研究员级高级工程师	书记
8	荆涛	对多尺度耦合建模、多尺度及枝晶生长模拟等开展了深入研究，对高温合金枝晶生长进行了建模与仿真，在枝晶竞争生长方面进行了系统研究。	清华大学	清华大学	教授	无
9	谢洪吉	开展了高温合金定向凝固过程的多尺度建模的实验验证等工作。完成了单晶涡轮叶片定向凝固过程温度场的实际测试，并与数值模拟结果进行对比。完善了单晶合金、陶瓷型芯、陶瓷型壳等的热物性参数和边界条件数据库的建立，为单晶涡轮空心工作叶片定向凝固工艺制定提供了依据。	中国航发北京航空材料研究院	中国航发北京航空材料研究院	高级工程师	无
10	刘世忠	开展了高温合金定向凝固过程的多尺度建模的实验验证、拉速自动优化、变拉速技术及其工程应用等工作。完成了单晶涡轮叶片凝固过程数值模拟用单晶合金、陶瓷型芯、陶瓷型壳等热物性参数数据库建立，并与ProCAST软件进行了对比研究。	中国航发北京航空材料研究院	中国航发北京航空材料研究院	研究员	无

六、主要完成单位情况（特等奖不超过30个，一等奖不超过10个，二等奖不超过7个）：

科普项目不填写此表。

排序	单位名称	单位贡献
1	清华大学	在本项目中清华大学开展了航空发动机高温合金涡轮叶片建模与仿真技术的系统研究，开发了具有完全自主知识产权的定向凝固过程模拟软件系统，打破了国外技术垄断，实现了模拟软件的自主保障，为项目参研单位开展工程应用提供了技术支持。
2	中国航发北京航空材料研究院	开展了高温合金定向凝固过程的多尺度建模的实验验证工作、拉速自动优化、变拉速技术及其工程应用、枝晶组织模拟的实验验证等工作。将航空发动机高温合金涡轮叶片定向凝固过程数值模拟技术在先进发动机高压涡轮工作叶片进行了应用，优化了定向凝固工艺。
3	中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司	在本项目中中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司开展了单晶叶片选晶过程的实验研究、拉速自动优化、变拉速技术及其工程应用、实际涡轮叶片的多尺度模拟的实验验证工作。针对实际生产的航空发动机几类空心定向及单晶高/低涡叶片等铸件进行了数值模拟与工艺优化。