现代航空发动机普遍采用气膜冷却孔式涡轮叶片，以提升涡轮入口温度、增大发动机推力和推重比。其中，气膜孔形状和质量对发动机性能至关重要。随着技术革新和新型单晶材料的普及，制孔要求日益苛刻。
有媒体报道称，目前西安中科微精光子科技股份有限公司在涡轮叶片超快激光冷加工技术方面，已成功突破了传统加工过程中存在的热效应、材料选择受限以及精度不足等技术难题，生产的发动机涡轮叶片已经用在了我国商用航空新型发动机上，实现了真正意义上的激光“冷”加工。那么，相关技术如何助力航空发动机产业高质量发展？笔者从专利的角度出发，分析相关技术如何有效推动航空发动机产业的持续发展，以期为行业提供参考。
各国加速专利布局
航空涡轮叶片气膜冷却孔超快激光加工技术起源于上世纪90年代，最早进行该技术专利布局的是美国通用电气公司。2015年之后，该领域全球范围内的专利申请主要来源于我国，其中主要研发力量集中于科研院所，包括中国科学院西安光学精密机械研究所、中国航空制造技术研究院、大连理工大学等在内的科研单位对该热点领域投入了相当的科研力量，属于后起之秀。
在超快激光加工航空涡轮叶片时，由于涡轮叶片的内腔距离较近，使得加工容易出现对面壁损伤情况，严重降低了叶片在高温环境下应用的可靠性和使用寿命。针对该技术难题，各国均研发出对面壁保护技术，并进行了相应的专利布局。对面壁保护技术的发展主要经历了三个阶段：第一个阶段是填充材料技术，第二阶段是流体流通技术，第三个阶段是穿透感知技术。
对于填充材料技术，英国罗罗公司曾研发并提交了“激光钻孔用阻隔材料”专利申请，用于涡轮叶片的激光钻孔。通过在叶片腔体中注入聚丙烯酰胺的浆料，避免了激光对叶片内腔的损伤，加工后可清水冲洗。之后，该公司又申请了多件相关专利，涉及陶瓷铸造型芯、金属盐结晶材料等。这些保护方式属于被动辅助手段，限制了气膜孔加工的质量和效率。
随着技术的不断发展，激光加工技术进入超快激光加工时代，一种新的主动防护技术已经产生，这就是穿透感知技术。2014年，美国通用电气公司的相关专利申请就公开了一种技术方案，通过检测到翼型件的近壁被激光穿透之后，调整激光器的参数，以保证加工充分完成，并保护对面壁不受损伤。
在我国，西安中科微精光子科技股份有限公司于2020年提交了“一种利用高速相机识别气膜孔穿透区域的方法”的专利申请，通过高速相机识别穿透区域，在检测到穿透状态后及时关闭激光器，防止过度加工导致对面壁损伤的现象的出现。随后，中国航发动力股份有限公司于2022年提交了一种复合技术的专利申请，通过将激光主动防护技术（超短脉冲激光束参数控制）及激光被动防护技术（防护物填充及去除）相互结合，实现无损伤高质量制孔，利用实时加工监测技术（CCD同轴视屏监控系统），实现加工过程状态控制，达到无损伤激光制孔的目的。
科研机构创新热度高
我国关于叶片气膜孔超快激光加工的专利领域呈现出较高的研究活跃度和实用价值。截止到2023年底，我国该领域的专利申请量位居全球首位，占该领域全球申请总量的80%左右，主要集中在技术原理、设备设计及加工方法等几个方面，专利申请人多为知名高校和研究机构，反映了超快激光加工技术在航空发动机叶片气膜孔制造中的重要性。
就专利申请量而言，国内主要研发力量包括中国科学院西安光学精密机械研究所、中国航空制造技术研究院、大连理工大学、中国航发动力股份有限公司、西北工业大学、西安中科微精光子科技股份有限公司等。其中，中国科学院西安光学精密机械研究所的专利布局侧重高端精密制造装备，中国航空制造技术研究院的专利布局侧重加工方法，大连理工大学、中国航发动力股份有限公司和西北工业大学的专利布局侧重技术原理和加工方法，西安中科微精光子科技股份有限公司的专利布局相对全面，涵盖了技术原理、设备设计和加工方法几个方面。
相对于国外以企业主导的研发力量而言，国内研发力量以高校和科研机构为主。高校和科研机构在科研能力方面具有显著优势，但是在技术成果转化方面面临挑战，存在转化机制不完善、转化意识不强、转化能力不足等问题。因此，鼓励高校和科研机构加强与企业的合作，加强科研成果的转化和推广工作，让更多的企业参与到专利研发中来，增强整体的竞争力。
找准专利转化发力点
航空发动机是典型的技术密集、知识密集型高科技产品，欧美等航空强国始终坚持将航空发动机列为国家战略性产业。目前在航空发动机产业，美国通用电气公司，英国的罗罗公司，法国的斯奈克玛等企业，垄断了世界航空发动机和燃气轮机市场。
当前，超快激光加工涡轮叶片气膜孔是科技前沿和专利布局热点，国外虽然研发起步时间较早，但仍然停留在加工的可行性和适应性阶段，尚没有实际应用的公开报道，这对国内各研发力量而言既是机遇也是挑战。值得一提的是，中国科学院西安光学精密机械研究所瞄准航空战略领域对极端精密制造装备的重大需求，已经实现了技术突破，其研发出了国内最高单脉冲能量的26瓦工业级飞秒激光器，研制出系列化超快激光极端制造装备，在国际上率先突破了小空腔0.5毫米叶片对面壁无损伤微孔加工的技术难题。此外，其还在国内率先攻克了高精度、三维可编程、异型微结构扫描成形技术，实现了超高精度50±微米及异型气膜孔的高品质加工，为实现先进气膜冷却技术提供了重要的技术支撑。
在笔者看来，超快激光气膜孔加工技术是一种高效且具有发展前景的前沿技术，其有望进一步提高涡轮叶片入口温度，建议国内研发机构应当抓住机遇，迎接挑战，做好专利布局。在注重专利布局系统性的同时，注重创新成果的有效转化及技术的产业化应用。相信随着航空技术的不断发展和国内科研人员的不断努力，我国必将在相关领域有更大作为。
（机械部 陈晓君 章文飞）
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