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不列颠地主的博客  
I am a Chinese, living in the UK, majoring in engineering, and interested in Chinese culture  
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侃侃航空发动机的难度 2017-05-18 22:48:11


常听人说,航空发动机是现代工业科技的皇冠上的钻石。这种说法很形象、很准确,却也不够全面,它仅是皇冠上的钻石"之一",因为类似的“之一"还有不少。那么为什么说它是“钻石",或是钻石级的难题?

是说中国的工业界和学术界不懂航空发动机? 否! 没吃过猪肉,难道还没见过猪跑? 中国人对航发的热工原理、流体动力学、材料学原理和材料工程学等等所有相关的理论知识,不仅是知道,而且有不少人是相当精通的。

那么说是中国的工厂里造不出航空发动机? 否! 这个也早己成为了历史,毕竟中国的大批的军机和民用飞机的发动机主要还是国产的,家常便饭没什么希奇。

难点有两个,其一是大推力发动机,其二是可靠性。这就得说说相关的制约因素,为使多数吃瓜群众能看得懂,地主尽量不用专业术语。喷气式飞机的发动机,其核心机构是一个透平机 (TURBINES, 涡轮),工作原理和电风扇、轮船螺旋桨是一样的,以几组涡轮和风扇将燃料和空气所产生的高温高压气体转换为向后喷发的强力气流,由此而产生强大的推力。由此,在流体动力学设计、热工技术等理论科目完成之后,最后要落实到与高温、高速、高负荷有关的材料、制造和检控技术方面。

其中的难点之一是涡轮叶片的选材和制造。目前所采用的材料是具有最好的高温强度性能的金属材料,镍基多元合金,号称“超合金" (SUPERALLOY)。但它所处的气流环境温度远超过了材料的软化温度,特别是用于军机的大推力发动机。所以它是两个问题,如何将镍合金的力学性能做到极限,如何对叶片进行动态强力冷却,从而使它始终处于一个安全的工作温度之下。

目前第一个问题早己不是世界性难题了,起码这几个主要工业强国之间的差距不大,包括中国。冷却技术包括两方面,其一是在叶片表面覆一层耐高温、热绝缘的薄膜,称为"热障涂层"(TBC: THERMAL BARRIER COATING),主要是氧化锆,这个涂覆技术是一难点; 其二是将叶片做成空心的,且顶端钻上密集的极细的发丝微孔,从而靠气流和气膜将叶片和高温气流动态隔离,这是另一个难点,更难,至今像英国罗罗公司这样的发动机巨无霸也还在大把大把地花钱做研发。

类似的技术密集型难题还有几个。这么说吧,哪位仁兄若能在任何一个专题上有工程意义上的突破,立马有人送您一顶院士戴戴。若是看官们有兴趣,地主抽时间再继续侃。

这还不是最难的。剩下的可靠性问题就不仅仅是单纯的技术问题了,而是工业基础和从业者的素质和敬业精神。但这个话题是一言难尽。




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为中国大飞机C919的试飞成功而写 2017-05-15 16:14:02


恰如预期,这架大型客机试飞成功了,可喜可贺,毕竟踏实地又前进了一步。

恰如预期,也出现了一些不同的声音,比如说中国的"全部的自主知识产权",比如说中国由此正式进入所谓"ABC"国际民航客机制造商的圈子,又比如对其可靠性的质疑,等等。这些不同的声音是正常的,有助于对中国航空制造业的准确定位。但是,若是以区区数百字做一个准确定位,地主没这个能耐,充其量做一些点评,还原一些事实。

从整体结构的设计、关键部件和关键系统的选择、整体安装与调试等方面来看,"全部的自主知识产权"里应该是有不少干货的,最起码在自家的码头上鼓捣出这么个高大上的东西还并不多见。二十年前、十年前中国人谈起大飞机时心里边想的是波音和空客以及俄罗斯,现如今中国的运20(胖妞)飞上了天、C919也飞上了天,而新款的战略轰炸机的起飞也指日可待。大飞机的三剑客即将会师,将再次验证"中国速度"。

另一方面,注意到许多关键系统的外购,像发动机、起落架和航电系统。说中国尚不具备独立制造干线客机的能力也不为过。但这又怎样呢? 搞工程来不得半点马虎和虛荣,上世纪八十年代初中国满世界地引进家用轿车的生产技术,仅从德国请到一家大众公司的桑塔纳,而第一批国产桑塔纳的部件有85%是进口的。现如今谁还说中国不会造汽车呢? 不仅如此,中国的廉价优质汽车配件早己冲击国际汽车市场。再说到高速铁路和高速列车、水泥桥梁和高速公路建设,有什么理由质疑中国制造能力的不断进步呢?

飞机的可靠性是一个硬指标。这可不是仅说说而己。坐在万米高空的飞机上,透过玻璃窗看到机翼下强大的涡扇发动机,感受的是人类科技的力量。而一旦遇到强侧逆气流颠波,再看看窗外机翼的大幅度抖动,突然又感到生命的软弱维系在飞机结构的可靠性上。不可靠即意味着灾难随时降临,它不在乎制造者的"尊贵"与否。谁不服这个,想一想著名的"挑战者"航天飞机因升空时几块保温盔甲的脱落导致的灾难,再想一想"协和号"超音速客机因轮胎碎片撞击而导致的毁机和全面停飞。数年前,空客380的一位设计师在地主所在的机构作了一次技术报告,称研制过程中因发现主结构的铝合金板上出现一条裂缝而叫停全系统、全面复核,成本达千万英镑,仅为了一条裂缝! 这就是可靠性的成本。

对于飞机而言,航行安全性依赖于整体结构的力学可靠性。实际上,中国在外购波音和空客的一些大订单中都附带有一些条件,包括在中国制造部分"非重要"部件。这不废话吗? 飞机上哪个部件是"非重要"的? 所以,在C919上由中航工业的几家公司分别制造不同的结构件,表明了中航工业的整体水平和能力。而首批客机选用外购发动机、外购起落架等关键核心系统对于飞行安全性的保证,无疑是明智的,况且还有一个开拓市场的因素存在。

另外,据报导这一机型在油耗和舱内低嗓音等方面的指标均优于空客和波音的同级机型,看来还是下了番功夫的。

无论如何,这是中航工业的又一张成绩单。




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杂评: 朝鲜人搞个核弹惹着谁了? 2017-05-11 16:07:56

自从朝鲜人搞上了原子弹,周边的国家一个也不消停,但出于大国间军事平衡的原因,也没有人实质性地动它一下。就是朝某一个藏有核提炼厂的山洞里开一炮也算啊! 至今没有。现在看来,像是要玩真的了,仅是舆论界和广大吃瓜群众早就被动员起来了。那么,朝鲜人搞个核弹至于其他人这么紧张吗? 惹着谁了? 

先说这原子弹的威力大。都知道战争以政治以经济为目的、以杀人放火为手段。远古人类可能只会抡根棍子打群架; 到了有史记载以来,有了百步穿杨、丈八蛇矛和青龙偃月刀的冷兵器,实现了以器械更有效地杀人; 以火药和炸药的使用为标志的是所谓"常现武器",实现了更有效地杀人放火,但所有的技术手段只是实现了兵器的远距离准确投送,其操作终端仍是靠弹头和弹片等的杀伤力,并没有质的变化。当然,这些血腥恐怖的场面也是可见的。原子弹作为一种"超级炸弹",其杀伤力和操作机制都发生了质的变化。从科技的角度,是人类将原创性物理学研究成果最直接地用于制造大规模杀伤性武器,它依靠被激发的核裂变、核聚变所释放的巨大能量(热能、光能、动能和射线)完成对生物基本组织的破坏。它所带来的恐怖是前所未有的,并且核爆的灾难有持续性,是灭绝性的。

原子弹在战争中的作用,特别是它的止战功能,己经被验证过了,地球人都知道这个。在二战的末期,日军遭受了太平洋战争中一系列的被美军杀屠、所有的城市被战火烧了个遍,仍有大量的军人和男女国民愿意为天皇而"玉碎"。是那两颗神弹下凡广岛和长崎,成全了一部分人的"玉碎",从而彻底击垮了它们的战争意志,使得战争"突然间"就结束了。没有任何其它战争手段具有这种威力。

正因为原子弹的威力巨大,必须对它的研制、生产和使用进行极严格的管控。当年,自美国之后,苏、英、法三国也陆续装备了核武。实际上原子弹的原创是纳粹德国,只是上帝的意志之下没让它搞成功,否则V2火箭快递到伦敦的就不仅仅是TNT炸弹了。后来在中东地区也有人在搞核,那是为犹太人做的,结果被以色列抢得先机,一泡尿给浇得灭了火。朝鲜搞核武的动机也类似,他们搞出来以后极可能很快会使用它。这方面他是有前科的,就是金日成首先发动的朝鲜战争,别看金家爷们儿不经打,脑袋一热他就敢往前冲。现在一旦手里又有导弹又有核弹,指不定哪天谁倒霉呢! 日本、美国或中国。

不仅如此,以后可能使得核武就成了军事集团的标配,日本、韩国、台湾地区都会有这个诉求。到那时,什么安理会常任理事五大流氓的,谁还会服气谁呢?



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