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不列顛地主的博客  
I am a Chinese, living in the UK, majoring in engineering, and interested in Chinese culture  
網絡日誌正文
侃侃航空發動機的難度 2017-05-18 22:48:11


常聽人說,航空發動機是現代工業科技的皇冠上的鑽石。這種說法很形象、很準確,卻也不夠全面,它僅是皇冠上的鑽石"之一",因為類似的“之一"還有不少。那麼為什麼說它是“鑽石",或是鑽石級的難題?

是說中國的工業界和學術界不懂航空發動機? 否! 沒吃過豬肉,難道還沒見過豬跑? 中國人對航發的熱工原理、流體動力學、材料學原理和材料工程學等等所有相關的理論知識,不僅是知道,而且有不少人是相當精通的。

那麼說是中國的工廠里造不出航空發動機? 否! 這個也早己成為了歷史,畢竟中國的大批的軍機和民用飛機的發動機主要還是國產的,家常便飯沒什麼希奇。

難點有兩個,其一是大推力發動機,其二是可靠性。這就得說說相關的制約因素,為使多數吃瓜群眾能看得懂,地主儘量不用專業術語。噴氣式飛機的發動機,其核心機構是一個透平機 (TURBINES, 渦輪),工作原理和電風扇、輪船螺旋槳是一樣的,以幾組渦輪和風扇將燃料和空氣所產生的高溫高壓氣體轉換為向後噴發的強力氣流,由此而產生強大的推力。由此,在流體動力學設計、熱工技術等理論科目完成之後,最後要落實到與高溫、高速、高負荷有關的材料、製造和檢控技術方面。

其中的難點之一是渦輪葉片的選材和製造。目前所採用的材料是具有最好的高溫強度性能的金屬材料,鎳基多元合金,號稱“超合金" (SUPERALLOY)。但它所處的氣流環境溫度遠超過了材料的軟化溫度,特別是用於軍機的大推力發動機。所以它是兩個問題,如何將鎳合金的力學性能做到極限,如何對葉片進行動態強力冷卻,從而使它始終處於一個安全的工作溫度之下。

目前第一個問題早己不是世界性難題了,起碼這幾個主要工業強國之間的差距不大,包括中國。冷卻技術包括兩方面,其一是在葉片表面覆一層耐高溫、熱絕緣的薄膜,稱為"熱障塗層"(TBC: THERMAL BARRIER COATING),主要是氧化鋯,這個塗覆技術是一難點; 其二是將葉片做成空心的,且頂端鑽上密集的極細的髮絲微孔,從而靠氣流和氣膜將葉片和高溫氣流動態隔離,這是另一個難點,更難,至今像英國羅羅公司這樣的發動機巨無霸也還在大把大把地花錢做研發。

類似的技術密集型難題還有幾個。這麼說吧,哪位仁兄若能在任何一個專題上有工程意義上的突破,立馬有人送您一頂院士戴戴。若是看官們有興趣,地主抽時間再繼續侃。

這還不是最難的。剩下的可靠性問題就不僅僅是單純的技術問題了,而是工業基礎和從業者的素質和敬業精神。但這個話題是一言難盡。


瀏覽(4081) (6) 評論(19)
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文章評論
作者:不列顛地主 回復 柱柱姐 留言時間:2017-05-27 15:57:58

歡迎柱柱姐光臨! 我也是柱柱姐的粉。

你說的是烏克蘭的安225嗎? 烏克蘭還是有不少好東西的。

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作者:柱柱姐 留言時間:2017-05-25 19:25:00

有希望了!還是烏克蘭。請看下面兩條新聞:

http://www.meihuanews.com/news/n143t0.html

http://www.meihuanews.com/news/n146t0.html

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作者:不列顛地主 回復 芨芨草 留言時間:2017-05-24 02:50:16

咱們是同行? 你說的問題在製造技術上難度不大。

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作者:芨芨草 留言時間:2017-05-23 22:57:56

材料應該也是一個不可忽視的問題。以前中國的金屬製品都是大路貨,追求產量不注重質量。現在不知怎麼樣了。我在超高真空設備上做過一些實驗。有一次買了一小段真空管,帶着一個警示標籤,寫着這個東西禁止出口到社會主義國家。超高真空設備上管道銜接處用的是無氧銅環,國內的真空設備的銜接處用的是橡膠園環,只適用於高真空。據說國內的工藝做不到使真空管不帶氣孔、無氧銅環不含氧。

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作者:不列顛地主 回復 老張 留言時間:2017-05-22 09:05:04

這個記者說得有些邪乎了。雙金屬離心鑄造技術早在八十年代初就在軋輥行業普及了,我以前就是幹這個的。若是說還需要幾百次試驗才成功,那真是太有錢了。呵呵

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作者:不列顛地主 回復 achedanv2 留言時間:2017-05-22 09:00:31

高人! 精闢。

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作者:老張 回復 achedanv2 留言時間:2017-05-21 23:42:04

對頭。看過一個視頻,講中國製造雙層腐蝕鋼管。以前中國都是靠進口,奇貴。後有一國人用離心法做出來了,產品非常好,製造原理和日德不同。只是試驗幾百次才搞出來,個人觀察欠缺系統設計實驗。

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作者:achedanv2 留言時間:2017-05-20 22:19:21

俺不懂航空發動機,但俺根據自己的工程實踐經驗,幾乎可以肯定地說,中國遇到的所有技術瓶頸不是什麼工藝問題而是基礎理論不過關,思維還不夠開闊。要突破,需要有明確的目標,強有力的組織,充分的資源(研發到技工的全套人馬和資金),更重要的是還要有民主的思維方式,出成果重獎、不出成果滾蛋的壓力。

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作者:老張 回復 不列顛地主 留言時間:2017-05-20 17:28:10

謝謝地主回復,明白了點。我就覺得單純用機械法打磨很難搞定,長知識了。

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作者:不列顛地主 回復 老張 留言時間:2017-05-20 15:34:25

老張您好!

我這麼些年關注這方面多一些,若回答您這個問題,就比較專業枯燥了。試簡答之。

鎳合金的熔煉: 提煉純鎳靠電化學分解法; 鎳合金的配製與熔煉一般電爐即可。

鑽頭的活有幹過,但了解像金剛石和硬質合金這樣的超硬材料的加工是用電火花切割或高能束刻蝕,例如激光或電子束。

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作者:老張 留言時間:2017-05-20 13:59:15

問個stupid的問題:在那樣的超高溫度不化,其合金是如何冶煉出了的呢?類似的問題有,鑽隧道用的超級大鑽頭上面的鑽又是如何磨出來的?

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作者:雨斤 回復 不列顛地主 留言時間:2017-05-19 14:05:30

深圳。

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作者:不列顛地主 回復 雨斤 留言時間:2017-05-19 13:55:12

這個很好! 交大金相的人也擅長這個,有很多老疲勞。我更側重於冶金和加工業這兩塊兒。老弟也在美國發展?

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作者:雨斤 回復 不列顛地主 留言時間:2017-05-19 13:36:53

他是本科。把我的最後一個字改為榮。

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作者:雨斤 留言時間:2017-05-19 13:34:32

洒家在工業界的第一份兒工作,就是為一個軟件公司編寫金屬疲勞可靠性分析的算法心臟。到現在那個公司還用我的東西在賺錢呢!看這裡:

http://www.weibull.com/basics/lifedata.htm

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作者:不列顛地主 回復 雨斤 留言時間:2017-05-19 13:34:00

西方的工業全球化做得很好,但也有區別,講英語的人手中攥着羅羅和通用電氣兩大發動機,獨步天下。

西安交通大學的金相專業比較偏重於理論研究。金相八一級的碩士比我低兩屆,說不定會記得幾個名字,因為有一位本科的同學考到了那裡。很熟,“閨秘"級的好友。

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作者:不列顛地主 回復 鄉雨 留言時間:2017-05-19 13:16:00

鄉雨您好!

到您的府上偷看了一眼,也是大侃爺啊! 許多相見略同。

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作者:雨斤 留言時間:2017-05-19 13:04:21

受教了。

好像波音,空客的發動機也是買的,不是自己造的?

不過,聽我二弟(交大金相81級)說,材料科學對人類很重要。連歷史都是用它劃分的:舊石器時代,新石器時代,青銅器時代。。。

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作者:鄉雨 留言時間:2017-05-19 05:56:12
天不怕地不怕就怕地主有文化。向地主學習。
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