相信很多關(guān)心航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的讀者們都聽過這樣一個(gè)斷言：航空發(fā)動(dòng)機(jī)不好是因?yàn)椴牧喜恍?。材料是問題之一，但難題是多方面的。一臺(tái)民用發(fā)動(dòng)機(jī)需要無故障地、穩(wěn)定地工作3萬小時(shí)，在工作過程中，一方面轉(zhuǎn)速極高（每分鐘約15000轉(zhuǎn)），需要承擔(dān)葉片本身重量1萬倍的離心力；另一方面，燃燒室溫度達(dá)到1800K以上，與之對(duì)照，目前熔點(diǎn)最高的鎳基高溫合金初熔點(diǎn)不到1600K。

今天，我們來盤點(diǎn)一下民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的四個(gè)難點(diǎn)。

↓↓航空發(fā)動(dòng)機(jī)爆 炸圖↓↓

1

對(duì)安全性和可靠性要求極高

在極端的工作條件下，民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)需要穩(wěn)定地工作3萬小時(shí)，預(yù)計(jì)未來要求能達(dá)到穩(wěn)定工作10萬小時(shí)以上。為了確保航發(fā)的安全和可靠，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)必不可少——拋鳥實(shí)驗(yàn)、吞冰實(shí)驗(yàn)。

↓↓拋鳥實(shí)驗(yàn)↓↓

美國(guó)2009年哈德遜河迫降是航空史上有名的事件，當(dāng)時(shí)飛機(jī)出故障的原因，正是在紐約機(jī)場(chǎng)起飛一分鐘后兩個(gè)引擎均受鳥撞擊而失去動(dòng)力，最后不得不迫降在哈德遜河。

↓↓吞冰實(shí)驗(yàn)↓↓

2

每分鐘15000轉(zhuǎn)，承受巨大離心力

發(fā)動(dòng)機(jī)葉片每分鐘轉(zhuǎn)速大約在15000~16000rpm之間，此時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的離心力相當(dāng)于葉片重量的10000倍。更為直觀地說，航空發(fā)動(dòng)機(jī)1個(gè)葉片榫頭（工作葉片和渦輪盤相連的部分）所承受的離心力高達(dá)約150kN，大約15噸。

3

燃燒室溫度1800K以上，超過高溫合金熔點(diǎn)

↓↓航發(fā)各部分金屬材料分布↓↓

民機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的溫度達(dá)到1800~1900K，鎳基高溫合金的初熔點(diǎn)大概也就在1300℃左右，也不到1600K。

↓↓鎳基高溫合金在高溫下比強(qiáng)度較其他金屬更高↓↓

發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的工作溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了合金的熔點(diǎn)，為解決這個(gè)問題，可以采取幾大技術(shù)。

1、冷卻

早期葉片多為實(shí)心，隨著鑄造技術(shù)的進(jìn)步，葉片發(fā)展為定向（單晶）空心無余量葉片?？招臍饫淙~片的出現(xiàn)，在降低葉片重量的同時(shí)，可讓冷空氣可進(jìn)入腔內(nèi)冷卻。

上文提到單晶葉片，在此不妨稍微離題，介紹下國(guó)內(nèi)單晶葉片的生產(chǎn)水平。單晶葉片是航發(fā)零件中生產(chǎn)工序多（40~60道工序）、周期長(zhǎng)、合格率低的一種零件，其生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備包括熱處理爐和單晶爐。一級(jí)航空熱處理爐在生產(chǎn)葉片時(shí)爐內(nèi)溫度在1330℃，爐內(nèi)任意兩點(diǎn)溫度差處于正負(fù)3℃范圍內(nèi)，這種熱處理爐國(guó)內(nèi)尚無法生產(chǎn)，單晶爐的供應(yīng)面臨著類似狀況。根據(jù)《經(jīng)濟(jì)半小時(shí)》報(bào)道，2015年，成都航宇成功突破技術(shù)難關(guān)，成為國(guó)內(nèi)首家單晶錸合金葉片達(dá)到量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)。

↓↓單晶鑄造渦輪葉片的微觀結(jié)構(gòu)↓↓

2、繼續(xù)提高合金承溫能力

↓↓渦輪葉片的成形工藝和晶相結(jié)構(gòu)↓↓

3、熱障涂層（Thermal Barrier Coating）

熱障涂層本質(zhì)是一層陶瓷涂層，此概念于上世紀(jì)50年代提出，80年代技術(shù)取得重大突破。

熱障涂沉積在耐高溫金屬或超合金的表面，對(duì)于基底材料起到隔熱作用，降低基底溫度，使得用其制成的器件（如發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片） 能在高溫下運(yùn)行，并且可以提高器件（發(fā)動(dòng)機(jī)等）熱效率達(dá)到60%以上。

4、17級(jí)風(fēng)速下，火焰還需穩(wěn)定燃燒

↓↓渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣流控制↓↓

正文到此結(jié)束，附上彩蛋，北航校長(zhǎng)關(guān)于航發(fā)研發(fā)的一段講話：

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■ 資料參考｜騰訊視頻、知乎@Killer40等