玩加电竞为什么航空发动机那么难造?

  新闻资讯     |      2023-07-04 23:07

  航空发动机是制造业的皇冠,集知识、技术 、资本,产业链等于一体,根本没有捷径能走。

  当年美国在研发F100涡轮风扇发动机时,就因为难度太大,曾一度导致美军F15/F16 面临停飞的风险,后来经过不断改良试验,才最终得以符合可靠性要求,而这一过程足足耗时约30年,窥一斑而见全豹,足以见得,航空发动机的制造难度有多大!

  航空发动机是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现,目前全球具备独立研发高性能航空发动机的也仅有几个少数国家。

  作为飞机的“心脏”,航空发动机的主要结构由压气机、燃烧室和涡轮这三大件组成,再配以进气道、尾喷管等附件,就组成了一整的航空发动机。

  空气经风扇吸入,被高压压气机压缩后与燃料进行混合燃烧,接着从燃气室喷出,此时,这股高温高速的气流迅速推动涡轮,涡轮带动风扇旋转,如此循环往复,风扇将气流通过外涵道吹向尾喷管,在跟高温气体合二为一后,可以增加推力。

  简而言之就是气体经过压缩后跟燃料混合燃烧,产生的高温高速气体推动涡轮旋转,从而产生动力。

  一台航空发动机的好坏,会直接影响到整个飞机的性能、可靠性和经济性,然而其又是一种高度复杂和精密的热力机械,所以航空发动机也被称为“工业之花”。

  一台航空发动机从图纸到最终服役,往往都以数十年来计算,其中主要包括论证方案、工程研制、技术验证、设计定型、生产定型和批量生产这几个步骤,至于其困难程度,还真不是空穴来风。

  首先就得考虑材料的耐高温难题,航空发动机对涡轮、燃烧室、风扇叶片等材料的制造工艺要求极高,根据热动力学原理,涡轮燃气温度越高,流过发动机单位体积或重量的空气产生的功就越多,也就是说,为了提高发动机的功率,涡轮燃气的温度要不断提高才行。

  一般军用发动机的燃烧室温度高达2000K,民用发动机温度高达1800~1900K,在如此高温下,绝大多数金属早就已经融化了,但无奈的是,一架飞行的性能跟发动机息息相关,燃烧室温度越高,发动机的推力就越大,特别是现如今,先进的战斗机都要求可以超音速巡航,所以在研发航空发动机时,对材料的硬性要求特别高,还要经过一次次尝试,可能某个试验过程都要产达数年之久,但这才仅仅只是研发航空发动机的一个小小环节而已。

  至于发动机的叶片也是难点重重,从图片中不难看出航空发动机内部密密麻麻的叶片,大致可分为风扇叶片、压气机叶片以及涡轮叶片,为了满足差异化需求,它们的材料工艺也略有差异。

  这些叶片的转动速度高达每分钟数万转,而且要持续好几个小时,首先这些叶片就要承受甚至超过2000℃的高温,这就导致对叶片的选材有极高的要求,例如抗高温、高韧性等等,否则很容易被融化掉,此外航空发动机叶片在超高速旋转过程中,还要承受本身重量1万倍的离心力,否则很快就会裂开,目前全球只有俄美英法这几个国家的部分企业能够掌握这些技术。

  而且建造航空发动机,对一个国家的制造装配工艺水平要求极高,内部的海量配件如果装配不达标,很容易“差之毫厘谬以千里”,再加上航空发动机涉及到国家的高科技尖端技术,核心技术更是被制造国封锁禁止转让,导致其他国家想要研发航空发动机更是难上加难。

  有人说,民用航空发动机的难度要比军用的更大,这话也不无道理,因为军用航空发动机可以忽略成本,拼命采用新技术、新材料和冗余设计,但民用航空发动机不行,它必须要考虑方方面面,例如安全性、经济性、可靠性、维修性、保障性、环保性等等。

  首先民用航空发动机就要考虑维修性,一旦发生故障,维修师傅就要知道是哪个器械坏了,里面涉及到“易辨别”、“易维修”,例如通用发动机由ABCDE五个部分组成,结果造出来发现故障了,只能判断A部分坏了,但总不能把A部分全部换掉吧?

  所以通用发动机在设计的时候,就要研发出一套标准的维修方案,怎么检测,怎么维修,一目了然,能很方便快捷的维修,及时排除故障,尽量“快狠准”的找到故障零件。

  而且民用发动机的除了要易于拆卸之外,所用到的零部件也最好要通用化,后续方面调货、运输、装配,记得以前去4S店修车,一个修车师傅说阿尔法与罗密欧这辆车很难修,虽然外形看着很酷,价格也挺合适,但修起来非常麻烦,零部件太小众化,往往需要进口,等货时间太长,而且价格还贵。

  虽然我国在军用航空发动机领域不断突破,但民用发动机的发展确实举步维艰,价格高,意味着成本高,折算到终端消费者面前的就是“机票贵”,竞争力小导致生意亏本,所以难就难在,不研究民用航空发动机,担心永远跟不上,拼命研究,短时间内又很难赶超其他国家,毕竟航空发动机真的没有捷径能走,而且研发费用还高的离谱。

  有人说,买一架最先进的飞机,把发动机拆下来后反向拆解,这样岂不是能“弯道超车”?

  不得不佩服这些网友的鬼点子,但很显然这样肯定是行不通的,就拿日本汽车来讲,它们的发动机非常先进,却敢大肆出口他国,人家根本不担心发动机被拆解,首先不管是飞机的发动机,还是汽车的发动机,背后关联的领域实在太多了,是一个国家综合实力的体现,任何某“学科”薄弱的国家,都研发不了先进的发动机,中东阿拉伯国家就是很明显的例子,人家贩卖石油赚的盆满钵满,但工业底蕴薄弱,军备武器只能买买买,自个儿研发,猴年马月才能搞出来。

  而且发动机由海量部件构成,就算每个零部件相差0.001毫米,数百上千个零件合起来,差的就不是一星半点了,关键这些参数人家根本不会告诉你,就像零部件的长度是30毫米,公差范围是±0.02,谁知道后面的±0.02跟着几位数,有可能是0.02345,也有可能是-0.02984。

  或许一个零部件可以靠不断试错来得到有效数据,几百、几千、几万个部件怎么搞?

  没法搞,而且有些零部件在零下50℃的环境下组装,里面还涉及到热胀冷缩原理,你就算拆开来,也没法再装回去,人家也不会告诉你“A跟D零件是在零下50℃组装的”,在《发动机制造精度与性能关系研究》论文中就指出,零价差异从正负0.24下降到正负0.18,实验发动机就能提升机0.7%的动力,降低0.5%的油耗。

  很明显的例子就是积木,前两年我花了500块,给儿子买了套乐高积木,我甚至能单脚站在组装的桥梁上,但最近99网购了套积木,组装后的产品松松垮垮,这就是零部件的精密数值影响。

  此外,特别是航空发动机,都属于各国机密,人家对核心技术的保护,不是简单靠拆发动机就能破解的,所以研究汽车发动机难,研究航空发动机更难,在发动机领域,几乎不存在“走捷径”的可能。玩加电竞