【簡(jiǎn)介：】為什么飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)那么難造？其實(shí)原因就兩個(gè)：工作溫度和轉(zhuǎn)速太高，具體分述如下：
現(xiàn)在的航空發(fā)動(dòng)機(jī)走的兩條比較接近的路線：一是大涵道比、相對(duì)低溫（1100至1200℃）、高轉(zhuǎn)速（30000RPM以

為什么飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)那么難造？其實(shí)原因就兩個(gè)：工作溫度和轉(zhuǎn)速太高，具體分述如下：

現(xiàn)在的航空發(fā)動(dòng)機(jī)走的兩條比較接近的路線：一是大涵道比、相對(duì)低溫（1100至1200℃）、高轉(zhuǎn)速（30000RPM以上）的路線，這種設(shè)計(jì)思想主要用于民航客機(jī)、各種運(yùn)輸和轟炸機(jī)等低航速、大噸位飛機(jī)；二是小涵道比、相對(duì)高溫（1300至1700℃）、相對(duì)低轉(zhuǎn)速（15000至20000RPM）的路線，這種設(shè)計(jì)思想主要用于各種戰(zhàn)斗機(jī)，如J10、J20、SU35、F35、F22等高航速、高機(jī)動(dòng)性、相對(duì)小噸位的飛機(jī)。

從物理學(xué)、材料力學(xué)和流體力學(xué)等的角度說(shuō)，這種高溫、高轉(zhuǎn)速的組合會(huì)給航空發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)兩大制造難題：材料的高溫性能和高溫動(dòng)平衡。

一、高溫帶來(lái)的制造難題：

1.?首先是材料的耐高溫性能

對(duì)于1100至1200℃的高溫還比較容易解決材料問(wèn)題，一般鎳基合金如GH128合金，再加上一些比較普通的技術(shù)措施就可以滿足使用要求。

對(duì)于1300至1400℃高溫就比較難解決材料問(wèn)題了，如果用鎳基合金就必須采取比較特別的技術(shù)措施才能滿足使用要求，如“陶瓷外衣”、葉片內(nèi)部微孔風(fēng)冷等。

對(duì)于1700℃以上高溫的材料問(wèn)題，那就是難中之難了，鎳基合金肯定不能用，而地球上能直接耐此高溫的金屬材料幾乎沒(méi)有。鎢的熔點(diǎn)最高，但鎢脆而易氧化燃燒，所以不能用；錸的熔點(diǎn)比鎢低，但它的塑性、延展性都較好，而且不易氧化，是唯一能用航空發(fā)動(dòng)機(jī)超高溫葉片的金屬材料，但是錸直接耐溫也只能在1100℃左右，還必須采取其他措施才能用于1700℃以上高溫航空發(fā)動(dòng)機(jī)的做功葉片。

2.?耐高溫的技術(shù)措施

首先是如何提高材料自身的耐高溫性，學(xué)過(guò)金屬學(xué)的網(wǎng)友應(yīng)該知道，金屬最先熔化或軟化的部位是晶界，因?yàn)榫Ы缟隙逊e了較多的雜質(zhì)低熔共晶體，所以要提高材料自身的耐高溫性能就必須去掉晶界。錸正好有這種可能，錸晶?？梢蚤L(zhǎng)到很大，大到一個(gè)葉片就一個(gè)晶粒，俗稱“單晶錸”，單晶錸的直接耐溫性能可以到1200℃以上。但是單晶錸是及其難加工的，現(xiàn)在只有美國(guó)人能加工出了這種單晶錸。

其次是如何給高溫航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片隔熱，大家知道，陶瓷可以耐溫到2000℃以上，但是陶瓷很脆，而且線膨脹系數(shù)與金屬材料相差一兩個(gè)數(shù)量級(jí)，所以想在高溫葉片外側(cè)敷設(shè)一層陶瓷是十分困難的。這就是俗稱的“陶瓷外衣”。

其三是如何給高溫航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片降溫，當(dāng)葉片穿上“陶瓷外衣”后，其降溫只能從葉片內(nèi)部想辦法，這個(gè)辦法就是在葉片內(nèi)部打微型風(fēng)冷孔，而加工這種微孔的可行的方法有兩種：高能激光打孔或超高壓水打孔，而要打深度至少50mm以上的金屬微孔，現(xiàn)在的激光能量密度還達(dá)不到，所以最有可能的就是超高壓水打孔。這個(gè)壓力要達(dá)到1000MP以上，也就是100公里水柱以上，水在這個(gè)壓力下是及其難密封的，如果微泄漏，人從傍邊經(jīng)過(guò)沒(méi)感覺(jué)就會(huì)致人死亡。

3.?耐高溫材料來(lái)源、冶煉難度，地球上已探明的錸的儲(chǔ)量也就四、五千噸，而且品位很低，跟鈾差不多，所以錸有多貴我們暫且不談，就說(shuō)冶煉，據(jù)報(bào)道說(shuō)要煉幾千噸甚至幾萬(wàn)噸的礦渣才能獲得一公斤的錸，而且冶煉技術(shù)也是有難度的。所以現(xiàn)在也只有美國(guó)冶煉出了錸，并應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上，我國(guó)也只是探明有幾百噸的錸儲(chǔ)量，還沒(méi)有開(kāi)采、冶煉。

二、高溫動(dòng)平衡的制造難題：

有機(jī)械專業(yè)背景的網(wǎng)友應(yīng)該知道，除沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)之外的所有發(fā)動(dòng)機(jī)都必須解決動(dòng)平衡的問(wèn)題，而航空發(fā)動(dòng)機(jī)尤為突出。

1.首先航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫葉輪，無(wú)論是采用渦輪葉輪還是采用汽輪機(jī)葉輪，其工作原理都是軸流式，即葉輪的旋轉(zhuǎn)方向與氣流的作用力方向垂直，而且航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉輪還要在15000RPM以上的轉(zhuǎn)速下工作。這就是現(xiàn)在的航空發(fā)動(dòng)機(jī)容易發(fā)生振動(dòng)、失穩(wěn)的根源，所以必須確保葉輪有良好的動(dòng)平衡性能，否則發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)抖動(dòng)甚至“跳舞”。

2.其次航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫葉輪是在1100至1700℃以上的高溫下工作，而金屬材料隨著溫度的升高會(huì)有熱膨脹現(xiàn)行，這就要求航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫葉輪的每一個(gè)葉片的熱膨脹量要保持基本一致，才能確保在常溫下調(diào)試好的動(dòng)平衡在高溫下還能保持運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不振動(dòng)不失穩(wěn)。難度就在于如何保證葉輪的高溫動(dòng)平衡，即使采用嚴(yán)格又嚴(yán)格的加工制造、裝配誤差控制技術(shù)，由于葉片材料的內(nèi)部晶粒結(jié)構(gòu)不同，所以仍然會(huì)在高溫狀態(tài)下振動(dòng)、失穩(wěn)。所以美國(guó)人采用單晶錸的第二目的就是確保葉輪的高溫動(dòng)平衡到達(dá)最佳狀態(tài)。

三、總結(jié)和展望未來(lái)

上面羅列了八個(gè)方面的制造難度，這八個(gè)方面的制造難度都是世界級(jí)，所以現(xiàn)在的航空發(fā)動(dòng)機(jī)才被譽(yù)為“皇冠上的明珠”。這方面不得不佩服美國(guó)人的“一根筋”，能夠?qū)⑹芰顟B(tài)不佳、溫度和轉(zhuǎn)速又如此之高的發(fā)動(dòng)機(jī)，打造成像F135這樣的精品，實(shí)屬不易。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)到現(xiàn)在這個(gè)狀態(tài)，不得不讓我們反思，制造難度為什么這么大？我們?yōu)槭裁匆@個(gè)“皇冠上的明珠”？

有句話叫“物極必反”，F(xiàn)135無(wú)論是金屬材料還是制造技術(shù)都基本到極限了，要想大幅提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能和大幅降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造難度，必須回過(guò)頭來(lái)走另一條設(shè)計(jì)思路：向低溫、相對(duì)低轉(zhuǎn)速（約10000RPM左右）方向發(fā)展。這樣既可以用普通的鎳基合金加鋁合金或鈦合金制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)，且制造難度將大大降低，也就是比普通發(fā)動(dòng)機(jī)大那么一點(diǎn)就可制造出來(lái)。