一、為什么航空發(fā)動機那么難造
1,、發(fā)動機的耐高溫問題
大飛機航空發(fā)動機采用的是燃氣渦輪發(fā)動機,,根據(jù)熱力學(xué)原理,,渦輪燃氣溫度越高,流過發(fā)動機單位體積或重量的空氣產(chǎn)生的功就越多,。也就是說,,為了增大發(fā)動機的功率最好是不斷提高渦輪燃氣的溫度。然而,,大多數(shù)金屬的熔點是1500攝氏度左右,,也就是說,當(dāng)發(fā)動機工作時,,一旦溫度達到熔點,,發(fā)動機很多部件就會熔化掉!因此,,如何讓發(fā)動機部件耐得了高溫,,是一個極大的難題。
2,、大風(fēng)扇的制造問題
當(dāng)今大飛機普遍采用渦輪風(fēng)扇發(fā)動機作為其動力來源,。如果說渦輪的重點是要解決耐高溫的問題,那么風(fēng)扇的問題重點是要解決離心力和重量的問題,。適用于大飛機的航空發(fā)動機,,其風(fēng)扇直徑在3米左右,如此巨大的風(fēng)扇倘若采用質(zhì)量重的金屬材料,,即使做成空心葉片,,強大的離心力也可以瞬間撕裂風(fēng)扇。因此,,如何讓大風(fēng)扇葉片變輕并耐得了離心力,,就成為一個必須攻克的難題。
3,、材料與制造工藝問題
不管是熱端的渦輪,、燃燒室也好,冷端的風(fēng)扇大葉片也好,,其特殊的材料與制造工藝的研制都必須過關(guān),。另外,航空發(fā)動機內(nèi)部極為復(fù)雜精密,,對制造裝配的要求是“零差錯”,,如何提升制造裝配工藝水平也是一項難度極高的挑戰(zhàn)。正因為航空發(fā)動機極難制造,,所以至今能夠生產(chǎn)的國家屈指可數(shù),。也正是認識到航空發(fā)動機的高技術(shù)含量及其高附加值,航空發(fā)達國家歷來將其作為高度壟斷、嚴密封鎖的高科技尖端技術(shù),,其核心技術(shù)嚴禁向國外轉(zhuǎn)讓,,并且在西方國家之間也不例外。
二,、航空發(fā)動機和光刻機哪個難
航空發(fā)動機的建造涉及到人類知識領(lǐng)域的多個學(xué)科組合,,屬于最尖端的科技之一,也是最復(fù)雜不過的機械,,承載著人類的飛天夢想,,保障著飛行器的安全和動力,航空發(fā)動機的建造水平確實很難,,甚至比光刻機還要難嗎,?
一部航空發(fā)動機的零部件動輒幾十萬個之多,構(gòu)造連接彼此傳導(dǎo),,發(fā)揮非常重要的動力能量,,但是也容不得一點馬虎和誤差,甚至一點微小的錯誤,,都會讓航空發(fā)動機出現(xiàn)故障,,輕則造成損失,重則傷及生命,,機械建造要求是非常嚴苛的。那么真比光刻機還要難嗎,?確實如此,。
首先來看航空發(fā)動機的建造難度,重要一點在于材質(zhì)的建造,,用最通俗簡單的解釋來闡述,,航空發(fā)動機工作時,風(fēng)扇葉片使用單晶材質(zhì),,能夠耐一定高溫,,發(fā)動機啟動后,把空氣壓縮壓入燃燒室,。
在內(nèi)部和燃燒劇烈燃燒,,猛烈的噴射流推動葉片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生總值驚人的動力,而燃燒室內(nèi)部的溫度不低于1600度,,發(fā)動機外部必須不能感知到溫度,,這個要求說起來何其簡單,但是想要實現(xiàn)這個加工目標是非常艱難的,。
燃燒室的溫度一千多度,,發(fā)動機外部卻連燙手的溫度都沒有,因為發(fā)動機的風(fēng)扇葉片熔點很低,,燃燒室的保溫和阻燃工藝是最難的重點,,不然發(fā)動機的外部零部件都會損傷,,不堪設(shè)想,但是想要達到這個外部感知不到溫度,,發(fā)動機內(nèi)部穩(wěn)定充分燃燒的建造要求,,談何容易?這融合了多項學(xué)科的高端科技,,目前能建造出來的國家也不是很多,。
航空發(fā)動機屬于渦扇發(fā)動機,各個組成部件應(yīng)對和承受的溫度上限各有不同,,使用的材料也各不相同,,燃燒室最高溫度需要阻燃鈦合金材質(zhì)來打造,飛機的尾噴管也要和燃燒室使用同樣的材質(zhì),,才能確保飛機的安全,。
但是阻燃鈦合金的加工非常難,鈦合金的鈦熔點能夠高達1660度的高溫,,一般飛機發(fā)動機工作中,,除了燃燒室,最高溫度都在600度左右,,所以鈦是很安全的,。
但是如果一些異常情況發(fā)生會引發(fā)鈦火事故,只有做阻燃涂層多一層保險,,在鈦合金的表面做了阻燃涂層的工藝處理,,而這種阻燃涂層的構(gòu)成,是成分非常復(fù)雜的材料,,需要注意這種涂層在一定條件和環(huán)境下,,會存在脫落的風(fēng)險。
而且功能單一,,只能阻止和延緩燃燒,,不會提高鈦合金的耐熱溫度上限,就連鎳基高溫合金能承受的溫度也只有600度左右,,一般用在高壓壓氣機部分的建造,。
而光刻機的建造難度則是另外一種情況,光刻機的電路投影精度要求到了納米量級,,極其精細微小,,光刻機制造芯片時簡直就像在沖洗照片,高清像素的“照片”就是芯片的精度指標,,建造光刻機的工藝是最難的,,而相比之下,航空發(fā)動機的材料建造起來更難一些,總而言之兩種都屬于目前世界上的尖端科技之一,,各有各的難度,。
現(xiàn)在世界上先進的光刻機技術(shù),已經(jīng)開展了紫外光照射電路設(shè)計圖模板,,簡單的工作流程就是紫外光利用物鏡把模板上電路圖縮小比例,,投影到硅片刻電路圖。這種光源必須足夠穩(wěn)定,,保證精度和純凈的光源,,光刻機的超精度測量要求極高,否則也無法加工出納米級的精度芯片,。
和航空發(fā)動機相比較的話,,航發(fā)雖然不需要那么多芯片大小的零件,但是動輒幾十萬個零部件也是總體建造難度非常大,,甚至比光刻機的建造難度還要高,。
航空發(fā)動機渦輪葉片要用到單晶材料,能夠耐高溫,,而不同部位的零部件能夠耐高溫的程度又不相同,,使用的材料也不一樣,不同的材質(zhì)都組裝到發(fā)動機上,,對于動力學(xué)和各個學(xué)科間的協(xié)同和組裝融合,,相互配合傳動工作,也是非常大的設(shè)計考驗,。