汉唐归来
惟有中华

材料技术:材料对中国科技发展的限制有多严重?|2022-05-14

前面提到的芯片产业涉及了很多的新材料共同铸就了顶级芯片的科技门槛但是这些新材料单独拿出来时其实并没有那么神奇比如电子级氟化氢就是浓度特别纯而已电子级单晶硅同样也就是纯度特别高

但今天咱们说的这个材料技术可真就了不得单凭一己之力直登科技巅峰

各位键盘侠们注意不管中国刷出什么神器你只管往发动机上喷基本不会错的太离谱这一招在几年前百试不爽在未来两三年内应该还勉强管用再往后呢我就不保证了

都说航空发动机是工业皇冠上的明珠那到底它明珠在哪这个话题砖家们可以给你噼里啪啦讲上一大堆咱们才疏学浅就用白话文给大家单说最难的这一点

依照惯例我们从小学知识说起

发动机向外喷射的东西越多越快产生的推力呢也就越大学术点说这叫动量守恒定律截至目前这一刻所有的航空航天发动机都是这个原理靠扔东西产生推力但是呢燃油啊炸药啊这些工质的爆炸速度已经接近分子间传递信息的理论极限了如果基础物理不突破那么为了提高推力就只能拼命往发动机里塞更多燃料燃料一多空气就不够烧了所以又得装个抽风机吹风来努力供应空气这就是发动机的基本原理压缩更多的空气来供给更多的燃料燃烧

现在问题就出在这个抽风机上

这台抽风机的学名叫高压压气机和后面的涡轮连成一体如果不知道涡轮是什么不要紧先记着名字就行了

发动机的工作过程大概是这样的首先风扇先把空气吹进来然后压气机高速旋转把空气压缩到后面的燃烧室燃烧产生的强大气流往后喷射产生推动飞机的动力与此同时呢推动后面的涡轮转动涡轮转动又带动前面的压气机转动继续压缩更多的空气进来

听晕的同学们我给你再捋一捋压气机旋转的动力来自涡轮涡轮旋转的动力来自燃料燃烧产生的气流燃料燃烧的空气来自压气机的压缩形成一个三角循环哈哈这三角恋也是够复杂的

在这里我索性给大家补上几个名词解释

这种前面一个风扇后面一个涡轮的发动机涡轮风扇发动机简称涡扇发动机

风扇把空气吹进来有时候只有一部分空气进到抽风机里供给燃料燃烧这条通道呢叫做内涵道还有一部分空气就直接往后跑了这条通道就叫外涵道外涵道和内涵道的比例叫涵道比外涵道比例大的大涵道比发动机特点是省油低速适合客机货机等大型飞机外涵道比例小的小涵道比发动机特点是费油高速适合战斗机等小型飞机

如果把内涵道无限缩小空气不进压气机这就是一台涡轮螺旋桨发动机简称涡桨发动机或者叫螺旋桨发动机

如果把外涵道无限缩小所有的空气都进到压气机里这就是涡轮喷气发动机简称涡喷发动机

如果记不住这么多名词没关系最重要的干货来了那就是燃烧室后面的涡轮叶片是全世界最难最难制备的材料这就是所谓的工业皇冠上的明珠也是中国最短的短板之一燃料燃烧后的高速气流有接近 2000 度的高温这股高温高压强的气流直接冲击在涡轮叶片上从而推动涡轮旋转工作环境极为恶劣

在燃料和叶片的关系中燃料的比较强势无论叶片有多牢靠只要多倒些燃料叶片就会被逼到崩溃的边缘为了充分压榨叶片的能力人们开发了很多冷却技术比如叶片上开上密密麻麻的小孔工作时有高速气流喷出在叶片表面形成一层气膜这叫气膜冷却技术

那么谁家的叶片能承受更高的温度谁家的发动机就能倒进去更多的燃料于是发动机的推力也就更大了更牛

发动机里温度最高的便是燃料燃烧的地方也就是涡轮前面那段这叫涡轮前温度这个参数是衡量发动机代差的主要参数因为耐高温属于材料技术是组重要的硬功夫只要这点追上了哪怕其他参数不行也可以通过巧妙的设计快速提升这个进度是可预期的但材料研发的进度就很难且说不准了

涡前温度每提高 100 度推力就能增加 15%相差 200 度就意味着发动机相差了一代听说涡前温度全球平均每年提升 10 度人们常说的中国发动机落后美帝 20 年就是根据这个算出来的

虽然发动机结构设计也很复杂但难度无法与材料相比做发动机只要想办法弄一台样品直接山寨就是了其实在工业领域山寨这家伙还有个帅气的正经名字逆向工程就像写论文第一步都是文献综述任何研发的工作你首先都要了解同类产品并借鉴升级这啊其实是非常合理的做法任何国家都是这么干的以前这么干现在这么干未来还会这么干只不过中国底子薄现在干得更多而已当然了像发动机这么复杂的机器如果自己技术没吃透就连山寨也是做不到的

举个例子

某年歼六发动机连续发生断轴事故一度导致 60% 的飞机停飞严重影响我国的防空折腾两年才搞明白这个发动机当时是山寨了相当部分的毛子的设计但是呢其中有一处倒圆角的半径出了问题毛子的设计是 0.6mm-0.8mm无奈当时中国的刀具材料不过关圆角刀两侧的磨损过快于是加工时半径少了 0.2mm就因为这 0.2mm导致应力急剧增加也就是说原本的压力是平均分散在叶片上的但是因为这个拐角的地方少了 0.2 毫米导致压力集中到了一点上最终使得涡轮轴断裂多次酿成机毁人亡事故你想想一个发动机需要多少这样的细节组成

而整个军工又需要多少这样的细节组成现代军工体系的庞杂程度完全超乎人们的想象从某种角度说军工其实是阳谋比拼的就是人员和投入什么单项技术都是浮云这个严密而庞大的体系才是最高的技术门槛

有点扯远了我们回到主题上来

 

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