【簡介：】為什么飛機發(fā)動機那么難造？其實原因就兩個：工作溫度和轉(zhuǎn)速太高，具體分述如下：
現(xiàn)在的航空發(fā)動機走的兩條比較接近的路線：一是大涵道比、相對低溫（1100至1200℃）、高轉(zhuǎn)速（30000RPM以

為什么飛機發(fā)動機那么難造？其實原因就兩個：工作溫度和轉(zhuǎn)速太高，具體分述如下：

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

從物理學(xué)、材料力學(xué)和流體力學(xué)等的角度說，這種高溫、高轉(zhuǎn)速的組合會給航空發(fā)動機帶來兩大制造難題：材料的高溫性能和高溫動平衡。

一、高溫帶來的制造難題：

1.?首先是材料的耐高溫性能

對于1100至1200℃的高溫還比較容易解決材料問題，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。

對于1300至1400℃高溫就比較難解決材料問題了，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。

對于1700℃以上高溫的材料問題，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有。鎢的熔點最高，但鎢脆而易氧化燃燒，所以不能用；錸的熔點比鎢低，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)動機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)動機的做功葉片。

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，因為晶界上堆積了較多的雜質(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，錸晶粒可以長到很大，大到一個葉片就一個晶粒，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)在只有美國人能加工出了這種單晶錸。

其次是如何給高溫航空發(fā)動機葉片隔熱，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數(shù)量級，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)動機葉片降溫，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不到，所以最有可能的就是超高壓水打孔。這個壓力要達到1000MP以上，也就是100公里水柱以上，水在這個壓力下是及其難密封的，如果微泄漏，人從傍邊經(jīng)過沒感覺就會致人死亡。

3.?耐高溫材料來源、冶煉難度，地球上已探明的錸的儲量也就四、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，就說冶煉，據(jù)報道說要煉幾千噸甚至幾萬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)在也只有美國冶煉出了錸，并應(yīng)用在航空發(fā)動機上，我國也只是探明有幾百噸的錸儲量，還沒有開采、冶煉。

二、高溫動平衡的制造難題：

有機械專業(yè)背景的網(wǎng)友應(yīng)該知道，除沖壓發(fā)動機之外的所有發(fā)動機都必須解決動平衡的問題，而航空發(fā)動機尤為突出。

1.首先航空發(fā)動機高溫葉輪，無論是采用渦輪葉輪還是采用汽輪機葉輪，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)動機的葉輪還要在15000RPM以上的轉(zhuǎn)速下工作。這就是現(xiàn)在的航空發(fā)動機容易發(fā)生振動、失穩(wěn)的根源，所以必須確保葉輪有良好的動平衡性能，否則發(fā)動機就會抖動甚至“跳舞”。

2.其次航空發(fā)動機高溫葉輪是在1100至1700℃以上的高溫下工作，而金屬材料隨著溫度的升高會有熱膨脹現(xiàn)行，這就要求航空發(fā)動機高溫葉輪的每一個葉片的熱膨脹量要保持基本一致，才能確保在常溫下調(diào)試好的動平衡在高溫下還能保持運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不振動不失穩(wěn)。難度就在于如何保證葉輪的高溫動平衡，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，所以仍然會在高溫狀態(tài)下振動、失穩(wěn)。所以美國人采用單晶錸的第二目的就是確保葉輪的高溫動平衡到達最佳狀態(tài)。

三、總結(jié)和展望未來

上面羅列了八個方面的制造難度，這八個方面的制造難度都是世界級，所以現(xiàn)在的航空發(fā)動機才被譽為“皇冠上的明珠”。這方面不得不佩服美國人的“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)動機，打造成像F135這樣的精品，實屬不易。

航空發(fā)動機到現(xiàn)在這個狀態(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“皇冠上的明珠”？

有句話叫“物極必反”，F(xiàn)135無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)動機性能和大幅降低航空發(fā)動機的制造難度，必須回過頭來走另一條設(shè)計思路：向低溫、相對低轉(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)動機，且制造難度將大大降低，也就是比普通發(fā)動機大那么一點就可制造出來。