航空发动机真的是研发制造难度最大的现代工业

2019-11-13 15:05

工业皇冠上的明珠,当之无愧。航发的难度在于三点:

1. 涉及面太广。设计一台成功的航发需要流体、结构、材料、燃烧、控制、EE、CS、数据等各个领域的工程师。2. 航发的工况基本是高速高温高压的极限工况。除航天外,其他任何工业产品都几乎不会在类似马赫3+20个大气压+1000K以上的工况下工作。

这种极限工况决定了设计环节的极端苛刻的要求,要求在一个1m长的燃烧室内用超过400m/s的空气来完成燃烧过程)。同时,在制造环节,因为特殊且苛刻的性能要求,航发的很多部件都是特制的,精度堪比精密仪器。

中国航发一直比不过美国,这也是原因之一(比如美国的单晶叶片、一体涡轮盘)。3. 航发的设计成本太高。时间成本太高。一代航发的设计周期在10到20年不等。

很多工程师终其一生就扑在一台航发上。经济成本太高。航发试一次车的成本我就不说了,懂得都懂。可以这么说,航发从设计到最后装机,几乎就是一个国家工业体系的缩影。一台成功的航发,象征着一个国家整个工业体系从设计到制造的最高水平。能够得到类似评价的,我只能想到航天领域,无他。

航天航空之争由来已久,这里就不说了。关于军用民用,简单来说就是军用只考虑性能,简单粗暴怼性能就好(想想毛熊用火药吹涡轮,这事也是蛮感人的)。民用、商用还多了安全性、噪音、寿命、油耗等方方面面的限制。所以高性能军用航发,五大流氓都有,但是一到高性能民用航发,全世界就只有美英两国了。

实际上,很多军用民用航发的核心机是一样的,不同的是军用航发取消那些影响性能的限制,再加装一个加力燃烧室,使得性能大大提升。

这也是美国航发无敌的原因之一,人家民用航发都已经达到了军用的水准,再以改装,自然无敌了。发的换代压力很大,工作环境又极为苛刻,也不能忍受错误,所以几乎要把生产的每一步都推到技术的极致,从材料开始直到整机装配,每一步都包含了许多快达到技术边缘的成果,这也是为什么航发很少因为一项技术突破而突飞猛进。举个例子,想加工一个平面,方法太多了。想加工一个公差在0.01毫米内的平面,方法就少多了。

如果要求再精一位0.001毫,可能绝大多数方法都失效了。那如果要求这个平面零瑕疵呢?如果把这个平面卷成空间五坐标联动的曲面呢?只是这个平面可能就要耗费几代工程师的心血,甚至数十年等待某项技术突破。

这时候连厂房里的温度也有影响,上午加工和中午加工是两个结果,切割分五次和分八次结果也不同,机床用王老吉还是加多宝结果能差十万八千里。可在普通人看来可能就是个很平的平面,这有什么难的,我家防盗门也是平的。最难我倒是不敢说,不同方向的技术也无法横向比较,但只要是了解工业的,都不会轻视航发的难度。

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